石　磊，彭智偉

(中航工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度研究所, 西安 710065)

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工業(yè)內(nèi)窺鏡在全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用

石磊，彭智偉

(中航工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度研究所, 西安 710065)

摘要：工業(yè)內(nèi)窺鏡在全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中，可用于檢測(cè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中人眼無法直接觀察到的部位，通過物鏡與液晶顯示器的圖像轉(zhuǎn)換，達(dá)到間接目視檢測(cè)的目的；檢測(cè)人員可以在不需要拆卸或破壞構(gòu)件的前提下，方便且迅速地觀察及檢測(cè)組裝構(gòu)件的內(nèi)部表面結(jié)構(gòu)或工作狀態(tài)；并對(duì)裂紋長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量等，從而有效地實(shí)施質(zhì)量管理。

關(guān)鍵詞：內(nèi)窺鏡；目視檢測(cè)；全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī);疲勞試驗(yàn)

工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)是無損檢測(cè)的一個(gè)分支。在全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中，能否及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和定量檢測(cè)損傷(包括人眼無法直接觀察到的部位的損傷)、裂紋(包括裂紋的定性、定位及定量測(cè)量)及組裝構(gòu)件的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)或工作狀態(tài)(包括組裝構(gòu)件處于無法拆卸或分解的場(chǎng)合下)等，是保證試驗(yàn)正常安全運(yùn)行，正確評(píng)價(jià)飛機(jī)結(jié)構(gòu)耐久性以及損傷容限特性的重要環(huán)節(jié);同時(shí)也是飛機(jī)定檢維修的重要手段。

針對(duì)飛機(jī)某些結(jié)構(gòu)部位的特點(diǎn)，利用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),可以延長(zhǎng)人眼的視距,改變?nèi)搜鄣囊暰€方向,使人眼能夠間接觀察并檢查到需要觀察及檢查的場(chǎng)所，解決實(shí)際工作中遇到的問題[1]。筆者所做試驗(yàn)再次說明了工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)技術(shù)的重要,可供同行參考。

1全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī)無損檢測(cè)中的困難

在實(shí)際的全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)過程中會(huì)遇到如下困難：① 某些部位空間狹小、開敞性差。② 重要部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，不易拆卸。③ 某些部位根據(jù)工藝要求不允許拆卸。

人眼視野范圍的局限性，導(dǎo)致了這些部件的檢測(cè)需要借助工業(yè)內(nèi)窺鏡完成。

2工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)在全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1垂尾的檢測(cè)

垂尾的支撐功能是由一些短梁來完成的，其在試驗(yàn)過程中主要受到向左、向右的拉力。某型飛機(jī)在完成了3倍疲勞試驗(yàn)后，需要對(duì)垂尾前、中、后短梁進(jìn)行檢測(cè)。由于空間限制，常規(guī)的無損檢測(cè)方法，如滲透、渦流、X射線、超聲波均無法對(duì)上述部位進(jìn)行檢測(cè),必須應(yīng)用工業(yè)內(nèi)窺鏡完成檢測(cè)。圖1為工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)穿孔部件照片，通過對(duì)結(jié)構(gòu)上的工藝孔的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，后短梁的工藝孔邊開裂，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖1　工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)穿孔照片

圖2　后短梁工藝孔開裂照片

2.2機(jī)翼緣條的檢測(cè)

在某飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中，機(jī)翼下壁板漏水，由于該處結(jié)構(gòu)不可拆卸，為確定漏水原因，打開機(jī)翼口蓋，采用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)下緣條與下壁板連接的螺栓孔邊及下緣條邊已經(jīng)開裂。開裂情況如圖3所示。

圖3　某型飛機(jī)下緣條裂紋

2.3機(jī)翼對(duì)接螺栓孔的檢測(cè)

某型飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中，機(jī)翼對(duì)接螺栓孔周圍出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。首先對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行X射線拍片檢測(cè)，并未發(fā)現(xiàn)異常。然后將對(duì)接螺栓分解下來，采用工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)螺栓孔進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)是內(nèi)部的密封膠層破裂導(dǎo)致密封不嚴(yán)，從而螺栓孔邊周圍出現(xiàn)漏水,如圖4,5所示。

圖4　飛機(jī)對(duì)接螺栓孔邊漏水照片

圖5　飛機(jī)螺栓孔內(nèi)壁工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)漏水照片

2.4機(jī)翼人工缺陷的檢測(cè)

由于某飛機(jī)機(jī)翼大軸根部空間狹小，在裝機(jī)狀態(tài)下無法對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工缺陷檢測(cè)。而采用工業(yè)內(nèi)窺鏡后，能使其成為可檢部位。筆者定期使用工業(yè)內(nèi)窺鏡，對(duì)小機(jī)翼根部的人工缺陷進(jìn)行檢查，順利完成了該項(xiàng)試驗(yàn)。圖6為某型飛機(jī)小機(jī)翼大軸根部人工缺陷照片。

