Page 62 - 无损检测2024年第十二期

“2024 Evident 杯超声检测技术优秀论文评选” 活动获奖论文
“2024 Evident 杯超声检测技术优秀论文评选” 活动获奖论文

DOI：10.11973/wsjc240177

曲面复合材料部件的自动相控阵超声检测

张佳莹 ，刘智超 ，赵新玉 1,2
1
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（1. 大连交通大学 材料科学与工程学院，大连 116028；2. 大连芯海晟科技有限公司，大连 116086）
摘 要：复合材料具有高强度、抗疲劳等优点，广泛应用于航空航天、汽车等领域，但是容易产
生分层、脱黏等内部缺陷，因此曲面复合材料部件的质量检测十分重要，而现有的常规手工超声检
测方法无法满足曲面复合材料部件的高效、高精度检测需求。针对这一问题，提出基于轮式相控阵超
声的自动化检测技术，首先用激光轮廓仪采集曲面复合材料部件的三维轮廓点云数据，然后将点云数
据拼接筛选后用最小二乘法曲面拟合算法获得曲面方程，最后基于曲面方程进行检测轨迹的规划并
对每个轨迹点计算位姿，对位姿反解获得龙门和机械手各轴插补角度，实现自动扫描检测。试验结果
表明，相控阵超声可实现曲面复合材料部件的C扫描检测，C扫描图像可清楚反映分层缺陷。
关键词：曲面复合材料部件；自动化检测；轨迹算法；轮式相控阵超声

中图分类号：TB553；TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)12-0028-06

Automatic phased array ultrasonic detection of curved composite parts

ZHANG Jiaying , LIU Zhichao , ZHAO Xinyu 1,2
1
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（1. School of Material Science and Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028, China;
2. Dalian XinHaiSheng Technology Co., Ltd., Dalian 116086, China）
Abstract: Composite materials are widely used in aerospace, automobile, and other industries due to significant
advantages of high strength and fatigue resistance. However, composite materials often contain internal defects such as
delamination and debonding, making quality inspection crucial for curved composite parts. It is difficult for traditional manual
ultrasonic detection methods to inspect these defects efficiently and accurately. To address the challenge, an automatic
detection technology based on wheeled ultrasonic phased array is proposed in this paper. Initially, 3D contour point cloud
data of curved composite parts are collected using a laser profilometer. Subsequently, the point cloud data undergo splicing
and screening processes, followed by applying a least squares surface fitting algorithm to obtain the surface equation. The
surface equation is then used to plan the detection trajectory and calculate the position and orientation of each trajectory point.
the position and orientation data of each trajectory point are decomposed to derive the Interpolation angles for each axis for the
gantry structure and the manipulator. Finally,enabling the implementation of automatic scanning and detection. The C-scan
inspection experiment of curved composite components shows that the C-scan images can clearly reflect delamination defects.
Key words: curved composite part; automatic detection; trajectory algorithm; wheeled phased array ultrasonic

复合材料具有高强度、抗疲劳、抗振动、耐腐蚀、 航天、轨道交通、汽车、船舶等领域 [1-3] 。而曲面复合
耐高温等优点。曲面复合材料部件广泛应用于航空 材料部件在制造和使用过程中容易产生分层、脱黏
等内部缺陷 [4-7] ，严重影响工件的性能和强度 [8-10] ，因
此曲面复合材料部件的无损检测十分重要 [11-13] 。张
收稿日期：2024-04-19
基金项目：国家自然科学基金项目（51905070） ；辽宁省教育厅 博等 [14] 对大型复合材料进行了检测精度为3 mm的
2021年度科学研究经费项目 （LJKZ0492） 检测，提出温度场特征重构模型及温度场损伤提取
作者简介：张佳莹（1988—），女，博士，副教授，主要研究方向为
算法模块对温度场损伤全局图像进行定性定量化
材料的无损检测与评价 [15]
通信作者：赵新玉（1979—），男，博士，副教授，主要研究方向为 检测，实现了损伤图像可视化。曾吕明等 用八阵
元空耦超声换能器组成的大视场空气耦合激光超
焊接、检测技术与装备，xyz@djtu.edu.cn
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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测