通過激光超聲自動檢驗結(jié)構(gòu)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲檢驗航空系統(tǒng)部件的制造質(zhì)量的一般領(lǐng)域，特別是復(fù)合材料的部件，具體而言，本發(fā)明涉及通過激光超聲對這樣的部件的材料健康進(jìn)行檢驗。
【背景技術(shù)】
[0002]目前結(jié)構(gòu)組件的材料健康分析是由激光超聲執(zhí)行的，所述的激光超聲是一種極適合形狀復(fù)雜的部件的無接觸檢驗方法。
[0003]這里回想一下，材料健康分析在于尋找可能在材料中可能包含的缺陷、分層、縮痕、孔隙、裂紋或其他異常，所述的材料用于制造機(jī)械部件，特別是結(jié)構(gòu)組件。
[0004]為滿足高吞吐量的部件檢驗的需求，當(dāng)前的趨勢是將完整性測試的執(zhí)行交付給自動系統(tǒng)，即機(jī)器人。在測試大批量生產(chǎn)的部件的背景下，通過機(jī)器人執(zhí)行這些檢查特別地使得確保從一個部件到下一個部件的測試的優(yōu)質(zhì)再現(xiàn)性成為可能。
[0005]從結(jié)構(gòu)的角度來看，這些機(jī)器人通常配備有臂，或更一般地來講，配備有終止于激光源的可移動附肢。特別地在檢驗大尺寸部件的情況下，這些機(jī)器人還可以被配置成能夠移動以將它們自己定位在部件的附近。
[0006]在某些現(xiàn)有裝置中，待檢查部件在檢查期間保持在固定位置。機(jī)器人將檢查頭移動越過部件，并且因此是檢查頭而非該部件移動。這特別是用于測試大尺寸部件的裝置的情況。
[0007]根據(jù)情況，激光源可以是固定的光束源，完整性測試因而通過移動檢查頭以使其相繼照亮在想要檢驗的部件表面上分布的一組點來執(zhí)行。在這樣的配置中，部件通過操作動態(tài)模式下的機(jī)器人而被檢驗。因而通過相對于待檢驗的表面來移動機(jī)器人或至少移動檢查頭來掃描表面。
[0008]可替選地，激光源也可以是移動光束源。在這第二種情況下，光源本身配有比如鏡子這樣的光學(xué)裝置，以在一定程度上允許所產(chǎn)生的激光束沿一個或兩個軸線而被偏轉(zhuǎn)。因而，通過相繼地將光源定位于面對部件的、在空間上彼此隔開的各個點處，以及通過利用激光源所發(fā)射的激光束掃描表面部分以使所述光束覆蓋該部件表面的給定區(qū)域，來執(zhí)行完整性測試。檢驗點的數(shù)量和布置被限定成使得在測試過程中，部件的整個表面被激光束所掃描。這樣的配置被特別地用于由本申請人開發(fā)的LUCIE(激光超聲復(fù)合檢查設(shè)備)系統(tǒng)。
[0009]相反，在其他的已有裝置中，機(jī)器人包括具有固定激光束源的固定檢查頭，并且待檢查的部件移動且從檢查頭前經(jīng)過。因而，是待檢驗部件的移動使得檢查頭能夠掃描全部的部件表面。在這樣的裝置中，部件可以例如通過操縱臂來被移動，該操縱臂拾取部件并將其移動至面對檢查頭的位置。這樣的裝置具有簡單和魯棒的優(yōu)點，鑒于檢查頭保持固定，相對于同樣的激光源可移動的情況，對激光源的供電更加容易。操縱臂在這里僅用于移動待檢驗的部件。如果所使用的激光源發(fā)射固定的光束，則這種簡便性可以進(jìn)一步擴(kuò)大。相反，為了檢查整個部件，操縱臂必須能夠精準(zhǔn)地相對于檢查頭定位部件且能夠快速移動檢查頭。
[0010]雖然這兩種類型的裝置通常非常適合目前由機(jī)器人執(zhí)行的完整性檢驗類型，然而，特別是在檢驗的執(zhí)行快速性方面或者甚至是在所執(zhí)行的測試的有效性方面，存在導(dǎo)致限制的情況。特別地，這樣的裝置通常不十分適合具有不規(guī)則表面、或多或少被標(biāo)記的凸起和/或復(fù)雜幾何形狀的部件的完整性檢驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提出一種特別在航空部件的結(jié)構(gòu)完整性測試的背景下能夠克服現(xiàn)有的自動部件檢驗裝置的工作約束的手段，。
[0012]出于這一目的，本發(fā)明的主題是一種用于檢驗復(fù)合材料的部件的結(jié)構(gòu)的設(shè)備，該設(shè)備包括檢查頭以及操縱機(jī)器人，所述檢查頭包括發(fā)射至少一激光束的源，且所述操縱機(jī)器人被配置成保持部件且相對于檢查頭移動所述部件的表面，以使得所述表面能夠通過由檢查頭所配備的源所發(fā)射的激光束而被掃描。所述激光源包括用于沿給定的掃描軸線且以給定的掃描幅度來掃描所發(fā)射的激光束的裝置。操縱機(jī)器人被配置成能夠沿著與激光束沿其移動的軸線基本垂直的軸線而移動部件的表面。
[0013]根據(jù)可以可選地聯(lián)合使用的各種布置:
[0014]-發(fā)射兩個激光束的激光源，其包括能夠使得兩個激光束沿兩條平行軸線被掃描的裝置。
[0015]-發(fā)射兩個激光束的激光源，用于掃描兩個激光束的裝置被配置成使得每個激光束是獨立于另一激光束而被掃描的。
[0016]-操縱機(jī)器人被配置成在激光源進(jìn)行每次掃描后，部件表面相對于檢查頭移動，以使得接下來的掃描覆蓋部件表面的尚未被掃描的區(qū)域。
[0017]-發(fā)射兩個激光束的激光源，部件在每次掃描后的移動步距d’和兩個激光束的間距被限定成使得能夠獲得具有期望分辨率的部件表面的完整掃描。
