陳瑞強(qiáng)

（中航天水飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741025）

隨著我國(guó)工業(yè)CT 技術(shù)的成熟，工業(yè)CT 檢測(cè)系統(tǒng)被應(yīng)用在各領(lǐng)域中。在飛機(jī)修理工作中，工業(yè)CT 技術(shù)的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)非常明顯，能夠幫助維修人員定位故障、明確損傷情況，使維修人員制定更可靠的維修方案。但是為發(fā)揮工業(yè)CT 的技術(shù)價(jià)值，還應(yīng)結(jié)合飛機(jī)維修實(shí)際需求，靈活應(yīng)用工業(yè)CT 技術(shù)，優(yōu)化飛機(jī)設(shè)備的維修方案，使飛機(jī)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

1 工業(yè)CT 技術(shù)的原理分析

工業(yè)CT 技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下衍生的“斷層掃描成像技術(shù)”，可以在不損傷物體的基礎(chǔ)上，利用3D、2D 圖像直觀、清晰地呈現(xiàn)物體結(jié)構(gòu)、缺損、材質(zhì)。工業(yè)CT 技術(shù)的基本原理是利用計(jì)算機(jī)的掃描輻射作用，以及物體本身的吸收特性，用輻射源、放射性核素發(fā)射具有一定能量強(qiáng)度的射線，如X 射線、Y 射線，以此檢測(cè)物品內(nèi)部射線分布情況、輻射源衰減規(guī)律，并在探測(cè)儀器的協(xié)助下獲取物體內(nèi)的信息數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)重建物體內(nèi)部圖像信息，顯示物體的完整圖像[1]。

2 工業(yè)CT 技術(shù)在飛機(jī)修理中的優(yōu)勢(shì)

1.工業(yè)CT 技術(shù)可以準(zhǔn)確定位飛機(jī)設(shè)備故障，更快捷地識(shí)別飛機(jī)缺損圖像信息。傳統(tǒng)射線檢測(cè)技術(shù)一般是將3D 物體投影到平面上，這種方式會(huì)導(dǎo)致圖像信息持續(xù)疊加，無法準(zhǔn)確地定位、測(cè)量設(shè)備故障或缺損。工業(yè)CT 檢測(cè)系統(tǒng)可直接生成2D、3D 圖像，輕松識(shí)別物體的細(xì)節(jié)特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)物體內(nèi)缺損的空間位置、形狀、尺寸信息等，為維修人員提供可靠的檢測(cè)信息。

2.工業(yè)CT 技術(shù)的分辨率較高，且具有較強(qiáng)的密度分辨能力，飛機(jī)修理中所獲取的圖像分辨率高達(dá)0.3%，明顯高于普通的無損檢測(cè)技術(shù)。另外，高性能的工業(yè)CT 檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍廣，在飛機(jī)修理中可以探測(cè)到檢測(cè)范圍內(nèi)的設(shè)備故障、材料缺損情況。據(jù)了解，高性能工業(yè)CT 檢測(cè)設(shè)備探測(cè)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍高達(dá)106 以上，無需在檢測(cè)中使用圖像加強(qiáng)設(shè)備。

3.基于工業(yè)CT 技術(shù)的飛機(jī)修理圖像信息的存儲(chǔ)、傳送更為便捷，可以直觀顯示，使維修人員及時(shí)獲取飛機(jī)設(shè)備缺陷的尺寸、位置、形狀，并根據(jù)密度信息了解缺陷性質(zhì)，分析缺陷原因，針對(duì)性地進(jìn)行飛機(jī)維修[2]。

