CN102262129A - 用于无损检测的旋转阵列探头系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于无损检测的旋转阵列探头系统。公开了用于对长检测对象进行无损检测和无损检查(NDT/NDI)的装置,其中,检查系统包括:检测对象输送器,其用于沿着纵向输送路径输送检测对象;探头组件,其包括相控阵探头,该探头组件被构造成感应检测对象中的信号并且感测从检测对象反射的回波,探头组件输送器被构造成可动地支撑探头组件,以使探头组件在围绕检测对象的周向路径上移动;和控制系统,其被联接到检测对象输送器和探头组件输送器,该控制系统被构造成使得在检测对象沿着纵向路径移动并且相控阵探头在周向路径上移动的同时由相控阵探头获取数据并且从相控阵探头获取数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检查诸如管、杆和棒等长检测对象的无损检测和无损检查(NDT/NDI),更具体地,本发明涉及一种在检查过程中使相控阵检查探头绕沿纵向供给到检查系统中的这些检测对象旋转的相控阵NDT/NDI系统。
背景技术
现在,在宽范围的工业情况中,在不损坏诸如制造结构和处理材料等对象的情况下对这些对象进行检测和检查是非常重要的。通过检查对象的物理状态以确保对象满足其规格而获得的优点对制造商来说是已知的。或许,这些优点中的最显著的优点是通过防止在制造过程中使用不一致的材料而使效率和产品品质提高。诸如管和杆等筒状结构以及诸如浇铸棒等非筒状材料包括大量的这种对象。
或许,当今最广泛使用的NDT/NDI材料检查方法学利用超声波(UT)探头和涡电流(EC)探头,超声波(UT)探头和涡电流(EC)探头均包括单一元件和/或阵列探头。在高速制造过程中,这些探头用于探测和辨别金属、非金属或纤维复合结构的静态缺陷或异常。
典型地,由于在检查之前不知道缺陷的取向,因此产生在检查这些材料时遇到的最困难的挑战中的一个挑战。因此,传统的检查探头系统能够以多个入射检查角度-诸如纵向、横向、垂直方向和倾斜方向等来扫描检测对象。复杂的多角度检查的这种要求对系统设计、制造和维护产生了显著的负担。
本公开内容主要涉及两种类型的NDT/NDI系统,这两种类型的NDT/NDI系统通常被称为“管”(或检测对象)和“棒”检查系统,诸如由本公开内容的受让人(即,奥林巴斯NDT公司)提供的检查系统等。此外,本公开内容主要说明采用相控阵或单元件UT探头的示例性检查方法;然而,本公开内容不限于此。的确,采用涡电流、声音和其它探头传感器技术的检查方法也可以从本公开内容的示教中得到益处。
这些系统所使用的检测对象可以非常长,例如是15米,并且具有宽范围的直径或截面尺寸。例如,传统的管检查系统可以覆盖60mm至620mm的直径范围并且可以覆盖4mm至50mm的壁厚范围。传统的实心棒检查系统可以覆盖8mm至250mm的直径范围。因此,生产和检查这些产品的工业设定必须提供基本的材料处理能力、工厂建坪和其它设备资源。
传统的管检查系统(PIS)通常包括:
a)传送机构,其用于将待检查的检测对象给送或放置在正确的检测位置;
b)多个相控阵检测探头,其沿着检测对象的纵向轴线定位,用于以多个入射角度获取传感器数据,在检测对象在固定的轴向位置旋转时,探头可被操作以沿轴向移动并且沿着所述轴线耦合;
c)耦合剂冲洗系统(couplant irrigation system),其以层流的方式将诸如水等超声耦合介质提供到探头的表面和检测对象的表面之间;
d)用于使所获取的检查传感器数据与检测对象的进行检查测量的位置相关联的部件;
e)用于运动控制和数据获取的计算机处理系统。
传统的棒检查系统(BIS)由上述PIS的大多数相同元件构成;然而,在元件“b)”方面,BIS与上述PIS的不同之处是:代替地,在检测对象沿轴向被传送的状态下,‘多个检测探头’以固定的方式布置成包围检测对象的外周并且被耦合到检测对象的外周。典型地,两个或更多个平行的平面探头配置(盒)用于提供最大的外周检查覆盖度,各平面探头配置彼此沿周向错位以覆盖其它部件不能覆盖的区域。
应该注意,用于将诸如水等耦合介质供给到探头和待测查的表面之间的具体方法对于诸如UT、PIS和BIS等系统是不同的。具体地,PIS对于各探头采用具有层流的连续局部水流,而BIS采用大的水箱,在该水箱中,探头和检测对象的将被检查的区域被浸没在一起。此外,在水箱的两侧设置于使检测对象沿轴向传送通过水箱的入口孔和出口孔。如期望的那样,由于需要密封水箱的孔和移动的检测对象之间的界面以使水的泄漏最小化并且维持足够的水量,因此,提出了严峻的挑战。
