飛機(jī)修理中工業(yè)CT技術(shù)應(yīng)用探析

潘大勇

摘 要 工業(yè)CT等無損檢測(cè)技術(shù)在飛機(jī)維修中發(fā)揮著越來越重要的作用。根據(jù)工業(yè)CT的技術(shù)特點(diǎn)，可以直接測(cè)量復(fù)雜產(chǎn)品的三維內(nèi)部缺陷、結(jié)構(gòu)和幾何尺寸特性，而不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成分解或損傷，并進(jìn)行可行性分析，描述應(yīng)用過程和實(shí)際效果，對(duì)工業(yè)CT的技術(shù)應(yīng)用做出展望，指出在實(shí)際應(yīng)用中要注意的工藝參數(shù)選擇、測(cè)量精度和誤差控制等問題。

關(guān)鍵詞 飛機(jī)修理;工業(yè)CT技術(shù);應(yīng)用

隨著飛機(jī)視情維修方式的不斷發(fā)展和推廣應(yīng)用，對(duì)飛機(jī)機(jī)件故障的無損檢測(cè)要求越來越高。無損檢測(cè)技術(shù)是保障飛機(jī)維修安全和質(zhì)量的不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。近些年來，日益發(fā)展成熟的工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)即工業(yè) CT采用X射線透射原理，在不分解和不破壞產(chǎn)品狀態(tài)下，可以清晰了解復(fù)雜產(chǎn)品的三維內(nèi)部缺陷、構(gòu)造和幾何尺寸特征，能很好地解決目前飛機(jī)維修中碰到的檢測(cè)難題，具有不受產(chǎn)品材料和形狀限制等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1 工業(yè)CT在飛機(jī)修理中的應(yīng)用

1.1 逆向設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍和過程

工業(yè)CT可實(shí)現(xiàn)高精度公差零件的反測(cè)繪，用于航空機(jī)械產(chǎn)品零件和裝配零件的反測(cè)繪，也可用于印刷電路板、電纜插頭、電子元器件、電子產(chǎn)品等航空電子和電氣產(chǎn)品的反測(cè)繪等，其逆向映射和三維建模模型的數(shù)據(jù)可用于飛機(jī)維修領(lǐng)域無圖設(shè)計(jì)恢復(fù)，可作為維修基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)和故障排除指導(dǎo);可用于模擬自制件的數(shù)控加工或三維打印制造;可用于三維附加修復(fù);可用于數(shù)字化維護(hù)（產(chǎn)品數(shù)字化建模、虛擬現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和員工培訓(xùn)）;可用于快速原型制造;可用于有限元分析;或?qū)隒AD/CAM軟件進(jìn)行后續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，這些是工業(yè)CT最重要、最獨(dú)特的功能。機(jī)械零件和電子產(chǎn)品/印刷電路板的反向測(cè)量在產(chǎn)品形狀、材料、尺寸和輸出要求（精度、尺寸、型號(hào)格式等）上是不同的。相應(yīng)的CT掃描、模型和過程不同[1]。

1.2 故障檢測(cè)與診斷的應(yīng)用范圍和過程

首先，零件內(nèi)部缺陷檢測(cè)與分析。工業(yè)CT用云圖和報(bào)表對(duì)缺陷結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)識(shí)，特別是對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件和新材料的質(zhì)量缺陷進(jìn)行定量檢測(cè)：樹脂基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等新材料零件的內(nèi)部缺陷檢測(cè);蜂窩結(jié)構(gòu)、中空格子結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)、不可拆卸結(jié)構(gòu)、煙火工藝產(chǎn)品質(zhì)量、裝藥質(zhì)量等新結(jié)構(gòu)的質(zhì)量缺陷檢測(cè)、粉末注射成型新工藝、鑄造、精密焊接、3D打印，快速制造和成品質(zhì)量檢測(cè)是目前二維X射線膠片檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等替代技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)從無損檢測(cè)到無損評(píng)價(jià)的發(fā)展。其次，裝配修理前的故障診斷和修理后的裝配質(zhì)量檢查。利用工業(yè)CT對(duì)印刷電路板、電子元器件和不可拆卸機(jī)電產(chǎn)品的故障進(jìn)行診斷、定位和分析，是航空產(chǎn)品狀態(tài)維修的關(guān)鍵支撐技術(shù)，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，利用工業(yè)CT對(duì)飛機(jī)關(guān)鍵部件的裝配質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)焊接、螺釘裝配等誤差是無損的、直觀的。