3 飛機(jī)修理中應(yīng)用工業(yè)CT 技術(shù)的必要性

1.隨著我國(guó)制造技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，飛機(jī)生產(chǎn)中的復(fù)合材料增多，各類高強(qiáng)度、剛度好的復(fù)合材料成為飛機(jī)的重要組成結(jié)構(gòu)。但由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)會(huì)受多種因素影響，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，后期修理時(shí)需要通過無損檢測(cè)的方法，排查復(fù)合材料中的內(nèi)部缺陷，使其機(jī)械性能、整體結(jié)構(gòu)符合飛機(jī)的使用要求。但常用的外觀檢測(cè)、聲諧振法、聲阻法、超聲檢測(cè)等無損檢測(cè)技術(shù)，一般只能檢測(cè)飛機(jī)復(fù)合材料表面、近表面的部分缺陷位置，所獲取的缺陷尺寸不準(zhǔn)確，使得飛機(jī)修理時(shí)前期檢測(cè)的可靠性較低，維修人員無法依據(jù)數(shù)量化的缺陷、準(zhǔn)確的尺寸信息制定維修方案。

工業(yè)CT 檢測(cè)技術(shù)的高空間、密度分辨率，及其高對(duì)比度分辨率可以在飛機(jī)無損檢測(cè)的基礎(chǔ)上，生成飛機(jī)試件中復(fù)合材料的3D 圖像，立體呈現(xiàn)復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及飛機(jī)部件的缺陷空間形狀、復(fù)合材料的分布區(qū)域，及其在任意截面的尺寸，使維修人員掌握更可靠、精確的檢測(cè)結(jié)果。不僅如此，一些高分辨率的工業(yè)CT 在裝配“微納米焦點(diǎn)射線管”后，其空間分辨率可達(dá)到微米級(jí)、亞微米級(jí)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件的微觀檢測(cè)，便于維修人員完整地掌握部件信息，如飛機(jī)部件的裂紋、變形缺陷，或是分析其孔隙率、內(nèi)部纖維方向，夯實(shí)飛機(jī)部件維修基礎(chǔ)[3]。

2.近年來，為維護(hù)飛機(jī)運(yùn)行的安全性，完善飛機(jī)使用性能，航空航天領(lǐng)域?qū)︼w機(jī)機(jī)件故障無損檢測(cè)精度、要求逐漸升高，需要對(duì)飛機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜精密產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)維修，并且需要在不分解飛機(jī)內(nèi)精密部件的基礎(chǔ)上無損檢測(cè)其缺陷、裝配信息。但傳統(tǒng)超聲、射線、尺寸測(cè)量技術(shù)無法滿足相關(guān)要求，只有基于工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)，引進(jìn)工業(yè)CT 檢測(cè)系統(tǒng)，才能利用該技術(shù)體系中X射線透射原理，對(duì)飛機(jī)的精密設(shè)備、精密元件進(jìn)行無損檢測(cè)，同時(shí)清晰地了解其缺陷問題，降低飛機(jī)維修中復(fù)雜部件的檢測(cè)難度。

4 飛機(jī)修理中工業(yè)CT 技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 測(cè)量缺陷尺寸

飛機(jī)修理中，工業(yè)CT 技術(shù)可以通過測(cè)量飛機(jī)某部件、某設(shè)備的缺陷尺寸進(jìn)行故障檢測(cè)、故障診斷。

1.在分析飛機(jī)零件內(nèi)部缺陷時(shí)，工業(yè)CT 技術(shù)可利用3D 圖像、數(shù)據(jù)報(bào)表等形式，詳細(xì)地標(biāo)記、記錄飛機(jī)零件的缺陷檢測(cè)結(jié)果。在飛機(jī)內(nèi)的復(fù)雜零件、復(fù)合材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)中，工業(yè)CT 可以對(duì)缺陷進(jìn)行定量檢測(cè)，獲得完整的缺陷尺寸信息。比如飛機(jī)中樹脂基、碳/碳、陶瓷基等復(fù)合材料，以及飛機(jī)內(nèi)的蜂窩結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)、不可拆結(jié)構(gòu)，都可以通過工業(yè)CT 技術(shù)進(jìn)行缺陷檢測(cè)?；诠I(yè)CT 技術(shù)，飛機(jī)維修人員能夠快速地對(duì)缺陷信息進(jìn)行分析，準(zhǔn)確地評(píng)估飛機(jī)故障原因[4]。

