工业内窥镜在全尺寸结构飞机疲劳试验中的应用

石　磊，彭智伟

(中航工业飞机强度研究所, 西安 710065)



工业内窥镜在全尺寸结构飞机疲劳试验中的应用

石磊，彭智伟

(中航工业飞机强度研究所, 西安 710065)

摘要：工业内窥镜在全尺寸结构飞机疲劳试验中，可用于检测飞机结构中人眼无法直接观察到的部位，通过物镜与液晶显示器的图像转换，达到间接目视检测的目的；检测人员可以在不需要拆卸或破坏构件的前提下，方便且迅速地观察及检测组装构件的内部表面结构或工作状态；并对裂纹长度进行测量等，从而有效地实施质量管理。

关键词：内窥镜；目视检测；全尺寸结构飞机;疲劳试验

工业内窥镜检测是无损检测的一个分支。在全尺寸结构飞机疲劳试验中，能否及时准确发现和定量检测损伤(包括人眼无法直接观察到的部位的损伤)、裂纹(包括裂纹的定性、定位及定量测量)及组装构件的内表面结构或工作状态(包括组装构件处于无法拆卸或分解的场合下)等，是保证试验正常安全运行，正确评价飞机结构耐久性以及损伤容限特性的重要环节;同时也是飞机定检维修的重要手段。

针对飞机某些结构部位的特点，利用工业内窥镜检测技术的独特优势,可以延长人眼的视距,改变人眼的视线方向,使人眼能够间接观察并检查到需要观察及检查的场所，解决实际工作中遇到的问题[1]。笔者所做试验再次说明了工业内窥镜检测技术的重要,可供同行参考。

1全尺寸结构飞机无损检测中的困难

在实际的全尺寸飞机结构无损检测过程中会遇到如下困难：① 某些部位空间狭小、开敞性差。② 重要部件结构复杂多变，不易拆卸。③ 某些部位根据工艺要求不允许拆卸。

人眼视野范围的局限性，导致了这些部件的检测需要借助工业内窥镜完成。

2工业内窥镜检测在全尺寸结构飞机疲劳试验中的应用

2.1垂尾的检测

垂尾的支撑功能是由一些短梁来完成的，其在试验过程中主要受到向左、向右的拉力。某型飞机在完成了3倍疲劳试验后，需要对垂尾前、中、后短梁进行检测。由于空间限制，常规的无损检测方法，如渗透、涡流、X射线、超声波均无法对上述部位进行检测,必须应用工业内窥镜完成检测。图1为工业内窥镜检测穿孔部件照片，通过对结构上的工艺孔的检测发现，后短梁的工艺孔边开裂，检测结果如图2所示。

图1　工业内窥镜检测穿孔照片

图2　后短梁工艺孔开裂照片

2.2机翼缘条的检测

在某飞机疲劳试验中，机翼下壁板漏水，由于该处结构不可拆卸，为确定漏水原因，打开机翼口盖，采用工业内窥镜检查，发现下缘条与下壁板连接的螺栓孔边及下缘条边已经开裂。开裂情况如图3所示。

图3　某型飞机下缘条裂纹

2.3机翼对接螺栓孔的检测

某型飞机疲劳试验中，机翼对接螺栓孔周围出现漏水现象。首先对该结构进行X射线拍片检测，并未发现异常。然后将对接螺栓分解下来，采用工业内窥镜对螺栓孔进行检测，发现是内部的密封胶层破裂导致密封不严，从而螺栓孔边周围出现漏水,如图4,5所示。

图4　飞机对接螺栓孔边漏水照片

图5　飞机螺栓孔内壁工业内窥镜检测漏水照片

2.4机翼人工缺陷的检测

由于某飞机机翼大轴根部空间狭小，在装机状态下无法对该结构进行人工缺陷检测。而采用工业内窥镜后，能使其成为可检部位。笔者定期使用工业内窥镜，对小机翼根部的人工缺陷进行检查，顺利完成了该项试验。图6为某型飞机小机翼大轴根部人工缺陷照片。

图6　某型飞机小机翼大轴根部人工缺陷照片

3工业内窥镜对裂纹的定性与测量

测量功能是视频工业内窥镜在检测过程中的一项重要手段。使用该功能可以对缺陷的尺寸进行测量，对缺陷进行定量评估。特别是在飞机疲劳试验过程中，检测裂纹的尺寸是否真实可靠对试验起着至关重要的作用。

目前，最先进的视频工业内窥镜采用最新的立体测量技术，利用计算机进行视频信号的采集和图像处理，能够对所观察到的目标进行点-点、点-线、点-面间距离的三种模式测量，准确性高，大大扩展了内窥镜检查在无损检测领域中的应用范围。

在全尺寸结构飞机疲劳试验中采用韦林工业内窥镜，该内窥镜应用阴影测量法进行测量。阴影测量法的主要原理,是根据固定标记在不同距离平面上投影的位置变化与其距离的比例关系，通过图像上的投影线的位置作为测量的标尺，计算出图像任意两点间的距离。阴影测量法，巧妙地利用了投影位置与投影距离的关系，很好地解决了图像尺寸的测量问题。阴影测量法的优点是操作使用方便，可以在观察图像的同时进行采集测量[2]。

检测的精度与准确性是衡量检测结果是否有效的前提。由于工业内窥镜测量是在放大的条件下对产品进行测量的，检查的准确性、放大倍数与镜头参数、镜头到物体的距离、照明条件等因素有关。一般放大倍数越大，工业内窥镜测量的准确度越高。只有在较大的放大倍数及正确操作下，才能得到可靠的测量结果。为了提高检测的准确性，针对试验过程，要求工业内窥镜检测裂纹的最小长度不小于3 mm，并制定了在不同放大倍数下的实测数据，见表1。根据表1的数据绘制出阴影测量放大倍数与误差关系曲线，如图7所示。

图7　阴影测量放大倍数与误差关系曲线

放大倍数3.23.94.65.76.77.68.51014.316.818.720.8实测/mm2.882.92.922.932.942.962.972.9933.0133.01误差率0.040.0330.0270.0230.020.0130.010.00300.00300.003

4结论

工业内窥镜技术在飞机全机疲劳检测中发挥着越来越重要的作用。随着工业内窥镜技术的广泛应用，特别是视频工业内窥镜的测量功能的运用，解决了其他无损检测方法不能解决的许多问题,飞机检测人员的工作效率将会得到提高，对于损伤的检测、评定能更加精确快捷。

参考文献:

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

[2]王跃辉.目视检测[M].北京:机械工业出版社，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

中图分类号：TG115.28

文献标志码：B

文章编号：1000-6656(2016)01-0055-03

DOI:10.11973/wsjc201601015

作者简介：石磊(1969-),男,工程师，主要从事无损检测工作。

收稿日期：2015-04-09