1.3 尺寸測(cè)量的適用范圍和過程

復(fù)雜異形零件的內(nèi)尺寸測(cè)量：常規(guī)的卡尺等測(cè)量手段只能測(cè)量規(guī)則形狀和簡(jiǎn)單形狀的尺寸，而復(fù)雜異形和內(nèi)部封閉區(qū)域的尺寸無法測(cè)量。工業(yè)CT可適用于線、面、圓、錐、柱、球。采樣點(diǎn)多，測(cè)量精度高。目前，作為對(duì)傳統(tǒng)接觸測(cè)量方法的補(bǔ)充，其應(yīng)用范圍涵蓋了飛機(jī)維修尺寸測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域，如飛機(jī)零件材料壁厚分析/壁厚測(cè)量、橡膠制品軟材料尺寸測(cè)量等。

2 工業(yè)CT應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問題分析

2.1 設(shè)備選型及工藝參數(shù)試驗(yàn)優(yōu)化

目前，市場(chǎng)上供應(yīng)的各種規(guī)格的設(shè)備有不同的應(yīng)用范圍。工業(yè)CT雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有檢測(cè)局限性，即工業(yè)CT對(duì)細(xì)節(jié)特征的分辨能力與試件的尺寸有關(guān)，試件的大尺度分辨能力很低，小尺度分辨能力很高[2]。目前，高精度工業(yè)CT只適用于小零件。在選擇和使用中，首先應(yīng)根據(jù)被測(cè)零件的尺寸、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮工業(yè)CT的材料穿透尺寸、空間分辨率和密度分辨率、灰度圖像的細(xì)節(jié)定義、測(cè)量尺寸精度、工作狀態(tài)等多項(xiàng)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)設(shè)備系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性、軟件精度等;其次，要考慮測(cè)量任務(wù)是故障檢測(cè)還是尺寸測(cè)量，這需要不同的設(shè)備。在估算試件熔深厚度方面，分析了試件的幾何尺寸，包括試件的形狀、組成材料、近似結(jié)構(gòu)、截面熔深厚度、試件的最大尺寸和重量。最大外形尺寸和重量必須滿足CT系統(tǒng)的要求，否則將無法檢測(cè)。在掃描能量選擇方面，任何CT系統(tǒng)都具有靈敏度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍。

2.2 測(cè)量精度及誤差處理

一是檢測(cè)精度問題。反求工程中最為關(guān)注的問題是尺寸測(cè)量精度。目前，從理論公式很難準(zhǔn)確給出CT尺寸測(cè)量的最小精度。實(shí)際測(cè)量中最有效的方法仍然是比較法，即在材料和射線衰減相同或相似的條件下，用相同的技術(shù)進(jìn)行掃描，用已知尺寸的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)，在相同的試驗(yàn)條件下測(cè)量未知尺寸。影響圖像質(zhì)量的幾個(gè)因素將影響尺寸測(cè)量精度。因此，在反求工程中，應(yīng)盡量提高CT圖像的空間分辨率和密度分辨率，盡量減少偽像。第二，錯(cuò)誤處理問題。工業(yè)CT技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用正在不斷發(fā)展，特別是在逆向工程中。在數(shù)據(jù)模型重建的整個(gè)過程中，涉及的環(huán)節(jié)很多，因此誤差的積累是不容忽視的。在目前點(diǎn)云數(shù)據(jù)智能化應(yīng)用水平較低的情形下，其處理功能還無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，建模流程中還需要高度的人工干預(yù)才能完成，對(duì)于設(shè)計(jì)和處理人員的工作技能具有較高的要求。

3 結(jié)束語

通過對(duì)典型飛機(jī)機(jī)電產(chǎn)品的分析和應(yīng)用試驗(yàn)，證明CT作為一種先進(jìn)的檢測(cè)工具，能夠更加清晰地展現(xiàn)工件的截面圖像，具有較高的靈敏度和分辨率，在飛機(jī)維修中具有良好的應(yīng)用前景。通過對(duì)這些典型部件的應(yīng)用試驗(yàn)，解決了飛機(jī)維修中復(fù)雜重要產(chǎn)品的數(shù)據(jù)缺乏、維修依據(jù)不足、無法檢測(cè)出內(nèi)部缺陷和隱患等問題，有效提高了維修保障能力，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔群甫，安小慧.工業(yè)CT技術(shù)在飛機(jī)修理中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2020，（2）：71-74.

[2] 曹宏翼，朱玉波，梁彪，等.逆向技術(shù)與3D打印技術(shù)在飛機(jī)修理中的聯(lián)合應(yīng)用[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2019，（4）：45-46.