工業內窺鏡在全尺寸結構飛機疲勞試驗中的應用

石　磊，彭智偉

(中航工業飛機強度研究所, 西安 710065)

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工業內窺鏡在全尺寸結構飛機疲勞試驗中的應用

石磊，彭智偉

(中航工業飛機強度研究所, 西安 710065)

摘要：工業內窺鏡在全尺寸結構飛機疲勞試驗中，可用于檢測飛機結構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換，達到間接目視檢測的目的；檢測人員可以在不需要拆卸或破壞構件的前提下，方便且迅速地觀察及檢測組裝構件的內部表面結構或工作狀態；并對裂紋長度進行測量等，從而有效地實施質量管理。

關鍵詞：內窺鏡；目視檢測；全尺寸結構飛機;疲勞試驗

工業內窺鏡檢測是無損檢測的一個分支。在全尺寸結構飛機疲勞試驗中，能否及時準確發現和定量檢測損傷(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、定位及定量測量)及組裝構件的內表面結構或工作狀態(包括組裝構件處于無法拆卸或分解的場合下)等，是保證試驗正常安全運行，正確評價飛機結構耐久性以及損傷容限特性的重要環節;同時也是飛機定檢維修的重要手段。

針對飛機某些結構部位的特點，利用工業內窺鏡檢測技術的獨特優勢,可以延長人眼的視距,改變人眼的視線方向,使人眼能夠間接觀察并檢查到需要觀察及檢查的場所，解決實際工作中遇到的問題[1]。筆者所做試驗再次說明了工業內窺鏡檢測技術的重要,可供同行參考。

1全尺寸結構飛機無損檢測中的困難

在實際的全尺寸飛機結構無損檢測過程中會遇到如下困難：① 某些部位空間狹小、開敞性差。② 重要部件結構復雜多變，不易拆卸。③ 某些部位根據工藝要求不允許拆卸。

人眼視野范圍的局限性，導致了這些部件的檢測需要借助工業內窺鏡完成。

2工業內窺鏡檢測在全尺寸結構飛機疲勞試驗中的應用

2.1垂尾的檢測

垂尾的支撐功能是由一些短梁來完成的，其在試驗過程中主要受到向左、向右的拉力。某型飛機在完成了3倍疲勞試驗后，需要對垂尾前、中、后短梁進行檢測。由于空間限制，常規的無損檢測方法，如滲透、渦流、X射線、超聲波均無法對上述部位進行檢測,必須應用工業內窺鏡完成檢測。圖1為工業內窺鏡檢測穿孔部件照片，通過對結構上的工藝孔的檢測發現，后短梁的工藝孔邊開裂，檢測結果如圖2所示。

圖1　工業內窺鏡檢測穿孔照片

圖2　后短梁工藝孔開裂照片

2.2機翼緣條的檢測

在某飛機疲勞試驗中，機翼下壁板漏水，由于該處結構不可拆卸，為確定漏水原因，打開機翼口蓋，采用工業內窺鏡檢查，發現下緣條與下壁板連接的螺栓孔邊及下緣條邊已經開裂。開裂情況如圖3所示。

圖3　某型飛機下緣條裂紋

2.3機翼對接螺栓孔的檢測

某型飛機疲勞試驗中，機翼對接螺栓孔周圍出現漏水現象。首先對該結構進行X射線拍片檢測，并未發現異常。然后將對接螺栓分解下來，采用工業內窺鏡對螺栓孔進行檢測，發現是內部的密封膠層破裂導致密封不嚴，從而螺栓孔邊周圍出現漏水,如圖4,5所示。

圖4　飛機對接螺栓孔邊漏水照片

圖5　飛機螺栓孔內壁工業內窺鏡檢測漏水照片

2.4機翼人工缺陷的檢測

由于某飛機機翼大軸根部空間狹小，在裝機狀態下無法對該結構進行人工缺陷檢測。而采用工業內窺鏡后，能使其成為可檢部位。筆者定期使用工業內窺鏡，對小機翼根部的人工缺陷進行檢查，順利完成了該項試驗。圖6為某型飛機小機翼大軸根部人工缺陷照片。

圖6　某型飛機小機翼大軸根部人工缺陷照片

3工業內窺鏡對裂紋的定性與測量

測量功能是視頻工業內窺鏡在檢測過程中的一項重要手段。使用該功能可以對缺陷的尺寸進行測量，對缺陷進行定量評估。特別是在飛機疲勞試驗過程中，檢測裂紋的尺寸是否真實可靠對試驗起著至關重要的作用。

目前，最先進的視頻工業內窺鏡采用最新的立體測量技術，利用計算機進行視頻信號的采集和圖像處理，能夠對所觀察到的目標進行點-點、點-線、點-面間距離的三種模式測量，準確性高，大大擴展了內窺鏡檢查在無損檢測領域中的應用范圍。

在全尺寸結構飛機疲勞試驗中采用韋林工業內窺鏡，該內窺鏡應用陰影測量法進行測量。陰影測量法的主要原理,是根據固定標記在不同距離平面上投影的位置變化與其距離的比例關系，通過圖像上的投影線的位置作為測量的標尺，計算出圖像任意兩點間的距離。陰影測量法，巧妙地利用了投影位置與投影距離的關系，很好地解決了圖像尺寸的測量問題。陰影測量法的優點是操作使用方便，可以在觀察圖像的同時進行采集測量[2]。

檢測的精度與準確性是衡量檢測結果是否有效的前提。由于工業內窺鏡測量是在放大的條件下對產品進行測量的，檢查的準確性、放大倍數與鏡頭參數、鏡頭到物體的距離、照明條件等因素有關。一般放大倍數越大，工業內窺鏡測量的準確度越高。只有在較大的放大倍數及正確操作下，才能得到可靠的測量結果。為了提高檢測的準確性，針對試驗過程，要求工業內窺鏡檢測裂紋的最小長度不小于3 mm，并制定了在不同放大倍數下的實測數據，見表1。根據表1的數據繪制出陰影測量放大倍數與誤差關系曲線，如圖7所示。

圖7　陰影測量放大倍數與誤差關系曲線

放大倍數3.23.94.65.76.77.68.51014.316.818.720.8實測/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結論

工業內窺鏡技術在飛機全機疲勞檢測中發揮著越來越重要的作用。隨著工業內窺鏡技術的廣泛應用，特別是視頻工業內窺鏡的測量功能的運用，解決了其他無損檢測方法不能解決的許多問題,飛機檢測人員的工作效率將會得到提高，對于損傷的檢測、評定能更加精確快捷。

參考文獻:

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

[2]王躍輝.目視檢測[M].北京:機械工業出版社，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：TG115.28

文獻標志碼：B

文章編號：1000-6656(2016)01-0055-03

DOI:10.11973/wsjc201601015

作者簡介：石磊(1969-),男,工程師，主要從事無損檢測工作。

收稿日期：2015-04-09