圖6　某型飛機(jī)小機(jī)翼大軸根部人工缺陷照片

3工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)裂紋的定性與測(cè)量

測(cè)量功能是視頻工業(yè)內(nèi)窺鏡在檢測(cè)過程中的一項(xiàng)重要手段。使用該功能可以對(duì)缺陷的尺寸進(jìn)行測(cè)量，對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)估。特別是在飛機(jī)疲勞試驗(yàn)過程中，檢測(cè)裂紋的尺寸是否真實(shí)可靠對(duì)試驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用。

目前，最先進(jìn)的視頻工業(yè)內(nèi)窺鏡采用最新的立體測(cè)量技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行視頻信號(hào)的采集和圖像處理，能夠?qū)λ^察到的目標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)-點(diǎn)、點(diǎn)-線、點(diǎn)-面間距離的三種模式測(cè)量，準(zhǔn)確性高，大大擴(kuò)展了內(nèi)窺鏡檢查在無損檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。

在全尺寸結(jié)構(gòu)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)中采用韋林工業(yè)內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡應(yīng)用陰影測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量。陰影測(cè)量法的主要原理,是根據(jù)固定標(biāo)記在不同距離平面上投影的位置變化與其距離的比例關(guān)系，通過圖像上的投影線的位置作為測(cè)量的標(biāo)尺，計(jì)算出圖像任意兩點(diǎn)間的距離。陰影測(cè)量法，巧妙地利用了投影位置與投影距離的關(guān)系，很好地解決了圖像尺寸的測(cè)量問題。陰影測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是操作使用方便，可以在觀察圖像的同時(shí)進(jìn)行采集測(cè)量[2]。

檢測(cè)的精度與準(zhǔn)確性是衡量檢測(cè)結(jié)果是否有效的前提。由于工業(yè)內(nèi)窺鏡測(cè)量是在放大的條件下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量的，檢查的準(zhǔn)確性、放大倍數(shù)與鏡頭參數(shù)、鏡頭到物體的距離、照明條件等因素有關(guān)。一般放大倍數(shù)越大，工業(yè)內(nèi)窺鏡測(cè)量的準(zhǔn)確度越高。只有在較大的放大倍數(shù)及正確操作下，才能得到可靠的測(cè)量結(jié)果。為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，針對(duì)試驗(yàn)過程，要求工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)裂紋的最小長(zhǎng)度不小于3 mm，并制定了在不同放大倍數(shù)下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，見表1。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)繪制出陰影測(cè)量放大倍數(shù)與誤差關(guān)系曲線，如圖7所示。

圖7　陰影測(cè)量放大倍數(shù)與誤差關(guān)系曲線

放大倍數(shù)3.23.94.65.76.77.68.51014.316.818.720.8實(shí)測(cè)/mm2.882.92.922.932.942.962.972.9933.0133.01誤差率0.040.0330.0270.0230.020.0130.010.00300.00300.003

4結(jié)論

工業(yè)內(nèi)窺鏡技術(shù)在飛機(jī)全機(jī)疲勞檢測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著工業(yè)內(nèi)窺鏡技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是視頻工業(yè)內(nèi)窺鏡的測(cè)量功能的運(yùn)用，解決了其他無損檢測(cè)方法不能解決的許多問題,飛機(jī)檢測(cè)人員的工作效率將會(huì)得到提高，對(duì)于損傷的檢測(cè)、評(píng)定能更加精確快捷。

參考文獻(xiàn):

[1]ROBERT D. Nondestructive testing handbook[M].[S.l.]:[s.n.],1994.

[2]王躍輝.目視檢測(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

The Application of Industrial Endoscope to Full Scale Aircraft Structural Fatigue Test

SHI Lei，PENG Zhi-wei

(Aircraft Strength Research Institute of China， Xi′an 710065, China)

Abstract：Industrial endoscope is used in the areas where human eyes are unable to observe during the full scale aircraft structural fatigue test. Indirect visual inspection is realized by means of Image conversion between objective lens and liquid crystal display. Under the premise the assemblies are not removed or destroyed, the inner surface structures or working conditions of assemblies can be observed and detected conveniently and quickly. The crack length is measured at the same time. Consequently the effective quality management is well implemented.

Key words:Industrial endoscope; Visual inspection; Full scale aircraft structures; Fatigue test

中圖分類號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1000-6656(2016)01-0055-03

DOI:10.11973/wsjc201601015

作者簡(jiǎn)介：石磊(1969-),男,工程師，主要從事無損檢測(cè)工作。

收稿日期：2015-04-09