当使用UT方法和诸如EC检查等另一固定检查方法时,使用水箱方法来代替探头纵向轴线传送方法。在该情况下,检测对象沿轴向传送通过被密闭定位并且固定的UT检查系统和EC检查系统,这花费了检测周期时间的一部分。因此,这对检查探头的轴向移动提出了实际限制。
与传统PIS相关联的显著缺陷可以归因于PIS系统的下述特征。
a)由于需要传送大且重的检测对象且使该检测对象旋转并且还传送检测系统的主要部分,因此,对系统机构提出了重要且精确的运动控制要求。这些要求需要高的初期投资、增大的维护成本、较高的设计和组装复杂性、产生偶然性能异常(诸如编码器滑移(encoder slippage))、大的电力消耗以及整个设备磨损和破裂。还存在与在检查输送器上装载检测对象相关联的生产延迟。
b)检测对象表面的足够的检查覆盖度要求探头传感器能被操作以产生多个入射检查角度,从而处理诸如裂纹等缺陷可能定向在特定探头的盲点中的事实。
因此,必须进行设置,以确保检查对象的外表面上的各点都能够被耦合到:i)能够以多个入射角度和/或开口动态地操作的一个探头;以及/或者ii)以实现相同目的的方式被布置的多个探头。
与上述手段‘i’相关联的缺陷是检测对象的运动必须停止或者实质上变慢,以确保探头在检查面所需的各点处与入射角度的被编程范围耦合。此外,脉冲重复频率(PRF)和数据获取系统的速度需要非常高以确保不会进一步损害检查吞吐量。相反地,检查吞吐量可以增大,但是只能以减小检查覆盖度为代价,从而导致检查质量降低。
与上述手段‘i’相比,与上述手段‘ii’相关联的缺陷主要是由于如下原因:由于需要大量的探头,需要额外的运动控制设备和数据获取单元(DAU),导致需要显著更大的空间。此外,探头的有效运动控制和DAU的电子附件非常复杂,其包括探头的缆线管理、电力和外部通信的需求。
除了检测对象在检查期间典型地不旋转并且存在与使用水耦合箱相关联的上述问题之外,与传统BIS相关联的最显著的缺陷和与PIS相关联的上述缺陷相同。
美国专利7,293,461(Girndt)和美国专利5,007,291(Walters等)的示教示例性示出了克服上述缺陷的尝试,这两个美国专利被概述如下。
Girndt示教了管状对象的超声检查的方法,复合换能器(transducer)的固定组的平行的固定圆形阵列被布置和定向成实现完全的检查覆盖度,以检测诸如横向缺陷、壁缺陷或纵向缺陷等异常。为此,Girndt采用复合换能器,该复合换能器提供比利用相同数量的传统的非复合换能器所实现的检查区域覆盖度大的检查区域覆盖度。由于需要非常多的非复合换能器来覆盖相同的区域,因此,使用Girndt的复合换能器配置减少了检查管所需的通道的数量。更具体地,与传统的非复合种类相比,复合换能器压电晶体材料的主要优点是:a)其表面可以形成为允许UT束在不需要额外透镜的情况下聚集在晶面的前方的筒状或球状;和b)其为给定的驱动电压提供更高的激励声音脉冲,从而显著提高了所接收的回波的信噪比。
Girndt方法的最显著的缺陷包括:与下面描述的旋转探头系统相比,良好的检查覆盖度需要大量的换能器;固定组的复合换能器难以适应宽范围的检测对象直径和壁厚。正如人们所预料的,由于用于信号处理的DAU通道的数量,大量的换能器显著地增加了系统成本和复杂性。此外,Girndt检查系统从一种类型的管几何形状适应另一种类型的管几何形状需要大量的切换时间,这超越了给定组的复合换能器的检查能力。对检测对象制造商来说,生产系统停机时间导致大量的生产损失。此外,检测对象制造商必须为他们生产的不能用第一组换能器进行检测的各种检测对象尺寸投资单独的曲面换能器组。
Walters等(US 5,007,291)示教了克服上述背景技术的几方面的管的超声检查方法。该公开内容使用以直线状的轴向阵列布置的用于沿纵向和多个倾斜方向中的每一个方向传送的多个换能器(即,探头)增大了各换能器的旋转用的扫描覆盖度,因此,减少了检查所需的时间。
为了克服与在检查系统的旋转部和固定部之间连接大量的换能器信号相关联的缺陷,Walters示教了在以模拟的形式经由滑动环连接器将来自所有换能器的响应信号提供到固定的放大器模块之前,在“存储体(bank)”中总计响应信号。Walters采用多个换能器存储体,各换能器存储体被设定到一定的检查入射角度。各存储体内的换能器以一定的角度被安装,以使UT脉冲以纵向角度、横向角度、直角或倾斜角度中的一个角度被耦合到检测对象面。在某些情况下,容纳在存储体中的换能器被互补地定向成在顺时针旋转方向或逆时针旋转方向上相面对,以使检查覆盖度最大化。
