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1、众所周知，波音787飞机是世界上第一款全复合材料的民用大客机。2006年底，哈尔 滨飞机工业(集团)有限责任公司(哈飞)被正式确认为波音787翼身整流罩全球唯一供 应商，承担20072021年这一产品的全部交付任务。2007年，亚洲最大的复合材料生产基地在哈飞建成，随着该基地的建成，哈飞也陆续 采购了一批国内外最先进的设备，其中包括英国超声波科学有限公司(USL)生产的超声波C 扫描喷水复合材料检测系统，系统有效扫描范围为8mX1.5mX3m。目前，该设备已经通过了哈飞最终验收。近期，波音负责该设备认证的人员对该设备的 主体认证也基本结束，并对该设备给予了很高的评价。USL喷水C扫描系统的顺利
2、完成，为 波音787复合材料零件生产提供了保障，也将为未来中国大飞机的制造提供帮助。哈飞C扫描喷水系统的优势(1) 检测速度快。现场扫描一个长2.7m，宽1.4m的曲面零件，US L系统在步进2.0mm条件下，扫描速 度为 700mm/s，用时 1h15min。(2) 系统自动化程度高。系统共有17轴，包括10个探头运动轴，5个夹持工装轴及2个水泵驱动轴。(3) USL独有的PM30超声发射接收板卡。可同时进行对数放大和线性放大，穿透传输和脉冲回波扫描可同时进行，使仿形和探伤 一次完成，而无需进行第2次扫描。(4) 特制的探头连接线及其他抗干扰措施。USL拥有专利技术的导线及许多其他配置，可有
3、效屏蔽外界信号干扰。(5) 水平双扫查臂。可进行双曲面(二维方向曲面)扫描检测。如果加装特殊扫查臂，可进行“C型”零件 的扫查。(6) 加装除气泡功能。使喷射出的水柱更加均匀，声波传输更稳定。(7) 加装紫外线杀菌系统。能够对循环水进行杀菌净化。(8) 计算机控制水流速。对水流速度进行实时控制，对于不断变化的水流喷射角度和高度的改变进行补偿。(9) “教与学”功能。扫描轨迹可由CATIA数据产生，也可以利用超声波测量建立的坐标进行“教与学”。（10）C扫描图像的三维成像。（11）表面跟踪测量缺陷的真实尺寸（不是二维投影测量）。哈飞的C扫描系统哈飞喷水C扫描系统组成1机械扫描系统（1）基座结构。
4、该系统放置在一个槽式基座上，其基底可与工厂周围的地板相平行，哈飞仅需制作该水 泥槽，无需其他特殊要求。上部、下部及垂直结构均由挤出成型铝合金制成，在保证强度的基础上，尽可能减重， 以使系统能够高速运行。（2）X、Y、Z及探头角度轴A、B。X、Y、Z及探头角度轴A、B均由直流伺服电机驱动。高品质的线性轴承在恶劣条件下 具备较长的使用寿命。精密光学编码器适用于长轴线型测量，具有较高的分辨率和可重复性。U S L通过将垂直的机械臂改为水平的机械臂，并将发射和接收探头安装在机械臂的末 端，这解决了检测凹陷较深零件的需要。U S L同时还设计了一种独特的可移动喷水总成， 使其能够进入半径很小的曲面内进行
5、检测。而在过去，通过穿透式还无法检测内径很小的“C” 型零件，伴随着USL新的设计出现，使其成为可能。（3）装有电机驱动的可编程的零件定位工装。提供一套完整的零件定位工装用于对被检测零件的支撑和定位。该工装有5根可编程 的运动轴一一这些轴移动到为每一个部件预先编好的位置，以提供一个固定的并且可重复的 零件夹持位置。该工装是扫描系统一部分，但也可以缩回，以使“滚入”工装能够完全进入。（4）水泵系统。扫描系统下方装有一个储水槽一一由喷水器喷出的水流进该储水槽。2个独立的直流电 机驱动水泵，装在该储水槽中这2个水泵能提供独立的2股水流分别到各自的喷水嘴。 水泵速度由电机驱动器和计算机系统控制，可通过
6、运转水泵，在需要时提高水流速。2电子系统（1）计算机系统。一个19英寸（48.28cm）电器箱安装有工业电脑，用来控制整个系统、数据收集、C扫 描图像显示和图像/数据处理。（2）直流电机电力供应和运动控制。电脑控制所有的17个轴运动，包括控制10轴扫描运动的伺服控制板卡，控制5轴工装 定位的步进控制板卡，及控制2轴水泵的伺服控制板卡。为了运动的手动控制，提供一个遥控（操纵杆）器，带有开关和按钮来选择想要控制的轴。 操纵杆的运动是渐进的，轴的速度依操纵杆的动作而定。在电脑显示器上，所有轴的位置信 息都被不间断地实时更新。（3）超声波扩展板卡。USL的超声波系统与电脑相结合。系统的所有参数都从屏幕
