工業CT 技術在飛機修理中的應用分析

陳瑞強

（中航天水飛機工業有限責任公司，甘肅 天水 741025）

隨著我國工業CT 技術的成熟，工業CT 檢測系統被應用在各領域中。在飛機修理工作中，工業CT 技術的檢測優勢非常明顯，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。但是為發揮工業CT 的技術價值，還應結合飛機維修實際需求，靈活應用工業CT 技術，優化飛機設備的維修方案，使飛機處于良好的運行狀態。

1 工業CT 技術的原理分析

工業CT 技術是在計算機技術支持下衍生的“斷層掃描成像技術”，可以在不損傷物體的基礎上，利用3D、2D 圖像直觀、清晰地呈現物體結構、缺損、材質。工業CT 技術的基本原理是利用計算機的掃描輻射作用，以及物體本身的吸收特性，用輻射源、放射性核素發射具有一定能量強度的射線，如X 射線、Y 射線，以此檢測物品內部射線分布情況、輻射源衰減規律，并在探測儀器的協助下獲取物體內的信息數據，由計算機重建物體內部圖像信息，顯示物體的完整圖像[1]。

2 工業CT 技術在飛機修理中的優勢

1.工業CT 技術可以準確定位飛機設備故障，更快捷地識別飛機缺損圖像信息。傳統射線檢測技術一般是將3D 物體投影到平面上，這種方式會導致圖像信息持續疊加，無法準確地定位、測量設備故障或缺損。工業CT 檢測系統可直接生成2D、3D 圖像，輕松識別物體的細節特征、內部結構，呈現物體內缺損的空間位置、形狀、尺寸信息等，為維修人員提供可靠的檢測信息。

2.工業CT 技術的分辨率較高，且具有較強的密度分辨能力，飛機修理中所獲取的圖像分辨率高達0.3%，明顯高于普通的無損檢測技術。另外，高性能的工業CT 檢測系統的動態響應范圍廣，在飛機修理中可以探測到檢測范圍內的設備故障、材料缺損情況。據了解，高性能工業CT 檢測設備探測時的動態響應范圍高達106 以上，無需在檢測中使用圖像加強設備。

3.基于工業CT 技術的飛機修理圖像信息的存儲、傳送更為便捷，可以直觀顯示，使維修人員及時獲取飛機設備缺陷的尺寸、位置、形狀，并根據密度信息了解缺陷性質，分析缺陷原因，針對性地進行飛機維修[2]。

3 飛機修理中應用工業CT 技術的必要性

1.隨著我國制造技術的發展和創新，飛機生產中的復合材料增多，各類高強度、剛度好的復合材料成為飛機的重要組成結構。但由于復合材料結構會受多種因素影響，且內部結構較為復雜，后期修理時需要通過無損檢測的方法，排查復合材料中的內部缺陷，使其機械性能、整體結構符合飛機的使用要求。但常用的外觀檢測、聲諧振法、聲阻法、超聲檢測等無損檢測技術，一般只能檢測飛機復合材料表面、近表面的部分缺陷位置，所獲取的缺陷尺寸不準確，使得飛機修理時前期檢測的可靠性較低，維修人員無法依據數量化的缺陷、準確的尺寸信息制定維修方案。

工業CT 檢測技術的高空間、密度分辨率，及其高對比度分辨率可以在飛機無損檢測的基礎上，生成飛機試件中復合材料的3D 圖像，立體呈現復合材料的內部結構，以及飛機部件的缺陷空間形狀、復合材料的分布區域，及其在任意截面的尺寸，使維修人員掌握更可靠、精確的檢測結果。不僅如此，一些高分辨率的工業CT 在裝配“微納米焦點射線管”后，其空間分辨率可達到微米級、亞微米級，實現飛機部件的微觀檢測，便于維修人員完整地掌握部件信息，如飛機部件的裂紋、變形缺陷，或是分析其孔隙率、內部纖維方向，夯實飛機部件維修基礎[3]。