虽然Walters的示教克服了上述背景技术中的许多缺陷,但是,其不能提供容易且动态的设置、探头存储体的入射检查角度和焦深(focal depth)的广泛变化。另外,如本领域技术人员容易理解的,使用模拟换能器信号用的滑动环连接器产生与信号噪声、受限制的带宽和受限制的信号连接数量相关联的问题。
因此,回顾背景技术可以总结出:传统的超声检查系统和相控阵检测对象旋转检查系统在检查的质量、生产率和成本效率方面存在限制。
由于相控阵技术是当前技术状态的用于对检测对象进行全范围检查的检查方法,因此,将该技术应用到旋转头检查系统是有利的,由此产生如下优点:在不产生与传统的检测对象旋转系统相关联的上述缺点的情况下提供具有更高的分辨率和更高的吞吐量的检查,并且使探头检查系统以一定的入射角度旋转。
考虑到上述背景技术,更有效地解决显著缺陷的方案对更有效、更可靠和更节约成本的检查系统来说极具吸引力。实现该方案所需的具体改进涉及通过设置允许宽范围的检查探头入射角度和焦深的部件而简化检测对象和检查系统二者的运动控制要求、减少系统所需的建坪量、允许容易地适应宽范围的长检测对象尺寸并且实现最佳的检查性能。
发明内容
这里公开的本发明旨在解决与相控阵检查系统相关联的成本、生产率和性能方面的问题。更具体地,本发明涉及用于在不需要旋转检测对象的情况下通过旋转至少一个相控阵探头(phased array probe)来检查检测对象的系统,当检查涉及大的对象时,旋转检测对象特别容易产生问题。
因此,本公开内容的总体目的是提供一种采用一个或更多个相控阵旋转检查头的旋转相控阵检查系统,当检测对象沿纵向被供给时,相控阵旋转检查头绕检测对象以环绕运动的方式运动。
本公开内容的另一目的是在探头附近使用小且耐用的数据获取单元(DAU),该数据获取单元可以被直接地机载安装到旋转检查头。
本公开内容的另一目的是利用无线数据传送技术的优点将从数据获取单元获取的数据传送到外部专用设备,该外部专用设备能够对信号数据进行处理、建立检查显示、显示结果并且在存在缺陷的情况下控制警报事件。
本公开内容的又一目的是能够利用相控阵技术所提供的高精度和多功能性进行检查,该相控阵技术包括通过声束调整和电扫描进行壁厚测量以及纵向缺陷、横向缺陷、倾斜缺陷和层叠缺陷的检测。
本公开内容的又一目的是借助于旋转相控阵检查系统的旋转部上的本地源(local source)或固定源(stationary source)向旋转部提供电力、耦合剂流体和加压空气。
可以利用如下的检测系统来实现本公开内容的这些目的和其它目的,该检测系统用于对长检测对象进行无损检测,其中,检查系统包括:检测对象输送器,其用于沿着纵向输送路径输送检测对象;探头组件,其包括相控阵探头和探头组件输送器,该探头组件被构造成感应检测对象中的信号并且感测从检测对象反射的回波(echo),探头组件输送器被构造成可动地支撑探头组件,以使探头组件在围绕检测对象的周向路径上移动;和控制系统,其被耦合到检测对象输送器和探头组件输送器,该控制系统被构造成允许在检测对象沿着纵向路径移动并且相控阵探头在周向路径上移动的同时由相控阵探头获取数据并且从相控阵探头获取数据。检测系统可以包括不同类型的相控阵探头,以最佳地检测检测对象中的沿不同方向延伸的缺陷或裂纹。此外,相同类型的相控阵探头可以被定位成使得它们在周向上彼此并置。探头组件输送器可以包括固定的第一支承结构,第一支承结构允许可转动的第二支承结构旋转地支撑第二支承结构,第二支承结构被构造成支撑探头组件。
附图说明
图1是示出本发明所公开的旋转相控阵系统的优选实施方式的示意图,其中,可选地,采用四个PA探头单元。
图2是示出四个检查探头单元中的一个检查探头单元的图,该检查探头单元的元件可以适用于其它的检查探头单元。
图3a是示出经过旋转PA探头单元的检测对象的检查的开始位置的图,图3b是示出经过旋转PA探头单元的检测对象的检查的结束位置的图。
图4是示出在利用本发明所公开的旋转PA检查系统开始对检测对象进行检查之前的典型操作步骤的流程图。
图5是示出在利用本发明所公开的旋转PA检查系统进行检查时所使用的操作步骤的流程图。
图6是示出在利用本发明所公开的旋转PA检查系统进行检查的过程中的具体扫描处理的流程图。
图7a是示出旋转驱动组件和为探头单元提供电供给、耦合剂供给和空气供给的旋转耦合环的示意图。