2.工業(yè)CT 技術(shù)可以依據(jù)缺陷尺寸的測(cè)量，在修理飛機(jī)裝配件前定位、診斷飛機(jī)故障診斷，并在故障修理后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。比如對(duì)于飛機(jī)內(nèi)部的航空印刷電路板、電器元件、不可拆卸的飛機(jī)部件等，其缺陷分析、修理的難度較大，工業(yè)CT 直接通過無損檢測(cè)，對(duì)相關(guān)器件的故障缺陷尺寸進(jìn)行測(cè)量，是新時(shí)期飛機(jī)航空產(chǎn)品維修的技術(shù)支撐。

3.基于工業(yè)CT 技術(shù)，相關(guān)人員可在飛機(jī)修理時(shí)，檢測(cè)飛機(jī)上關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的裝配部件，排查焊接、螺釘裝配等質(zhì)量缺陷。尤其是在飛機(jī)系統(tǒng)調(diào)試、地面維修時(shí)，工業(yè)CT 可以在疑似故障的爭(zhēng)議中及時(shí)提供可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，尺寸缺陷測(cè)量?jī)?nèi)容包括飛機(jī)關(guān)鍵部件的安裝間隙、有無變形、是否存在位移情況、其他缺陷等。檢測(cè)流程是：首先確認(rèn)飛機(jī)維修、質(zhì)量檢測(cè)的零件、元器件、裝配件、成品件、復(fù)合材料；其次用工業(yè)CT 檢測(cè)系統(tǒng)放快速掃描被檢主體；最后生成可整體透視的直觀圖像及其任意面的剖視圖像，由專業(yè)飛機(jī)維修人員分析缺陷。

4.2 逆向測(cè)繪檢測(cè)

工業(yè)CT 技術(shù)能夠針對(duì)飛機(jī)中的“高精度公差件”、飛機(jī)機(jī)械類產(chǎn)品、飛機(jī)零件、飛機(jī)裝配件進(jìn)行逆向測(cè)繪，使維修人員根據(jù)逆向測(cè)繪結(jié)果，建立3D 模型，并在飛機(jī)檢修時(shí)通過設(shè)計(jì)恢復(fù)的方式，獲取修理標(biāo)準(zhǔn)、分析故障原因，制定更合理的修理方案。在飛機(jī)修理中，工業(yè)CT 的主要功能是通過逆向測(cè)繪，快速進(jìn)行原型制造、3D 打印制造、數(shù)字化維修，分析飛機(jī)修理過程中設(shè)備故障、缺陷的有限元，并聯(lián)合CAD/CAM 軟件對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，控制設(shè)備故障、解決缺陷問題[5]。

具體來說，飛機(jī)修理過程中，相關(guān)主體可基于工業(yè)CT 技術(shù)的逆向測(cè)繪功能，驅(qū)動(dòng)逆向工程系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)設(shè)備、元器件進(jìn)行修理。該系統(tǒng)一般由3 部分軟硬件組成，分別為：

