飞机修理中工业CT技术应用探析

潘大勇

摘 要 工业CT等无损检测技术在飞机维修中发挥着越来越重要的作用。根据工业CT的技术特点，可以直接测量复杂产品的三维内部缺陷、结构和几何尺寸特性，而不会对产品造成分解或损伤，并进行可行性分析，描述应用过程和实际效果，对工业CT的技术应用做出展望，指出在实际應用中要注意的工艺参数选择、测量精度和误差控制等问题。

关键词 飞机修理;工业CT技术;应用

随着飞机视情维修方式的不断发展和推广应用，对飞机机件故障的无损检测要求越来越高。无损检测技术是保障飞机维修安全和质量的不可或缺的关键技术之一。近些年来，日益发展成熟的工业计算机断层扫描成像技术即工业 CT采用X射线透射原理，在不分解和不破坏产品状态下，可以清晰了解复杂产品的三维内部缺陷、构造和几何尺寸特征，能很好地解决目前飞机维修中碰到的检测难题，具有不受产品材料和形状限制等独特优势。

1 工业CT在飞机修理中的应用

1.1 逆向设计的应用范围和过程

工业CT可实现高精度公差零件的反测绘，用于航空机械产品零件和装配零件的反测绘，也可用于印刷电路板、电缆插头、电子元器件、电子产品等航空电子和电气产品的反测绘等，其逆向映射和三维建模模型的数据可用于飞机维修领域无图设计恢复，可作为维修基准标准和故障排除指导;可用于模拟自制件的数控加工或三维打印制造;可用于三维附加修复;可用于数字化维护（产品数字化建模、虚拟现实生产和员工培训）;可用于快速原型制造;可用于有限元分析;或导入CAD/CAM软件进行后续改进设计，这些是工业CT最重要、最独特的功能。机械零件和电子产品/印刷电路板的反向测量在产品形状、材料、尺寸和输出要求（精度、尺寸、型号格式等）上是不同的。相应的CT扫描、模型和过程不同[1]。

1.2 故障检测与诊断的应用范围和过程

首先，零件内部缺陷检测与分析。工业CT用云图和报表对缺陷结果进行详细标识，特别是对内部结构复杂的零件和新材料的质量缺陷进行定量检测：树脂基复合材料、碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料等新材料零件的内部缺陷检测;蜂窝结构、中空格子结构、整体结构、不可拆卸结构、烟火工艺产品质量、装药质量等新结构的质量缺陷检测、粉末注射成型新工艺、铸造、精密焊接、3D打印，快速制造和成品质量检测是目前二维X射线胶片检测、超声波检测等替代技术，可以实现从无损检测到无损评价的发展。其次，装配修理前的故障诊断和修理后的装配质量检查。利用工业CT对印刷电路板、电子元器件和不可拆卸机电产品的故障进行诊断、定位和分析，是航空产品状态维修的关键支撑技术，具有很大的应用价值。同时，利用工业CT对飞机关键部件的装配质量进行检测，发现焊接、螺钉装配等误差是无损的、直观的。

1.3 尺寸测量的适用范围和过程

复杂异形零件的内尺寸测量：常规的卡尺等测量手段只能测量规则形状和简单形状的尺寸，而复杂异形和内部封闭区域的尺寸无法测量。工业CT可适用于线、面、圆、锥、柱、球。采样点多，测量精度高。目前，作为对传统接触测量方法的补充，其应用范围涵盖了飞机维修尺寸测量的各个领域，如飞机零件材料壁厚分析/壁厚测量、橡胶制品软材料尺寸测量等。

2 工业CT应用中的关键技术问题分析

2.1 设备选型及工艺参数试验优化

目前，市场上供应的各种规格的设备有不同的应用范围。工业CT虽然有很多优点，但也有检测局限性，即工业CT对细节特征的分辨能力与试件的尺寸有关，试件的大尺度分辨能力很低，小尺度分辨能力很高[2]。目前，高精度工业CT只适用于小零件。在选择和使用中，首先应根据被测零件的尺寸、材质和结构形式，综合考虑工业CT的材料穿透尺寸、空间分辨率和密度分辨率、灰度图像的细节定义、测量尺寸精度、工作状态等多项设备技术指标设备系统的精度和稳定性、软件精度等;其次，要考虑测量任务是故障检测还是尺寸测量，这需要不同的设备。在估算试件熔深厚度方面，分析了试件的几何尺寸，包括试件的形状、组成材料、近似结构、截面熔深厚度、试件的最大尺寸和重量。最大外形尺寸和重量必须满足CT系统的要求，否则将无法检测。在扫描能量选择方面，任何CT系统都具有灵敏度和动态响应范围。

2.2 测量精度及误差处理

一是检测精度问题。反求工程中最为关注的问题是尺寸测量精度。目前，从理论公式很难准确给出CT尺寸测量的最小精度。实际测量中最有效的方法仍然是比较法，即在材料和射线衰减相同或相似的条件下，用相同的技术进行扫描，用已知尺寸的标准样品进行测量和校准，在相同的试验条件下测量未知尺寸。影响图像质量的几个因素将影响尺寸测量精度。因此，在反求工程中，应尽量提高CT图像的空间分辨率和密度分辨率，尽量减少伪像。第二，错误处理问题。工业CT技术在航空维修中的应用正在不断发展，特别是在逆向工程中。在数据模型重建的整个过程中，涉及的环节很多，因此误差的积累是不容忽视的。在目前点云数据智能化应用水平较低的情形下，其处理功能还无法满足实际应用的需要，建模流程中还需要高度的人工干预才能完成，对于设计和处理人员的工作技能具有较高的要求。

3 结束语

通过对典型飞机机电产品的分析和应用试验，证明CT作为一种先进的检测工具，能够更加清晰地展现工件的截面图像，具有较高的灵敏度和分辨率，在飞机维修中具有良好的应用前景。通过对这些典型部件的应用试验，解决了飞机维修中复杂重要产品的数据缺乏、维修依据不足、无法检测出内部缺陷和隐患等问题，有效提高了维修保障能力，取得了良好的效果。

参考文献

[1] 龚群甫，安小慧.工业CT技术在飞机修理中的应用[J].新技术新工艺，2020，（2）：71-74.

[2] 曹宏翼，朱玉波，梁彪，等.逆向技术与3D打印技术在飞机修理中的联合应用[J].世界制造技术与装备市场，2019，（4）：45-46.