CN102105784A - 检测设备 - Google Patents

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Abstract

检测设备(300)具有超声换能器(304)，该超声换能器封装在安装于壳体(328)中的耦合剂模块(302)中。壳体(328)安装有一对编码器(340，342)。换能器(304)安装成垂直于模块(302)的接触表面(306)扫描。在接触表面上还提供具有PTFE层的耦合模块。

Description

检测设备
技术领域
本发明涉及一种用于检测部件的设备。更具体地，本发明涉及一种用于复合飞行器部件的超声扫描的设备。
背景技术
能够利用超声测试来分析材料的不可见区域，诸如部件、焊接部和复合材料的内部。这种无损测试(NDT)利用声波的反射来探测很难通过不破坏部件的其它方式探测的故障和特征。在航天航空领域超声测试是在生产和服务期间探测材料的完整性的常用技术。
扫描器往往是便携式(即，更适于服务中扫描)或者非便携式(特别用于生产)的。
超声测试的一个特征是由于空气与固体(诸如测试样本)之间的声阻抗失配很大，因此需要耦合剂以帮助超声能量传送到测试样本。如果不使用耦合剂，该失配便造成声波反射以及扫描质量的下降。耦合剂通常采取水或凝胶或诸如低声损弹性体的可变形固体的形式。
超声测试的另一个特征是需要将超声换能器相对于实体或者待探测的故障正确定向(通常垂直定向)。在层状复合材料中，这些故障与工件表面基本平行地定向。这样，重要的是扫描器正确定向以使扫描方向垂直于工件的表面。
传统上，由于该操作必须在逐点的基础上执行，因此超声测试受到检测速度方面的限制。已经改进研发了阵列扫描，或者允许在一个表面上方持续扫描的“画笔”扫描，以产生测试部件期望区域的二维图像。然而这种装置笨重并且限于使用在生产(与服务相对)环境中，并且不被认为是便携的。
一个问题是低声损弹性体具有相对高的摩擦系数，使得很难将其横跨待扫描的表面移动。一般来说，较低摩擦材料通常不具有期望的声学特性。
本发明的目的是提供一种改进的检测设备。
发明内容
根据本发明提供了一种用于扫描工件的超声扫描器，该扫描器包括：
超声换能器；
固体耦合部件，该固体耦合部件限定用于与所述换能器相接触的换能器接触表面以及用于与待扫描的工件相接触的工件接触表面；
其中所述固体耦合部件至少部分地围绕所述换能器以便相对于所述工件接触表面定位所述换能器。
有利地，所述换能器与所述耦合部件之间的界面用于将所述换能器相对于所述待扫描表面正确地定向(例如垂直定向)。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于超声扫描器的耦合部件，该耦合部件包括由弹性聚合物构成的本体，并且包括至少部分地覆盖所述本体的低摩擦材料层，以形成摩擦系数小于0.5的工件接触表面。
有利地，低摩擦材料层帮助耦合部件横跨工件的表面移动。
对于“摩擦系数”，我们指的是以对于聚合物的标准方式(即，抵靠抛光钢)测得的摩擦系数。
附图说明
下面将参照附图详细地描述扫描器的一个实例，在附图中：
图1a是根据本发明的第一扫描器的立体图；
图1b是图1a中扫描器的立体图；
图1c是图1a中的扫描器在使用中的侧视图；
图2a是根据本发明的第二扫描器的立体图；
图2b是图2a中的扫描器在使用中的侧视图；
图3a是根据本发明的第三扫描器的分解立体图；
图3b是图3a中扫描器的立体图；
图3c是图3a中的扫描器在使用中的俯视图；
图3d是图3a中的扫描器的一部分的侧视图；以及
图4a至图4c根据本发明的第四扫描器的低摩擦涂层方法的立体图。
具体实施方式
参见图1a至图1c，扫描器100包括耦合剂块102和超声阵列104。耦合剂块102由低声损的弹性体构成，并且通常为长方体形状。耦合剂块102限定工件接触表面106。长方体凹槽形状的阵列容纳结构108限定在模块102中并且通向插入孔110。
超声阵列104是本技术领域公知的类型并且通常是长方体，该阵列包括用于连接数据线114的孔112。如下所述，阵列104能够发射并接收超声以扫描部件。所述阵列具有扫描方向116。