1.測(cè)量?jī)x器、測(cè)量軟件、工業(yè)CT設(shè)備、工業(yè)CT系統(tǒng)逆向建模VGstudio 軟件。

2.逆向設(shè)計(jì)軟件，即航空航天領(lǐng)域中的主流軟件CATIAV5R16 和VGs-tudio。

3.計(jì)算機(jī)輔助軟件，如CAD 制圖軟件、航空領(lǐng)域軟件CATIAV5R16 共同組成的輔助制造系統(tǒng)。

工業(yè)CT 逆向工程系統(tǒng)的逆向測(cè)繪流程包括：確認(rèn)飛機(jī)修理主體→放置測(cè)量設(shè)備→計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速掃描→再現(xiàn)修理區(qū)域的3D 模型→以3D 立體圖像輸出圖像信息→CATIAV5R16、VGs-tudio 等軟件重建模型。在此過程中，工業(yè)CT 技術(shù)的主要作用是采集飛機(jī)修理主體的數(shù)據(jù)信息，處理相關(guān)數(shù)據(jù)，重構(gòu)檢修模型等。但是由于飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、機(jī)械零部件、電子產(chǎn)品逆測(cè)時(shí)，相關(guān)主體的形狀、尺寸、材質(zhì)、檢測(cè)精度要求不同，在CT 掃描后建模時(shí)，還應(yīng)靈活調(diào)整工業(yè)CT 的逆向測(cè)繪流程。

4.3 故障檢測(cè)分析

對(duì)于飛機(jī)修理中的復(fù)雜構(gòu)件、異形件，其尺寸測(cè)量是構(gòu)件修理的基礎(chǔ)工作，但常規(guī)卡尺僅適用于形狀簡(jiǎn)單、測(cè)量方便的飛機(jī)構(gòu)件。而工業(yè)CT 系統(tǒng)能夠測(cè)量復(fù)雜構(gòu)件、異形件的擬合線、平面尺寸，比如在球體、圓錐、圓柱的飛機(jī)構(gòu)件測(cè)量時(shí)，工業(yè)CT 可布設(shè)多個(gè)采樣點(diǎn)，高精度的測(cè)量構(gòu)件尺寸，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，獲取足夠的測(cè)量數(shù)據(jù)。

同時(shí)可作為傳統(tǒng)接觸式測(cè)量的補(bǔ)充方式，使飛機(jī)維修尺寸測(cè)量覆蓋整個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確地分析飛機(jī)零件的壁厚、測(cè)量飛機(jī)內(nèi)橡膠制品的尺寸，基本的測(cè)量流程是：確認(rèn)被測(cè)物品→布設(shè)工業(yè)CT 測(cè)量裝置→計(jì)算機(jī)快速掃描→建立3D 立體→測(cè)量尺寸。但是在選擇工業(yè)CT 測(cè)量設(shè)備時(shí)，飛機(jī)修理人員還應(yīng)依據(jù)待測(cè)零部件的實(shí)際尺寸、構(gòu)造形式，選擇適合的工業(yè)CT 設(shè)備，使工業(yè)CT 的穿透率、空間和密度分辨率、圖像清晰度、尺寸測(cè)量精度符合該零部件尺寸測(cè)量的要求，且單一的尺寸測(cè)量、缺損測(cè)量、故障檢測(cè)適用的工業(yè)CT 設(shè)備具有一定差異性，需要結(jié)合飛機(jī)修理需求選擇設(shè)備。

4.4 復(fù)合材料檢測(cè)

現(xiàn)階段，工業(yè)CT 射線源焦點(diǎn)尺寸達(dá)到了納米級(jí)別，可以在飛機(jī)修理中提供高分辨率的圖像信息。因此，在飛機(jī)制造中廣泛應(yīng)用復(fù)合材料的今天，工業(yè)CT 可以對(duì)飛機(jī)內(nèi)短纖維、玻璃纖維、碳纖維等復(fù)合材料進(jìn)行高分辨率掃描，讓修理人員了解飛機(jī)結(jié)構(gòu)中各類復(fù)合材料的分布信息、缺陷特征、尺寸信息，并對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行定量定性。

比如在碳纖維復(fù)合材料檢測(cè)中，工業(yè)CT 系統(tǒng)所生成的3D CT 圖像，能夠讓修理人員分別從X 軸、Y 軸、Z 軸查看被測(cè)物體的截面成像，觀察飛機(jī)試件內(nèi)的微結(jié)構(gòu)、其他數(shù)據(jù)信息。在修理航空復(fù)合材料制成的“飛機(jī)渦輪葉片”時(shí)，工業(yè)CT 可以用3D 圖像，使維修人員查看葉片內(nèi)部孔隙，計(jì)算孔隙率大小、缺陷大小，并觀察切片圖像，局部放大后掌握葉片的受損情況，制定飛機(jī)葉片的維修計(jì)劃。