2.近年來，為維護飛機運行的安全性，完善飛機使用性能，航空航天領域對飛機機件故障無損檢測精度、要求逐漸升高，需要對飛機內部的復雜精密產品進行檢測維修，并且需要在不分解飛機內精密部件的基礎上無損檢測其缺陷、裝配信息。但傳統超聲、射線、尺寸測量技術無法滿足相關要求，只有基于工業計算機斷層掃描成像技術，引進工業CT 檢測系統，才能利用該技術體系中X射線透射原理，對飛機的精密設備、精密元件進行無損檢測，同時清晰地了解其缺陷問題，降低飛機維修中復雜部件的檢測難度。

4 飛機修理中工業CT 技術的具體應用

4.1 測量缺陷尺寸

飛機修理中，工業CT 技術可以通過測量飛機某部件、某設備的缺陷尺寸進行故障檢測、故障診斷。

1.在分析飛機零件內部缺陷時，工業CT 技術可利用3D 圖像、數據報表等形式，詳細地標記、記錄飛機零件的缺陷檢測結果。在飛機內的復雜零件、復合材料、內部結構的缺陷檢測中，工業CT 可以對缺陷進行定量檢測，獲得完整的缺陷尺寸信息。比如飛機中樹脂基、碳/碳、陶瓷基等復合材料，以及飛機內的蜂窩結構、整體結構、不可拆結構，都可以通過工業CT 技術進行缺陷檢測?；诠ICT 技術，飛機維修人員能夠快速地對缺陷信息進行分析，準確地評估飛機故障原因[4]。

2.工業CT 技術可以依據缺陷尺寸的測量，在修理飛機裝配件前定位、診斷飛機故障診斷，并在故障修理后進行質量檢測。比如對于飛機內部的航空印刷電路板、電器元件、不可拆卸的飛機部件等，其缺陷分析、修理的難度較大，工業CT 直接通過無損檢測，對相關器件的故障缺陷尺寸進行測量，是新時期飛機航空產品維修的技術支撐。

3.基于工業CT 技術，相關人員可在飛機修理時，檢測飛機上關鍵結構的裝配部件，排查焊接、螺釘裝配等質量缺陷。尤其是在飛機系統調試、地面維修時，工業CT 可以在疑似故障的爭議中及時提供可靠的檢測數據，尺寸缺陷測量內容包括飛機關鍵部件的安裝間隙、有無變形、是否存在位移情況、其他缺陷等。檢測流程是：首先確認飛機維修、質量檢測的零件、元器件、裝配件、成品件、復合材料；其次用工業CT 檢測系統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，由專業飛機維修人員分析缺陷。

4.2 逆向測繪檢測

工業CT 技術能夠針對飛機中的“高精度公差件”、飛機機械類產品、飛機零件、飛機裝配件進行逆向測繪，使維修人員根據逆向測繪結果，建立3D 模型，并在飛機檢修時通過設計恢復的方式，獲取修理標準、分析故障原因，制定更合理的修理方案。在飛機修理中，工業CT 的主要功能是通過逆向測繪，快速進行原型制造、3D 打印制造、數字化維修，分析飛機修理過程中設備故障、缺陷的有限元，并聯合CAD/CAM 軟件對相關設備進行改進設計，控制設備故障、解決缺陷問題[5]。

具體來說，飛機修理過程中，相關主體可基于工業CT 技術的逆向測繪功能，驅動逆向工程系統對飛機設備、元器件進行修理。該系統一般由3 部分軟硬件組成，分別為：

1.測量儀器、測量軟件、工業CT設備、工業CT系統逆向建模VGstudio 軟件。

2.逆向設計軟件，即航空航天領域中的主流軟件CATIAV5R16 和VGs-tudio。

3.計算機輔助軟件，如CAD 制圖軟件、航空領域軟件CATIAV5R16 共同組成的輔助制造系統。

工業CT 逆向工程系統的逆向測繪流程包括：確認飛機修理主體→放置測量設備→計算機系統快速掃描→再現修理區域的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CT 技術的主要作用是采集飛機修理主體的數據信息，處理相關數據，重構檢修模型等。但是由于飛機內部結構、機械零部件、電子產品逆測時，相關主體的形狀、尺寸、材質、檢測精度要求不同，在CT 掃描后建模時，還應靈活調整工業CT 的逆向測繪流程。

