一、概述
碳纤维板材多为单层复合材料层压粘连而成。加工完成后、容易出现脱粘、夹渣、气孔和分层等缺陷。因而需要一种快速高效的检测方式对材料内部进行检测。 针对此类情况、我们设计了一套相控阵检测系统，系统基于奥林巴斯Focus PX相控阵主机、搭载相控阵探头、配合自主设计的喷水式楔块、配合三轴模组能够快速高效地对工件实现全自动相控阵检测。系统主要具有以下特点: ※相控阵主机和相控阵探头均为全进口奥林巴斯主机和探头 ※基于奥林巴斯专业软件Focux PC自主开发的全自动检测界面软件 ※自主开发了动态闸门、缺陷自动判别、报告自动生成等功能 ※喷水楔块设计、探头和工件不直接接触 ※可自主定制界面满足客户各种需求 ※可选购远程监控模块、实现手机端远程监控 二、工件 材质：碳纤维 形状：板材 尺寸：1500mm*1500mm 厚度：1mm-20mm 检测效率：视探头而定 缺陷类型：气孔、脱粘、分层 检测盲区：小于0.5mm 三、产品状态和工况环境 表面状态：水平的较好 产品温度：常温 工况环境要求（温度、湿度、周边大型机械）：周边需无大型机械、有工业用水、 工业用电、良好的接地端 四、技术描述 4.1 检测系统概况 系统平面俯视图 如上图所示，系统采用三轴模组带着探头做扫查、中间会有一个平面的平台用于放置工件。工件需要手动放置、三轴模组可保证机构能够运行覆盖整个平面范围。底面设置一个可排水的水槽、用于收集喷水楔块漏出的水。 整个系统主要包括以下几个模块： 超声检测单元 检测平台 探头控制单元 水循环单元 软件操作界面单元 4.2 检测原理 检测方法为超声相控阵检测技术，使用超声相控阵技术进行缺陷检测。 相控阵与常规超声的对比： 使用常规超声技术时，即使笔刷式超声探头能在一次旋转中检测较大度），但因为每个探头的声束之间并没有物理交叠，因此缺陷的探出率依然很低。的区域（宽虽然使用两排常规超声探头时可以增加超声声束的覆盖率，但坯材中能量密度的相对严重的不均衡状态依然存在。这样坯材中的某些区域会接收到较低的超声声束能量，探出该区域中细小缺陷的能力也随之减弱。此外，使用两排超声探头通常会造成机械定位的不稳定。 相控阵检测是一种特殊类型的超声检测，它使用成熟的多晶阵列探头和功能强大的仪器/软件，在测试工件中传播高频声束，并在仪器/软件中绘制回波曲线。相控阵探头实质上是一个被分为多个小晶片的长超声探头，这些晶片被单独触发。线性电子扫查是通过沿阵列轴方向移动声束而进行的，不需做任何机械运动。声束的移动通过分时多路切换激活晶片而完成。 碳纤维板检测时采用0度线性扫查、声束直接0度入射即可完成检测。 4.3超声检测单元 4.3.1相控阵主机 相控阵检测主机选用全进口奥林巴斯整合型工业集成相控阵设备FOCUS PX。FOCUS PX是为自动检测系统设计的高性能传统和相控阵超声波采集单元。 奥林巴斯Focus PX相控阵主机 FOCUS PX主要具有以下特点： 1全功能基于PC数据采集和分析软件(Focus PC) 2高级相控阵、多通常规超声检测、TOFD检测配置相结合 3基于配套设备的文件容量，可储存大量数据 4基于以太网的快速数据传输(30 MB/s) 5配置可高达 32:128、且可多台串联 6脉冲重复频率可高达 20 kHz 7实时数据压缩和信号平均 8通往外部电机控制器及扫查器的通讯接口 FOCUS PX主要技术指标如下所示： 4.3.2相控阵探头 水浸相控阵为多晶片结构、能够实现声场的聚焦效果，相对于常规探头有更好的检测效果、0度线性聚焦如下图所示： 晶片激励示意图 如下图图所示我们检测选用的探头为奥林巴斯10MHz相控阵探头、单次扫查宽度可达到60mm上，复材专用相控阵探头具有非常高的检测灵敏度。 奥林巴斯10LNW1相控阵探头 4.3.3 Focus PC软件 Focus PC是一款基于PC的软件、主要进行用于超声信号的数据采集和显示。可以自由地进行超声参数的配置、并显示不同的视图，数据库中有大量的探头、楔块和工件，可以自由地模拟工件并设置工艺。 4.4 探头夹持 探头夹持示意图 探头前端会设置一个A/B轴用于调节探头与平台的水平度。前端夹持结构可搭载探头、保持声束线能垂直入射。 4.5 检测平台 检测平台 三轴模组运动范围内会设置一个1500mm*1500mm的平台用于放置检测工件。平台表面会有固定装置、以保证工件每次放置的位置在一个固定范围内，高精度三轴模组会保证机械的运行精度。 4.6软件操作界面单元 4.6.1概述 配套定制开发基于Olympus FocusPC的碳纤维板相控阵检测系统软件（BRbrois），具有数据采集与分析，实时运动控制、状态监控，实时成像，缺陷自动识别、数据管理、类型管理、报告管理和用户管理等功能。 软件将运动控制和相控阵检测单元集中在一个检测界面、方便检测的调试和查看、使软件操作更加简单。 BRbrois软件包括“自动检测”、“手动检测”和“查看分析”（报告）“三种”工作模式，支持覆盖全部工作流程和业务需要。 4.6.5软件主要功能 1、一体化渐进式GUI 精简的一体化的用户交互界面设计，渐进式功能交互，增强用户体验，实现检测业务逻辑和流程自动化。 主用户交互界面GUI示意图 2、系统状态监控 软件启动后，自动探测超声仪器、自动化运动/系统、水系统和系统安全等子系统的状态，并界面提示或报警。 3、实时检测成像 包括数据采集、实时成像、动态闸门、图像优化等子模块，全参数化操控，实现数据采集、实时成像（A扫、S扫和C扫）、闸门设定、数据分析、图像优化处理等功能。 4、缺陷识别和标注 包括实时识别、缺陷标注、统计分析和报警提示等子模块。自动缺陷识别、标注，根据定义和需要在用户界面、自动化系统中声光报警。软件有缺陷大小计算功能（数格子）。 缺陷统计结果实时显示在用户界面上，并记录在检测报告中。 5、类型管理 包括参数化配置、运动轨迹、闸门设置和超声配置等子模块。通过交互界面，实现检测工件类型的一键式选择切换和检测流程自动化。其中配置文件包括运动轨迹参数、闸门设置参数、超声系统配置参数，检测报告模板、默认存储路径和命名参数等。 6、检测报告 包括报告生成、报告查看/修改和报告下载等子模块。自动生成检测报告。报告内容包括缺陷详细信息列表、检测图像、工件信息、工艺参数、检测系统信息、用户信息和检测日期等。提供按日期和检测类型查询、下载和查看历史报告功能。工艺模拟界面
Focus PC软件界面
类型管理功能界面示意图
