专利名称：用于检测复合材料外凸r区的超声换能器夹具的制作方法
技术领域：
本发明属于复合材料结构无损检测技术，涉及一种用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具。
背景技术：
随着复合材料等在航空、航天、民航、交通、建筑、电力等工业领域的广泛应用，基于复合材料等结构设计和结构制造的许多关键工程结构、复杂结构不断在工程上得到装机应用，由于结构设计或承载考虑，在这类结构的过渡区或者连接部位会形成各种各样的外凸R区，这是无损检测时的难接近区，这些外凸R区在复合材料等结构中起到非常重要的结构连接和载荷分配与承力作用，工程上，要求必须对结构R区进行无损检测。目前国际上主要采用超声方法解决复合材料等工程中外凸R区的无损检测问题。为此，必须使入射声波能够有效地传播到R区，同时又能使入射声波在可能存在的缺陷周围形成足够的敏感反射和明确或者清晰的信号特征。目前主要采用超声斜入射反射法检测，通过选择入射声波的入射角度，使入射声波从非R区部位传播到R区，尽可能使声波入射方向与R区可能存在的缺陷取向垂直，以获取最佳的检测信号，进行缺陷的判别和检测。以手工接触法扫查检测为主，由检测人员手持换能器，一方面，使换能器沿被检测复合材料结构外凸R区圆弧方向进行摆角调节，以尽量使入射声波沿外凸R区径向传播，实现对复合材料R区圆弧方向的超声检测；另一方面，通过检测人员手持换能器，使之沿被检测复合材料外凸R区轴向扫查，实现对复合材料R区轴向的超声检测。由于换能器的姿态和位置完全由操作人员手工悬浮控制，很难保证换能器与被检测复合材料外凸R区表面之间能够在整个轴向和圆弧方向上形成稳定的位置耦合，从而难以保证换能器在被检测复合材料外凸R区内形成稳定的超声检测信号，严重影响检测效果，容易导致漏检或者误判。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，以便保证换能器与被检测复合材料外凸R区表面能够在整个轴向和圆弧方向上形成稳定的位置耦合，进而保证形成稳定的超声检测信号，提高检测效果，避免漏检或者误判。本发明的技术方案是用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，其特征在于，它由导向架3、换能器座7和锁紧手柄8组成；(I)导向架3由两个结构相同的导向板4、两个连接销5和四个螺钉6组成，导向板4的轮廓形状是在正方形的一个角部有一个缺口 4b，该缺口 4b的边缘线形为两条直线中间夹一条圆弧线，两条直线的长度相等，两条直线的夹角等于被检测复合材料I外凸R区两个侧面的夹角，两条直线所夹圆弧线的半径不大于被检测复合材料I外凸R区的半径R， 该缺口 4b的中心线与导向板4的一个对角线重合，该对角线是缺口 4b所对应的导向板对角线，缺口 4b的边缘线相对于缺口 4b所对应的导向板对角线对称；在导向板4的板面上、 缺口 4b的上面有一个垂直贯通导向板4的圆弧槽4a,圆弧槽4a的垂直平分面与导向板4板面的相贯线与缺口 4b所对应的导向板对角线重合，圆弧槽4a的轴线与被检测复合材料 I外凸R区的轴线重合；在导向板4的板面上、圆弧槽4a的两端各有一个通孔；两个等长的连接销5平行地位于两个导向板4之间，连接销5的两端有螺纹孔，每个连接销5的一端通过螺钉6垂直固定在一个导向板4的内表面上,每个连接销5的另一端通过螺钉6垂直固定在另一个导向板4的内表面上；(2)换能器座7具有长方体的外形,在换能器座7的上、下表面之间有一个贯通的换能器安装孔7a，换能器安装孔7a有与换能器2上的外螺纹相配合的内螺纹，在换能器安装孔7a的左侧面上有一个向左伸展的左导向块7d、在换能器安装孔7a的右侧面上有一个向右伸展的右导向块7b，左导向块7d和右导向块7b的结构相同，左导向块7d和右导向块 7b的截面形状与导向板4上的圆弧槽4a相配合，左导向块7d的内端面与换能器座7的左侧面通过螺钉或者一体加工成形连接为整体，右导向块7b的内端面与换能器座7的右侧面通过螺钉或者一体加工成形连接为整体，换能器座7位于两个导向板4之间，左导向块7d 插入左边导向板4的圆弧槽4a内并保持滑动配合，左导向块7d的外端面与左边导向板4 的外表面齐平，右导向块7b插入右边导向板4的圆弧槽4a内并保持滑动配合，右导向块7b 的外端面与右边导向板4的外表面齐平；在左导向块7d的外端面中心和右导向块7b的外端面中心各有一个螺纹盲孔，锁紧手柄8上的螺杆拧进左导向块7d或者右导向块7b的螺纹盲孔内，锁紧手柄[8]的前端螺纹杆与换能器座[7]上左右两侧的内螺纹孔[7c]匹配连接，锁紧手柄8的锁紧面压紧左边导向板4或者右边导向板4的外表面，将换能器座7锁紧。本发明的优点是提出了一种用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，能保证换能器与被检测复合材料外凸R区表面能够在整个轴向和圆弧方向上形成稳定的位置耦合，进而保证形成稳定的超声检测信号，提高了检测效果，避免了漏检或者误判。