4.3 故障檢測分析

對于飛機修理中的復雜構件、異形件，其尺寸測量是構件修理的基礎工作，但常規卡尺僅適用于形狀簡單、測量方便的飛機構件。而工業CT 系統能夠測量復雜構件、異形件的擬合線、平面尺寸，比如在球體、圓錐、圓柱的飛機構件測量時，工業CT 可布設多個采樣點，高精度的測量構件尺寸，了解其內部結構，獲取足夠的測量數據。

同時可作為傳統接觸式測量的補充方式，使飛機維修尺寸測量覆蓋整個飛機結構，準確地分析飛機零件的壁厚、測量飛機內橡膠制品的尺寸，基本的測量流程是：確認被測物品→布設工業CT 測量裝置→計算機快速掃描→建立3D 立體→測量尺寸。但是在選擇工業CT 測量設備時，飛機修理人員還應依據待測零部件的實際尺寸、構造形式，選擇適合的工業CT 設備，使工業CT 的穿透率、空間和密度分辨率、圖像清晰度、尺寸測量精度符合該零部件尺寸測量的要求，且單一的尺寸測量、缺損測量、故障檢測適用的工業CT 設備具有一定差異性，需要結合飛機修理需求選擇設備。

4.4 復合材料檢測

現階段，工業CT 射線源焦點尺寸達到了納米級別，可以在飛機修理中提供高分辨率的圖像信息。因此，在飛機制造中廣泛應用復合材料的今天，工業CT 可以對飛機內短纖維、玻璃纖維、碳纖維等復合材料進行高分辨率掃描，讓修理人員了解飛機結構中各類復合材料的分布信息、缺陷特征、尺寸信息，并對設備故障進行定量定性。

比如在碳纖維復合材料檢測中，工業CT 系統所生成的3D CT 圖像，能夠讓修理人員分別從X 軸、Y 軸、Z 軸查看被測物體的截面成像，觀察飛機試件內的微結構、其他數據信息。在修理航空復合材料制成的“飛機渦輪葉片”時，工業CT 可以用3D 圖像，使維修人員查看葉片內部孔隙，計算孔隙率大小、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，制定飛機葉片的維修計劃。

4.5 腐蝕缺陷檢測

飛機修理活動中，腐蝕缺陷檢測是飛機無損檢測的疑難點，為明確工業CT 在飛機腐蝕缺陷修理中的價值，相關人員基于飛機腐蝕缺陷的特征，以飛機常用的2A12 鋁板為核心，制作了飛機腐蝕試件，模擬飛機結構面的腐蝕、腐蝕裂紋缺陷，并用工業CT 對試件進行無損檢測。試件規格為長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、長為22mm、深為0.9mm 的直線腐蝕缺陷。

應用工業CT 系統掃描后，用計算機依據掃描數據重建3D 圖像，獲取該試件的截面圖像，為保證顯示效果，可利用專業的圖像處理軟件銳化圖像，增強其邊緣。在工業CT 系統中，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CT 在飛機修理中同樣能夠用于檢測飛機表面缺陷、裂紋、腐蝕缺陷。

不僅如此，通過對比工業CT 系統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，評估缺陷的嚴重性，確保缺陷檢測結果的完整性，甚至能夠直接判定腐蝕缺陷深度，確定缺陷位置。相較于傳統的渦流檢測、超聲檢測、紅外線檢測技術，工業CT 在檢測飛機設備、零件的內部腐蝕，以及飛機表層腐蝕上有著明顯的技術優勢，可以為飛機修理人員提供高精度的檢測數據，且檢測結果非常穩定，同時可以滿足檢測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，準確計算腐蝕面積，測量腐蝕深度，制定可靠的修理方案。

5 結語

綜上所述，工業CT 技術是飛機修理過程中的先進檢測手段，可以通過顯示飛機零件、故障點的CT 圖像，為維修人員提供更可靠的資料信息，使其排查飛機故障的原因，高效處理飛機設備的故障問題。同時能夠詳細地修理飛機設備內部的缺陷，保證飛機修理精度、修理質量，改善飛機、飛機設備的運行條件。因此，航空航天領域還應正視工業CT 技術的價值，做好工業CT 的應用推廣、維修技術研究工作。