图7b是耦合环的正视图,其中,该耦合环的一侧(前侧)安装到固定框并且另一侧(背侧)安装到旋转相控阵检查系统的旋转板。
图7c是图7b所示的耦合环的内部的一小部分的截面放大细节图,其示出了空气、耦合剂的供给通道和布线。
图8a是示出如何从PA探头单元的PA探头开口发射PA束以覆盖检测对象轮廓的图。
图8b是示出由使用一个PA探头的旋转相控阵检查系统产生的螺旋扫描图案的图,该PA探头具有八个开口。
图8c是示出由使用以180度的间隔布置的两个八开口探头的旋转相控阵检查系统产生的交错的螺旋扫描图案的图。
图9a和图9b是示出采用固定的耦合剂冲洗系统的可选实施方式的立体图和平面图。
图10是示出使用沿着长检测对象的纵向轴线的多个(在该示例情况下是两个)旋转PA探头组件和用于在检测对象的轴向上重新定位旋转PA探头组件的可选实施方式的示意图。
图11是示出可以用于调整旋转PA探头组件的质心以使旋转稳定性最优化的可选装置以及用于保持探头检查测量相对于检测对象的周向位置和轴向位置的位置跟踪的二维球跟踪装置。
具体实施方式
应该注意,诸如“管”、“管道”和“棒”等术语被示例性地用作“检测对象”,因此,在本公开内容中,这些术语可互换使用。此外,“水”和“耦合剂”以及“空气”和“气体”在这里也可以互换使用。
此外,应该注意,当这里引用附图编号(item number)时,不具有字母后缀的附图标记表示附图中的具有字母后缀的相同的附图标记所表示的所有物体。例如,图1和图2a所示的‘探头单元’101旨在表示图1中的‘探头单元’101a、101b、101c和101d。此外,用于图1和图2所示的PA探头单元101的编号在101b、101c和101d中没有示出,但是包含在101b、101c和101d中。
应该理解,随后的说明中所使用的主题名称用于使说明更容易组织并且更容易跟随。然而,在任何主题名称下,说明书的任何内容的范围都不应该被理解为是限制性的,不考虑任何主题名称,说明书的内容应该被理解为其全部内容。
旋转PA探头系统
参照图1、图2、图7a、图7b和图7c,本发明所公开的旋转PA探头系统的优选实施方式是包括如下部件的设备:
a.输送器1004(图10),其用于沿长度方向将检测对象110给送通过由旋转探头单元101环绕的检测检查区域;
b.至少一个旋转探头组件,所述至少一个旋转探头组件进一步包括:
i.一个或多个检查探头单元101,其沿周向布置于旋转板108,各探头单元101均包括一个或多个相控阵探头103,所述相控阵探头103优选是以探头的主动轴线(active axis)与检测对象的纵向轴线(longitudinal axis)平行的方式安装的线阵探头;
ii.探头单元定位器106(图2),其优选是气动型,能被操作以相对于检测对象面适应性地定位相控阵探头,以使探头传感器耦合或解除耦合;
iii.压缩空气、探头耦合剂和电耦合环700(图1、图7a、图7b和图7c)以及工作源分配器125,用于向通常介于探头103的表面和检测对象之间的水楔(water wedge)提供诸如水等超声波耦合介质,并且用于提供操作气动缸用的压缩空气和探头操作用的电源;
iv.数据获取单元102,其以可操作地连接到各探头单元101的方式被安装于旋转板108,用于获取和处理来自探头传感器的数据并且借助于无线收发器126与用户操作站120b通信;
v.旋转驱动器702或704(图7),其使旋转板108以预定速度(RPM)绕轴承703旋转;
vi.周向传感器708,其用于确定旋转板108相对于已知基准的周向位置,所述已知基准例哪为0度的12点钟位置等;知
c.用户操作站120,其包括用户界面124、无线接口123和计算机程序122,用于警报事件检测、旋转探头组件100的包括输送器1004的操作的控制/监控、和使所获取的检查数据与检测对象上的进行检查测量的表面位置相关联的数据处理。
输送器1004(图10)由至少两个输送构件构成,其中一个输送构件是对检测对象施加驱动力以使检测对象沿轴向移动的‘主动’辊装置1004a或1004c。诸如1004b等其它可选的输送构件可以是主动辊装置或仅为检测对象提供支撑和方向引导的‘从动(passive)’辊装置。可以使输送构件移动以调整传送方向,或者可以从传送路径移除输送构件。