4.5 腐蝕缺陷檢測(cè)

飛機(jī)修理活動(dòng)中，腐蝕缺陷檢測(cè)是飛機(jī)無損檢測(cè)的疑難點(diǎn)，為明確工業(yè)CT 在飛機(jī)腐蝕缺陷修理中的價(jià)值，相關(guān)人員基于飛機(jī)腐蝕缺陷的特征，以飛機(jī)常用的2A12 鋁板為核心，制作了飛機(jī)腐蝕試件，模擬飛機(jī)結(jié)構(gòu)面的腐蝕、腐蝕裂紋缺陷，并用工業(yè)CT 對(duì)試件進(jìn)行無損檢測(cè)。試件規(guī)格為長(zhǎng)150mm×寬80mm×高1.5mm 的2A12 鋁板，鋁板上為人為制造腐蝕缺陷。分別為半徑9mm，深度0.5mm 的圓形腐蝕缺陷、長(zhǎng)為22mm、深為0.9mm 的直線腐蝕缺陷。

應(yīng)用工業(yè)CT 系統(tǒng)掃描后，用計(jì)算機(jī)依據(jù)掃描數(shù)據(jù)重建3D 圖像，獲取該試件的截面圖像，為保證顯示效果，可利用專業(yè)的圖像處理軟件銳化圖像，增強(qiáng)其邊緣。在工業(yè)CT 系統(tǒng)中，修理人員可以清楚地查看圖像上試件的直線腐蝕缺陷、圓形腐蝕缺陷，表示工業(yè)CT 在飛機(jī)修理中同樣能夠用于檢測(cè)飛機(jī)表面缺陷、裂紋、腐蝕缺陷。

不僅如此，通過對(duì)比工業(yè)CT 系統(tǒng)顯示的圓形腐蝕缺陷、直線腐蝕缺陷圖像，修理人員可通過觀察其腐蝕深度的方式，評(píng)估缺陷的嚴(yán)重性，確保缺陷檢測(cè)結(jié)果的完整性，甚至能夠直接判定腐蝕缺陷深度，確定缺陷位置。相較于傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)、超聲檢測(cè)、紅外線檢測(cè)技術(shù)，工業(yè)CT 在檢測(cè)飛機(jī)設(shè)備、零件的內(nèi)部腐蝕，以及飛機(jī)表層腐蝕上有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以為飛機(jī)修理人員提供高精度的檢測(cè)數(shù)據(jù)，且檢測(cè)結(jié)果非常穩(wěn)定，同時(shí)可以滿足檢測(cè)主體的斷層掃描要求，使修理人員按照不同斷層圖像的差異性，準(zhǔn)確計(jì)算腐蝕面積，測(cè)量腐蝕深度，制定可靠的修理方案。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工業(yè)CT 技術(shù)是飛機(jī)修理過程中的先進(jìn)檢測(cè)手段，可以通過顯示飛機(jī)零件、故障點(diǎn)的CT 圖像，為維修人員提供更可靠的資料信息，使其排查飛機(jī)故障的原因，高效處理飛機(jī)設(shè)備的故障問題。同時(shí)能夠詳細(xì)地修理飛機(jī)設(shè)備內(nèi)部的缺陷，保證飛機(jī)修理精度、修理質(zhì)量，改善飛機(jī)、飛機(jī)設(shè)備的運(yùn)行條件。因此，航空航天領(lǐng)域還應(yīng)正視工業(yè)CT 技術(shù)的價(jià)值，做好工業(yè)CT 的應(yīng)用推廣、維修技術(shù)研究工作。