图I是本发明的轴侧结构示意图。图2是本发明的剖视图，剖面沿换能器的轴线并平行于导向板4的板面。图3是本发明中的换能器座的轴侧结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。参见图I至图3，用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，其特征在于，它由导向架3、换能器座7和锁紧手柄8组成；(I)导向架3由两个结构相同的导向板4、两个连接销5和四个螺钉6组成，导向板4的轮廓形状是在正方形的一个角部有一个缺口 4b，该缺口 4b的边缘线形为两条直线中间夹一条圆弧线，两条直线的长度相等，两条直线的夹角等于被检测复合材料I外凸R区两个侧面的夹角，两条直线所夹圆弧线的半径不大于被检测复合材料I外凸R区的半径R， 该缺口 4b的中心线与导向板4的一个对角线重合，该对角线是缺口 4b所对应的导向板对角线，缺口 4b的边缘线相对于缺口 4b所对应的导向板对角线对称；在导向板4的板面上、 缺口 4b的上面有一个垂直贯通导向板4的圆弧槽4a,圆弧槽4a的垂直平分面与导向板4 板面的相贯线与缺口 4b所对应的导向板对角线重合，圆弧槽4a的轴线与被检测复合材料 I外凸R区的轴线重合；在导向板4的板面上、圆弧槽4a的两端各有一个通孔；两个等长的连接销5平行地位于两个导向板4之间，连接销5的两端有螺纹孔，每个连接销5的一端通过螺钉6垂直固定在一个导向板4的内表面上,每个连接销5的另一端通过螺钉6垂直固定在另一个导向板4的内表面上；(2)换能器座7具有长方体的外形，在换能器座7的上、下表面之间有一个贯通的换能器安装孔7a，换能器安装孔7a有与换能器2上的外螺纹相配合的内螺纹，在换能器安装孔7a的左侧面上有一个向左伸展的左导向块7d、在换能器安装孔7a的右侧面上有一个向右伸展的右导向块7b，左导向块7d和右导向块7b的结构相同，左导向块7d和右导向块 7b的截面形状与导向板4上的圆弧槽4a相配合，左导向块7d的内端面与换能器座7的左侧面通过螺钉或者一体加工成形连接为整体，右导向块7b的内端面与换能器座7的右侧面通过螺钉或者一体加工成形连接为整体，换能器座7位于两个导向板4之间，左导向块7d 插入左边导向板4的圆弧槽4a内并保持滑动配合，左导向块7d的外端面与左边导向板4 的外表面齐平，右导向块7b插入右边导向板4的圆弧槽4a内并保持滑动配合，右导向块7b 的外端面与右边导向板4的外表面齐平；在左导向块7d的外端面中心和右导向块7b的外端面中心各有一个螺纹盲孔，锁紧手柄8上的螺杆拧进左导向块7d或者右导向块7b的螺纹盲孔内，锁紧手柄[8]的前端螺纹杆与换能器座[7]上左右两侧的内螺纹孔[7c]匹配连接，锁紧手柄8的锁紧面压紧左边导向板4或者右边导向板4的外表面，将换能器座7锁紧。为了避免干涉和减轻重量，在换能器座7的前表面与上表面、前表面与下表面、后表面与上表面以及后表面与下表面之间有消除尖角的斜面。本发明的使用方法是首先，根据被检测复合材料结构外凸R区相邻两边所形成的夹角，选用与之相匹配的导向板4,以保证超声换能器在沿被检测复合材料结构外凸R区轴向扫查移动时，导向板始终能与被检测复合材料结构外凸R区两则外表面形成稳定的面接触耦合，其使用方法如下(I)将超声换能器2通过其外螺纹与换能器7中的内螺纹孔结合，旋转换能器2， 使超声换能器的耦合头与被检测复合材料外凸R区表面接触；(2)将超声换能器2的信号接口端通过高频信号线与复合材料超声检测仪器相应的端口相连，复合材料超声仪器可选用北京航空制造工程研究所生产的FCC或MUT系列的仪器；(3)接通复合材料检测仪器电源，并设置相应的工作参数；(4)在被检测复合材料外凸R区表面用水刷湿，或者通过与水源连通的塑料软管提供水膜耦合用水；(5)松开锁紧手柄8，调节超声换能器2的角度，直至在复合材料检测仪器屏幕出现正常的检测信号指示，又不影响超声换能器平滑移动为止，拧紧锁紧手柄8 ；(6)沿被检测复合材料外凸R区轴向移动导向架3，超声换能器2在两导向板4的作用下，在扫查过程中为超声换能器2提供一个非常稳定的接触耦合和扫查导向，从而对被检测复合材料外凸R实现稳定的超声扫查检测。实施例被检测复合材料结构外凸R区相邻两边所形成的夹角为90°，选择导向板4缺口 4b边缘线的夹角为90°，复合材料超声仪器选用MUT系列的仪器。经过对长3000mm 5000mm、宽1000mm 3000mm不等的多个批次和规格的实际复合材料结构外凸R区进行系