图1中的各DAU 102从相应的PA探头103收集检查信号并且经由无线连接器121将数据传送至计算机程序122。DAU 102优选被构造成能够接收来自操作站120的指令,以根据预定的焦点法则(focus law)进一步向PA探头103施加发射指令(firingcommand)。DAU 102也能够获取检查信号并且产生用于检测对象110的对应的几何位置的A-扫描数据。DAU 102还被可选地构造成基于预定的阈值和/或门(gate)提供警报信号。在DAU 102上直接进行的期望水平的机载数据处理提供了对经由无线收发器126的实时数据传送的要求小的优点。
无线数据接口123被设置成同时管理所有的DAU 102和旋转PA系统1的操作。
此外,应该注意,DAU 102可以仅采用发送器,而经由稍后参照图7b和图7c说明的滑动环接口705从操作站120向DAU102提供操作控制信息。
DAU 102的管理包括为DAU 102提供适当的检查参数(诸如探头入射耦合角度等)、收集来自各DAU的数据、再建屏幕显示用的检查结果、在缺陷检查的情况下发出警报事件。
现在参照图2,各探头单元101还包括探头保持件104和经由安装板107安装于气动定位器106的安装轭105。旋转板108为探头单元101提供以优选的恒定速度从0度至360度的连续且完整的旋转运动。
继续参照图2,探头保持件104借助于安装轭105被联接到气动定位器106。在开始检查时,气动定位器106的致动(打开)推探头保持件104以使探头保持件104与检测对象面耦合。反之,在检查结束时,气动单元106的解除致动(关闭)使探头保持件104从检测对象面退避。
探头保持件104允许以精确的定位相对于检测对象面和检测对象长度(探头高度、探头角度)安装PA探头103。在优选实施方式中,由本领域技术人员已知的碳化物(carbide)提供探头保持件104与检测对象面110的可靠接触。探头保持件104被设计成具有所需的磨损保护并且适于在工业环境中使用。探头保持件104被安装于安装轭105,以在检查期间提供适于检测对象的不规则所需的自由度。
继续参照图2,各探头单元101包括允许将探头保持件104预调整为距离检测对象面预定距离的机构。因此,接近距离(在检测对象到达时,PA探头103的感测面与检测对象110的相对面之间的距离)优选对于待检查的任一检测对象直径保持恒定。可选地,由当气动缸单元106位于其移位行程的终端时,施加的弹簧效应提供附加的定位柔性程度。该柔性允许旋转PA探头组件被用于非筒状的离心的检测对象110。此外,当由气动定位器106提供的柔性程度不足时,可以使用可选的径向探头定位器(未示出)。在一些情况下,检测对象110的非周向的离心变化被主动地监控,以允许用于使探头移位机构移动到检查测量用的适当位置的时间。
应该理解,本发明可以包含用于PA探头定位和调整的许多现存的实践和设计,用于使旋转PA探头与检测对象接合,所得到的实施方式位于本发明的范围内。
如从图2看到的那样,耦合剂冲洗软管707a的一端被安装到PA探头103。软管707a的另一端被安装到图1所示的工作源分配器125,其管理来自固定出口707out(图7b)的耦合剂供给。
诸如使用水楔以及将耦合剂的大致层流施加到水楔的外表面和检测对象110的相对面之间的区域等现有实践优选用于本公开内容,所得到的实施方式位于本发明的范围内。
类似地,如图2所示,压缩空气软管706a的一端被安装到气动定位器106。软管706a的另一端被安装到图1所示的工作源分配器,其管理来自固定出口706out(图7b)的空气供给。
各PA探头103和探头保持件104可以被选择或定位成与具体检查任务匹配,该具体检查任务包括纵向裂纹、横向裂纹或倾斜裂纹的检测、层叠缺陷的检测、钻孔(通孔)的检测和壁厚变化的检测。例如,纵向缺陷检测可以要求在PA探头103的PA被动方向与检测对象面之间的角度典型地为17度的情况下安装PA探头103。横向缺陷检查要求在数据获取单元102提供焦点法则的情况下在主动方向和被动方向二者上与检测对象面平行地安装PA探头,以为声束建立期望的角度。倾斜缺陷检测要求PA探头103的角定位与声束调整相结合。
现在,参照图3a,在PA探头103被正确地定位在检测对象的进入顶端(初始端)350a的状态下开始检查。该定位旨在提供PA探头103的感测位置与检测对象的轴向初始端之间的最小距离。该距离限定了检查的死区360,并且该距离典型地必须被最小化。
气动缸106(图2)的致动和解除致动被至少一个检测对象存在传感器160控制,所述检测对象存在传感器160检测在PA探头103附近是否存在移动的检测对象110。致动/解除致动气动缸的正确时刻需要考虑检测对象存在传感器160和PA探头103之间的距离和PA探头103的长度。在检测对象的顶端(图3a中的350a)和检测对象的终端(图3b中的350b),检测对象存在传感器160与PA探头之间的距离会由于PA探头103的长度而稍微不同(分别为Din和Dout)。