通过将阵列104经由插入孔110滑入到阵列容纳结构108中来装配扫描器100。阵列容纳结构108的尺寸设计为接近阵列104的外部尺寸，并且这样能够将阵列104支撑到期望的位置中。理想的是扫描方向116与接触表面106垂直，并且所述容纳结构考虑到这点定向。
可以将少量耦合剂液体(例如水或者凝胶)加入到孔110以帮助超声能量横跨阵列-耦合剂的边界传递，并且还有助于阵列104的插入和移除。
参见图1c，工件10包括增强件12，该增强件包括与基板16成90度突出的凸缘14。凸缘14与基部16在一对相对的2度半径的圆角半径18处接合。
凸缘14包括用于检测的故障部20。
扫描器100定位在凸缘14上以检测故障部20，接触面106完全抵靠凸缘14。这样扫描方向116垂直于凸缘14。这提供了在阵列104与故障部20之间用于检测和分析的最佳定向。通过线114收集数据并且对其进行适当分析。
扫描器100还可以用于检测基部16中的故障。
细水喷雾(未示出)也被应用到扫描器与工件以减少摩擦，并且增加在两个部件之间的超声传输效率。
参见图2a至2b，示出了扫描器200。与扫描器100近似的部件的附图标记加上100。
耦合剂模块202通常是长方体并且包括与接触面206相对的弧形表面218。弧形表面使扫描器200更加舒适地握在用户手中。
耦合剂模块限定在定位有旋转编码器222的凹槽220中。旋转编码器222包括编码器轮224和编码器数据线226。编码器222用于确定扫描器200行进的距离。
图2b示出了使用中的扫描器。与扫描器100相比，扫描器200利用编码器轮224与凸缘14之间的接触来确定扫描器200在凸缘14上方行进的距离。扫描器200还可以用于探测基部16中的故障。
参见图3a至3c，示出了扫描器300。与扫描器100相近似的部件的附图标记加上200。
扫描器300包括由塑料材料制成的壳体328。壳体328通常是C形，该壳体包括基部330、第一臂332和第二臂334。每个臂332、334分别地限定编码器安装结构336、338。所述壳体按照人体工程学成型，以舒适地容纳在用户手中。
扫描器300包括第一编码器340和第二编码器342，每个都与编码器222相似。编码器340、342通过编码器安装结构336、338安装到壳体328。编码器安装结构336、338布置为允许编码器340、342在使用中移动但是保持朝向工件弹性地偏转以保持与其接触。允许编码器340、342相对于壳体328移动可以允许扫描器300更加有效地横过不均匀表面，因为在接触表面306与工件10之间保持接触。
在使用中，如图3b所示壳体328安装在耦合剂模块302的周围。壳体328成形为在第一臂332与第二臂334向内逐渐收缩时保持耦合剂模块302。这样臂332、334保持逐渐收缩的耦合剂模块302。
如图3c所示，扫描器300沿着工件10的凸缘14朝D方向运动。在大部分扫描操作中，编码器340、342都与凸缘14接触，然而接近端部时编码器340、342中的一个将会失去接触。在这些情况下，在凸缘14上方行进的距离由单个编码器来确定。通过这种方式，扫描器300能够扫描工件10的整个长度。扫描器100还可用于检测基部16中的故障。
图3d示出了扫描器300的耦合剂模块302的侧视图。如图所示，耦合剂模块302包括具有角度A的倒角端部344。从而端部344允许与基部16成小于90度角度地扫描凸缘14。
图4a示出了包括耦合剂模块402和换能器404的扫描器400。扫描器400包括多个柔性自粘PTFE(聚四氟乙烯)带406。所述带粘附到耦合剂模块402的底部以便在耦合剂模块与工件之间提供低摩擦层(未示出)。
已经表明，尽管PTFE对于超声波的传播通常并未显示出令人满意的声特性，但使用0.05mm至0.2mm级别的PTFE薄层也并未严重妨碍扫描器的性能。
参见图4b，示出了另选的结构，其中PTFE带406被叠置。
参见图4c，提供了PTFE护套408，其大致与耦合剂模块402的外部轮廓相符。这样提供了均匀的PTFE层，该层消除了可能由在扫描区域内具有PTFE带406的边缘所造成的任何影响。

Claims (25)