[0018]-操縱機(jī)器人被配置成允許被檢驗部件的表面相對于檢查頭而被定向，以使得在該部件表面上的每一個檢驗點處，激光束在照明方面呈現(xiàn)最佳入射。
[0019]-操縱機(jī)器人包括用于握持部件的裝置，所述裝置能夠使部件表面圍繞兩條基本垂直的軸線轉(zhuǎn)動。
[0020]-操縱機(jī)器人包括其上放置有待檢驗部件的平移組件，該平移組件確保所述部件的線性移動。所述組件被相對于檢查頭布置以使得待檢驗部件能夠沿著與激光束的掃描軸線基本垂直的軸線移動。
[0021]-操縱機(jī)器人包括平移組件，該平移組件被配置成使得在檢驗操作期間，待檢驗的每個部件能夠通過平移組件的連續(xù)運動而被帶至檢查頭的附近，隨后在激光源下的連續(xù)兩次掃描之間逐步移動。
[0022]-操縱機(jī)器人包括其上放置有待檢測部件的旋轉(zhuǎn)組件，該旋轉(zhuǎn)組件確保所述部件圍繞自身旋轉(zhuǎn)，所述組件被相對于檢查頭布置以使得待檢驗部件的各個面通過檢查頭的激光束而相繼地被掃描。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀以下參考附圖所進(jìn)行的描述，本發(fā)明的特征及優(yōu)點將被更好地理解，其中:
[0024]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的設(shè)備的示意圖；
[0025]-圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的設(shè)備的示意圖；以及
[0026]-圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的設(shè)備的示意圖。
【具體實施方式】
[0027]無論所設(shè)想的實施方式如何，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的主要特征是將使用可移動激光束的檢查頭與用于保持所檢驗部件以及將所述部件移至面對檢查頭的位置使得整個部件表面能夠在測試期間被激光束照亮的裝置相結(jié)合。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，激光源包括允許激光束沿著單一軸線偏轉(zhuǎn)的裝置，以實現(xiàn)單軸掃描。有利地易于實現(xiàn)的這種偏轉(zhuǎn)可以通過任意已知的裝置執(zhí)行，例如通過可以相對于激光束的發(fā)射方向轉(zhuǎn)動的鏡子。
[0029]還根據(jù)本發(fā)明，用于保持并移動所檢驗部件的裝置被配置成能夠在檢驗期間沿著與激光束的掃描方向基本垂直的方向?qū)⒉考浦撩鎸z查頭的位置。
[0030]作為非限制性的示例，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的設(shè)備。
[0031]在該實施方式中，設(shè)備11在這里包括具有單束激光源的檢查頭12以及配備有操縱臂的機(jī)器人13，該操縱臂保持部件14以及其在面對檢查頭12的位置定位和定向部件14。這里對操縱機(jī)器人的使用有利地使得部件14能夠單獨地沿著X、Y、Z三個軸。相對于檢查頭12而被移動。因而能夠使得部件14按照預(yù)期相對于檢查頭12而被定位。
[0032]因此，例如從部件14相對于檢查頭12的初始位置開始，部件14的檢測包括偏轉(zhuǎn)激光束15以使其沿著平行于X軸的路線掃描部件，該路線用箭頭16表示，然后，當(dāng)達(dá)到激光束的最大偏轉(zhuǎn)時，沿著與X軸垂直的Y軸將部件14移動距離d，以及以相反方向偏轉(zhuǎn)激光束15以使其沿著平行于之前的掃描路線且與其間隔步距為d的路線來掃描部件，該路線用箭頭17表不。
[0033]可替選地，為了檢查部件14，當(dāng)然可以在每次移動d后以單一方向掃描激光束，該單一方向?qū)?yīng)于箭頭16或箭頭17的方向。
[0034]應(yīng)當(dāng)指出，部件在每次掃描后的移動步距d被限定成獲得具有期望分辨率的部件
(14)表面的完整掃描。
[0035]因而，通過將激光束15的掃描與部件14沿Y軸的線性漸進(jìn)移動進(jìn)行組合，能夠?qū)崿F(xiàn)對部件14的全部表面的逐行的漸進(jìn)檢查。
[0036]這樣的方法有利地允許檢查時間得到優(yōu)化，這是因為在掃描持續(xù)期間，所檢驗部件處于固定位置，且因為僅在換行時需要在激光發(fā)射和面對檢查頭12的部件14的移動之間的同步。
[0037]同樣作為非限制性的示例，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實施方式。
[0038]在該實施方式中，設(shè)備21在這里包括檢查頭22以及操縱機(jī)器人13，該檢查頭包括發(fā)射兩個光束23和24的激光源，該操縱機(jī)器人保持部件14且面對檢查頭22定位及定向部件
14。在該第二實施方式中，激光源包括允許激光束23和24沿兩條平行軸線偏轉(zhuǎn)的裝置，所述平行軸線用虛線25和26表示，以使得利用兩個激光束中的每一個執(zhí)行單軸掃描，光束23和24能夠如雙向箭頭27所示的那樣在兩個方向中被偏轉(zhuǎn)。根據(jù)所討論的變型實施方式，允許兩個激光束被偏轉(zhuǎn)的裝置