继续参照图3a和图3b,为了使除了两个轴向端处的死区360之外的检测对象的100%的长度被检查,由于PA束的宽度而采用下面的操作处理。对于大多数缺陷类型而言,用于任何检测对象检查探头组件的典型死区可以是大约5mm或10mm。由于PA探头单元101的旋转运动和检测对象110的直线平移,PA探头103沿绕检测对象110的螺旋路径相对移动。在检测对象的顶端和终端,当检测对象停止时PA探头103继续旋转,以使检测对象的各轴向端处的死区最小化。
旋转板108的旋转速度、检测对象110的轴向行进速度和PA探头103的覆盖度被部分地限定为PA探头103和DAU 102的特定设置的最大脉冲重复频率和获取速度的函数。由专用的计算机程序122计算并设定最大的直线速度和旋转速度,由此确保除了检测对象110的轴向端处的死区306之外的检测对象110的整个长度的检查。
使用本发明所公开的旋转PA系统的检查处理
现在,参照图4,图4示出了根据本公开内容的相控阵旋转探头检查系统1的检查设置处理。在步骤201中,系统1根据为特定检查阶段(session)提供的初始值调整用于检查阶段的“相控阵探头参数”。初始值可以来自诸如操作者输入和/或自动探头识别等来源的组合。初始值也包括检测对象直径、长度、警报门、发射等级(firing order)用的焦点法则序列和焦点法则延迟的设定以及所有焦点法则用的类似固有信号的校准。这些参数经由专用的计算机程序122被发送到数据获取单元102。在步骤202中,系统1建立“系统参数”。主要的系统参数包括最大旋转速度、最大直线速度、检测对象直径、螺旋扫描节距、周向分辨率和轴向分辨率。在检查阶段之前根据稍后在本公开内容中说明的式1、2、3算出系统参数。一旦所有的这些参数被设定,系统1就准备好开始步骤203中的检查序列。
移动到图5,现在说明使用旋转PA探头系统1对检测对象进行检查的检查序列。检查从步骤301开始,利用步骤201和202中提及的信息加载专用计算机程序122中预先构造的设置。在步骤315中,旋转板108开始旋转,以达到检查所需的旋转速度。在步骤303中,一旦达到目标旋转速度并且传感器160检测到检测对象110进入旋转PA组件100,在步骤304中,检测对象110沿轴向变缓慢并且当检测对象的顶端(图3a中的350a)位于PA探头103下方时停止。在步骤306中,从图1、图7b和图7c中的707out(作为可选方案,图9a和图9b中的900)供给的耦合剂冲洗准备好被施加并且在PA探头103致动期间被施加到检测对象面。此时,系统准备好开始获取扫描-数据获取步骤600中的检查数据,在图6中详细示出了步骤600。
在图6中,检测对象的扫描典型地从如下步骤开始:在检测对象不直线移动的情况下,使探头单元101旋转至少一整圈或两整圈以完整地检查检测对象的顶端(步骤307)。然后,在步骤308中,检测对象的直线速度增大,直到达到通常速度。然后,在步骤309中,检测对象平移到其端部并且被检测对象存在传感器160检测。此时,检测对象变缓慢(步骤310)并且在检测对象位于PA探头103下方时停止(步骤311)。典型地,在检测对象不直线移动的情况下,使探头单元101旋转至少一整圈或两整圈,以完整地检查检测对象的端部(步骤312)。然后,返回到图5中的步骤313,PA探头103被解除致动并且水冲洗典型地停止。
在步骤600(从步骤307至步骤312)描述的扫描过程期间,PA探头103产生脉冲并接收脉冲,DAU 102获取检查信号。DAU102经由无线联接器121和126将数据传送至专用的计算机程序122(步骤330)。在缺陷检测的情况下,典型地,由DAU 102或专用的计算机程序122根据所选择的警报构造实时地创建警报(步骤331)。
再次参照图5,此时,检测对象的检查完成,并且由检测对象输送器1004从旋转PA探头检查系统1移除检测对象(步骤313)。旋转PA检查系统1停止并且准备好开始下一检测对象的检查(步骤317)。
应该理解,如下方案也落在本公开内容的范围内:在输送器加载、传送和卸载管110的同时,旋转PA探头单元可选地可以总是不停止旋转。检测对象存在传感器160记录并检测各管的开始和结束,并且旋转PA系统1连续地扫描和记录与各管对应的数据。此外,应该注意,对象感测功能可以被集成到PA检查功能内。