1.一种用于扫描工件的超声扫描器，该超声扫描器包括：
超声换能器；
固体耦合部件，该固体耦合部件限定用于与所述换能器相接触的换能器接触表面、以及用于与待扫描的工件相接触的工件接触表面；
其中所述固体耦合部件至少部分地围绕所述换能器，以便相对于所述工件接触表面定位所述换能器。
2.根据权利要求1所述的超声扫描器，其中，所述换能器接触表面和所述工件接触表面大致是平面，并且大致平行。
3.根据权利要求2所述的超声扫描器，其中，所述换能器是限定阵列线的超声阵列，所述阵列线平行于所述换能器接触表面和所述工件接触表面。
4.根据上述权利要求中任一项所述的超声扫描器，其中，所述换能器在所述耦合部件中可滑动，以便插入和移除。
5.根据权利要求4所述的超声扫描器，其中，所述换能器限定大致棱柱状的外表面，并且所述耦合部件限定相应的孔，以容纳所述换能器。
6.根据权利要求5所述的超声扫描器，其中，所述换能器包括多边形横截面。
7.根据上述权利要求中任一项所述的超声扫描器，该超声扫描器包括至少部分地覆盖所述工件接触表面的低摩擦材料层，该低摩擦材料的摩擦系数小于0.5。
8.根据权利要求7所述的超声扫描器，其中，所述低摩擦材料的摩擦系数接近0.1。
9.根据权利要求8所述的超声扫描器，其中，所述低摩擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)。
10.根据权利要求中7至9中任一项所述的超声扫描器，其中，所述低摩擦材料呈胶带的形式。
11.根据权利要求中7至9中任一项所述的超声扫描器，其中，所述低摩擦材料呈围绕所述耦合部件的至少一部分的护套的形式。
12.根据上述权利要求中任一项所述的超声扫描器，该超声扫描器还包括安装有所述耦合部件的壳体，所述壳体限定用于在使用中被用户抓握的表面。
13.根据上述权利要求中任一项所述的超声扫描器，该超声扫描器还包括第一编码器，该第一编码器安装到所述扫描器，以接触所述工件，并且在使用中确定相对于该工件的行进距离。
14.根据权利要求13所述的超声扫描器，该超声扫描器还包括另一编码器，该另一编码器大致与所述第一编码器相似，并且安装在所述扫描器的与所述第一编码器相反的一侧上。
15.根据权利要求13或14所述的超声扫描器，其中，所述第一编码器和/或所述另一编码器弹性地安装到所述扫描器，以朝向工件弹回。
16.根据上述权利要求中任一项所述的超声扫描器，该超声扫描器包括定位设备，以接合工件并且将所述扫描器定向地相对于该工件保持。
17.根据权利要求16所述的超声扫描器，其中，所述定位设备包括定位成与所述工件接触表面大致相对的第一辊，所述第一辊可移动地安装到所述扫描器并且朝向所述工件接触表面弹性地安装，以在所述第一辊与所述工件接触表面之间夹持所述工件的平坦部分。
18.根据权利要求17所述的超声扫描器，该超声扫描器包括第二辊，该第二辊与所述第一辊相对定位并且安装到所述扫描器，以便在与所述工件接触表面相同的一侧上与所述工件相接触。
19.根据权利要求18所述的超声扫描器，该超声扫描器包括第三辊，该第三辊与所述第一辊相对定位并且安装到所述扫描器，以便在与所述工件接触表面相同的一侧上与所述工件相接触，所述第三辊被定位在所述扫描器的与所述第二辊相反的一侧上。
20.一种用于超声扫描器的耦合部件，该耦合部件包括由弹性聚合物构成的本体，并且包括至少部分地覆盖所述本体的低摩擦材料层，以形成摩擦系数小于0.5的工件接触表面。
21.根据权利要求20所述的用于超声扫描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料的摩擦系数接近0.1。
22.根据权利要求21所述的用于超声扫描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)。
23.根据权利要求中20至22中任一项所述的用于超声扫描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料呈胶带的形式。
24.根据权利要求中20至22中任一项所述的用于超声扫描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料呈围绕所述耦合部件的至少一部分的护套的形式。
25.根据权利要求中20至24中任一项所述的用于超声扫描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料层具有0.05mm至0.2mm的厚度。
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