7、菜单上由电脑控制。这些参 数都可以储存并自动装载，这样就不需要手工设置这样的重复工作。这个系统可以多闸门同时获取脉冲回波（线性放大器）和穿透传输（对数放大器）数据， 同时还可采集振幅和声时数据。这些板卡包括：PM30脉冲收发器：这是低噪音的脉冲收发器，带有一个对数放大器，提供高达95dB 的瞬间动态范围和带有DAC及类似功能的一个高增益线性放大器。这个对数检测功能意味 着可达95dB的信号变化能够一次采集得到。-ADC100模拟-数字转换器：该转换器将从脉冲收发器得到的A扫描波形数字化，并 在电脑屏幕上显示出数字A扫 描。ADC100以100MHz单发射状态将信号数字化，数字化的 数据被传送到
8、一个DSP板来处理。相同时间采样，其取样率增加到1GHz。-DSP100数字信号处理板：该板卡提供达8个监控闸门，可在最大扫描速度及脉冲重 复频率下操作。可由软件来选择闸门，来提供振幅、声时或相监控能力。例如可设置2个 振幅闸门和1个声时闸门，1个振幅闸门监控不显眼的缺陷，1个作为底面监视，声时闸门 用于监控壁厚/材料速度。在扫描时，每个闸门都储存一个C扫描图像，所有闸门都能实时 地被同时成像。（4）噪音处理单元。USL的系统另一个设计上的特点就是通过消除内部和外部噪音源，使其更好地达到客户 的要求，提高缺陷判断的精确性，减少误判。众所周知，由于复合材料的结构特性，如果采用较高频率的超声波，其
9、信号将由于衰减 和噪音干扰严重，使检测信号无法识别；而如果采用低频超声波，又无法满足检测缺陷精度 的要求。因而为了平衡两者的矛盾，USL从软件和硬件几个方面入手，降低噪音，提高信噪 比，从而得到了令客户满意的结果。哈飞USL系统操作台3软件功能USL公司积累20年的设计经验，集合了丰富的软件功能，得到了各大中国飞机制造商 的认可。（1）A扫描显示。A扫描以数字形式显示在电脑屏幕上，刷新率约40Hz。闸门位置也被显示出来，不同闸 门的颜色不同。（2）实时C扫描显示。实时C扫描显示是以穿透传输和脉冲回波模式里的闸门峰值振幅和/或声时为基础的。菜单允许操作员选择用于显示/存储图像的不同通道和模式。通
10、常地，一个图像实时显 示，同时其他图象被存储作为稍后的显示和分析。具有调色板功能，可对显示的颜色进行调色，还可以进行图像缩放、平移、滚动等操作。（3）“教与学”功能。通过这种方法，零件的形状由操作员在零件上的不同点“教授”正确的操纵器位置。教 授点数量依零件的复杂性、弯曲的程度及曲面的明显变化的程度而定。当教授位置已输入后， “扫描计划”保留在存储器中留作后用。在扫描时，教授点之间轴的位置随着系统的移动被 实时插入。（4）导入CATIACAD文件。复杂的扫描轮廓可由CATIACAD文件生成。这个轮廓是由系统中10个以上的具有相同设 置的同步运动轴实现的。这个扫描平面图是由MFFROG的APT文
11、件生成的，MFPROG是一个 CATIA模块。基本的CATIA数据首先用于生成零件表面的三维轮廓接着这个会转化为真 正的轴的位置。这个软件还包括图像显示模块，它允许操作人员在三维的空间使零件的位置 在扫描体积内可视化，操作人员还可以调节图像以便从不同的方向来观察。（5）图像分析。软件用来分析图像或者图像的几个部分。包括：柱状图计量。图像中选择的区域可被勾勒出以显示柱状图，从而根据振幅或声时测量 来显示图像像素的百分比分布缺陷的尺寸测量和其他功能。这个可以通过屏幕上的鼠标箭头来实现。对于弯曲的零 件，相对于二维平面上的投影尺寸而言，真正的表面尺寸可以计算出来。（一个二维投影的 尺寸可能低估了缺陷
12、的实际尺寸）。这个功能也能用来测量缺陷之间的距离。能把2个被选的图像结合一起，应用数学函数来突出可能的缺陷区域。（6）打印报告。检测报告格式可根据客户需要进行修改。（7）远程分析与诊断。通过Internet与英国总部连线，远程操控计算机来进行分析与诊断。（8）升级服务。USL还可以提供完备的软件及电子部分硬件升级服务，使客户的设备始终处于世界领先 地位。甚至客户使用的许多其他厂家制造的设备，如Staveley，SI，Automation Industries，Krautkramer, Meccasonics, Midas Inspection Systems 等都由 USL 为其提供升级服务。因而，完善的升级服务也解除了客户担心设备需要频繁更新换代的顾虑。（责编依然）