耦合剂、压缩空气和电耦合环
本公开内容的另一重要的新颖方面是采用工作源耦合环700(图1、图7a至图7c),该工作源耦合环将加压空气、耦合剂流体和电的固定供给耦合到位于旋转板108的探头单元101。
现在,参照图7a,旋转板108被固定到被安装到支撑框701轴承703,并且被直接驱动器704旋转地推动,或者可选地被带驱动器702旋转地驱动。旋转板108的周向位置由优选是光学编码器的周向传感器708确定。
此外,在图1和图7a至图7c中示出了加压空气或其它适当的气体供给706s和空气供给接口706、加压耦合剂供给707s和耦合剂供给接口707、以及电/信号供给705s和滑动环接口705。加压空气供给706s被设置用于气动缸106的操作。加压耦合剂供给707s提供耦合剂以冲洗探头103。电/电子连接器705s为旋转板108提供电力和其它电连接。
如前面在图1中所提到的那样,空气供给、探头耦合剂和电耦合环700被用于向旋转探头单元101传送稳定的压缩空气供给706s、探头耦合剂供给707s和电子工作源供给705s。耦合环700可以被可选地安装到轴承703或者被构建为轴承703的一体部件。
现在,参照图7b和图7c,耦合环700进一步包括被划分成多个导管的中空的圆形室,各导管被自封闭并且被密封,以容纳特定种类的工作源,如压缩空气、耦合剂、或者电力或信号等。耦合环700具有被示出为图7b中的700的顶部的固定部700-s,固定部700-s被固定到轴承703,并且固定部700-s还被安装到支撑框701(图7a)。耦合环700还包括能自由旋转的旋转部700-r,旋转部700-r被示出为图7b中的700的背面部。
加压空气供给被设置到空气接口706,空气接口706的输出被提供到固定部700-s的入口孔706in。空气入口孔706in与耦合环700内的周向空气导管706conduit(图7c)对准,其中,经由旋转部700-r上的各输出孔706out为旋转板108上的气动缸106提供加压空气。
类似地,耦合剂供给707s被设置到耦合剂接口707,耦合剂接口707的输出被提供到固定部700-s的入口孔707in。耦合剂入口孔707in与耦合环700内的周向耦合剂导管707conduit对准。液体耦合剂经由旋转部700-r上的输出孔707out被供给到旋转板108上的PA探头单元101。
应该注意,未示出的密封件或垫圈被布置在与空气导管706conduit和耦合剂导管707conduit相关联的彼此相对的固定周向壁和旋转周向壁之间。密封件用于将加压空气和耦合剂维持在各自的导管内。
然后,旋转导管700r的压缩空气经由706out被进一步传送到工作源分配器125(图1所示),并且经由图1所示的软管706a、706b和706d被进一步分配到各探头单元101。然后,类似地,旋转导管700r的耦合剂经由707out被进一步传送到工作源分配器125(图1所示),并且经由图1所示的软管707a、707b和707d被进一步分配到各探头单元101。
继续参照图7b和图7c,图7c的滑动环腔710也可选地包括位于固定部700-s的周向布置的导体714a-d和位于旋转部700-r的被弹簧加载的导电触点715a-d。布线分布被安装到被弹簧加载的触点715a-d的端子,用于将触点715a-d连接到图1中的旋转板108上的装置。电连接器705s被安装到为滑动环接口705中的固定导体714a-d设置的端子。
应该注意,滑动环导体714a-d和715a-d可以替代地分别位于旋转部700r的内部和固定部700-s的内部,以实现相同的目的。应该注意,虽然未示出,但是,滑动环导体715a-d优选借助于由工作源分配器125提供的缆线被连接到探头单元101,或者,可选地,滑动环导体715a-d可以被连接到旋转部700-r的位于探头单元101附近的分开的位置。
扫描分辨率和生产吞吐速度
参照图8a,由单位周向行驶距离Δy和单位轴向距离(Lprobe+Δ1)划定的单位扫描区域802被放大并被分析。
如图8a所示,示例性的相控阵探头103总共具有从103ap-a至103ap-n的n个开口。各开口典型地具有k个元件。例如,“16/128”相控阵探头具有每个开口8个元件的16个开口,以构成共128个元件。如图8a所示,各开口具有8个元件103a-e1、...、103a-e8,即,在该示例性情况中,k=8。