列的实际工程应用，取得了很好的实际检测效果。
权利要求
1.用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，其特征在于，它由导向架[3]、换能器座[7]和锁紧手柄[8]组成；(1)导向架[3]由两个结构相同的导向板[4]、两个连接销[5]和四个螺钉[6]组成， 导向板[4]的轮廓形状是在正方形的一个角部有一个缺口 [4b]，该缺口 [4b]的边缘线形为两条直线中间夹一条圆弧线，两条直线的长度相等，两条直线的夹角等于被检测复合材料[I]外凸R区两个侧面的夹角，两条直线所夹圆弧线的半径不大于被检测复合材料[I] 外凸R区的半径R，该缺口 [4b]的中心线与导向板[4]的一个对角线重合，该对角线是缺口 [4b]所对应的导向板对角线，缺口 [4b]的边缘线相对于缺口 [4b]所对应的导向板对角线对称；在导向板[4]的板面上、缺口 [4b]的上面有一个垂直贯通导向板[4]的圆弧槽[4a]， 圆弧槽[4a]的垂直平分面与导向板[4]板面的相贯线与缺口 [4b]所对应的导向板对角线重合，圆弧槽[4a]的轴线与被检测复合材料[I]外凸R区的轴线重合；在导向板[4]的板面上、圆弧槽[4a]的两端各有一个通孔；两个等长的连接销[5]平行地位于两个导向板[4]之间，连接销[5]的两端有螺纹孔，每个连接销[5]的一端通过螺钉[6]垂直固定在一个导向板[4]的内表面上，每个连接销[5]的另一端通过螺钉[6]垂直固定在另一个导向板[4]的内表面上；(2)换能器座[7]具有长方体的外形，在换能器座[7]的上、下表面之间有一个贯通的换能器安装孔[7a]，换能器安装孔[7a]有与换能器[2]上的外螺纹相配合的内螺纹，在换能器安装孔[7a]的左侧面上有一个向左伸展的左导向块[7d]、在换能器安装孔[7a]的右侧面上有一个向右伸展的右导向块[7b]，左导向块[7d]和右导向块[7b]的结构相同，左导向块[7d]和右导向块[7b]的截面形状与导向板[4]上的圆弧槽[4a]相配合，左导向块 [7d]的内端面与换能器座[7]的左侧面通过螺钉或者一体加工成形连接为整体，右导向块 [7b]的内端面与换能器座[7]的右侧面通过螺钉或者一体加工成形连接为整体，换能器座[7]位于两个导向板[4]之间，左导向块[7d]插入左边导向板[4]的圆弧槽[4a]内并保持滑动配合，左导向块[7d]的外端面与左边导向板[4]的外表面齐平，右导向块[7b]插入右边导向板[4]的圆弧槽[4a]内并保持滑动配合，右导向块[7b]的外端面与右边导向板[4] 的外表面齐平；在左导向块[7d]的外端面中心和右导向块[7b]的外端面中心各有一个螺纹盲孔，锁紧手柄[8]上的螺杆拧进左导向块[7d]或者右导向块[7b]的螺纹盲孔内，锁紧手柄[8]的前端螺纹杆与换能器座[7]上左右两侧的内螺纹孔[7c]匹配连接，锁紧手柄[8]的锁紧面压紧左边导向板[4]或者右边导向板[4]的外表面，将换能器座[7]锁紧。
2.根据权利要求I所述的用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，其特征在于， 在换能器座[7]的前表面与上表面、前表面与下表面、后表面与上表面以及后表面与下表面之间有消除尖角的斜面。
全文摘要
本发明属于复合材料结构无损检测技术，涉及一种用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具。其特征在于，它由导向架[3]、换能器座[7]和锁紧手柄[8]组成；导向架[3]由两个结构相同的导向板[4]、两个连接销[5]和四个螺钉[6]组成。本发明提出了一种用于检测复合材料外凸R区的超声换能器夹具，能保证换能器与被检测复合材料外凸R区表面能够在整个轴向和圆弧方向上形成稳定的位置耦合，进而保证形成稳定的超声检测信号，提高了检测效果，避免了漏检或者误判。
文档编号G01N29/22GK102590350SQ20121001462
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者刘松平, 刘菲菲, 史俊伟, 孟秋杰, 曹正华, 李乐刚, 白金鹏 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所