当开口103ap-a中的8个元件被应用预定的焦点法则时,开口103ap-a的焦点Sa经受脉冲接收测量周期。在扫描周期时间Δt期间,通过对开口焦点Sa至Sn连续地施加焦点测量周期来进行完整的直线扫描。在PA探头103旋转周向距离Δy的同时,单位扫描区域802中示出的单位管轮廓行驶距离801由各开口(Sa至Sn)所进行的测量构成。在一个直线扫描周期(Δt)期间,检测对象110的轴向移动为Δl。
下面的描述说明了如何提供100%的全区域扫描以及如何调整扫描分辨率。参照图8a,相关参数的定义如下。
a)Lprobe是PA探头开口跨度---即,第一开口103ap-a中的给定元件的位置与最后一个开口103ap-n中的对应开口的位置之间的距离。
b)Δt,扫描周期时间,在开始开口103ap-a的脉冲接收周期时开始并且在完成开口103ap-n的脉冲接收周期时结束。Δt-1是探头的“脉冲重复频率”。
c)Vpipe是管110的给送(沿轴向行进)速度。
d)Δl是在Δt期间管行进的轴向距离。
e)rpm是旋转板108的旋转速度。
f)T是探头围绕管110旋转360度所需的时间,即rpm-1。
g)Vaperture是各开口扫描周期的PA探头的速度。
h)Vrotate是旋转板108的角速度。
i)n是各PA探头103的开口的数量。
j)m是旋转板108的探头的总量。
k)Δy是单位周向扫描分辨率。
为了确保100%的管区域被扫描,必须遵守下式1。应该注意,扫描分辨率是有限的,这意味着,当轴向速度Vpipe和旋转速度Vrotate恒定时,产生以固定节距间隔开的表面测量。
Vpipe≤m·Lprobe/T=m·Lprobe·(rpm)/60(m/s)式1
也就是说,探头的数量m和/或探头的旋转速度rpm极大地决定生产速度。
当仅存在一个探头时,在一个旋转周期T期间管行进速度必须是一个探头宽度Lprobe,以提供100%的扫描覆盖度。如果在一个旋转周期T期间管沿轴向给送得比一个探头宽度大,则将在扫描区域之后存在未被扫描的螺旋间隙。
可以由式2确定由单位周向距离表示的周向扫描分辨率Δy:
Δy=Vaperture·Δt/n=2πR·rpm·Δt/n 式2
也就是说,对于给定的直线扫描速度Vaperture,由旋转速度(rpm)确定周向扫描分辨率。旋转速度越大,分辨率(Δy)越小。对于检测对象110的给定的轴向速度(Vpipe),为了以较大速度维持周向扫描分辨率,必须通过增大测量周期脉冲重复频率(PRF)来成比例地增大Vaperture。
从式1和2还可以看出,检查吞吐量是探头和开口的总量以及旋转速度rpm的函数。
此外,应该注意,在图8a中,单位管轮廓行驶距离801是探头宽度Lprobe乘以Δl,即Vpipe·Δt。
实现100%的扫描覆盖度
在下面的示例性情况中,使用仅具有一组开口的仅一个探头103a,参照图8a和图8b说明由简单的探头扫描提供的螺旋覆盖度。此外,图8b和图8c中的筒状试验对象110的整个表面被示出为二维图,以便于图示和说明。
如可以从图8a看到的那样,PA探头103a的第一开口包括元件103a-e1至103a-e8。为了简便起见,在图8b所示的示例性情况中仅使用探头103a。在检测对象110位于固定轴向位置的情况下,优选通过使探头103a在已知位置或以已知速度绕检测对象110旋转至少一次而开始提供检测对象周向表面的完整覆盖度的典型的检测对象扫描处理,得到图8b中的扫描区域1001。继续参照图8b,在检测对象110的轴向运动在检测对象110进入螺旋检查区域之前达到已知速度的情况下,PA探头103a维持恒定的旋转速度。PA探头103a的螺旋扫描1002在由点A和B表示的0度周向位置处开始。该第一螺旋扫描可以在由点D和E表示的360度周向位置处结束。第二螺旋扫描可以以相同的方式开始和结束,并且各元件从点B和F处开始、以各元件达到点E和G处为结束。螺旋扫描处理持续进行,直到到达检测对象的端部。
本公开内容的检查系统将典型地用于借助于包括检查的直线处理-即处理步骤的直线配置制造的诸如管或杆等检测对象。因此,制造处理的效率与检测对象吞吐量直接相关。上述实施方式提供了检测对象周向表面的完整的检查覆盖度;然而,检测对象110的轴向运动在检查开始时必须暂时停止,以实现完整的检查覆盖度。如果吞吐量是极为重要的利害关系,则检测对象110可以以连续运动的方式进入检查系统并且沿轴向移动通过检查系统;然而,这仅可以以检测对象110的前端的一小部分的不完全的检查覆盖度为代价来实现。
如图1所示,本公开内容的优选实施方式采用4个PA探头103。在下面的示例性配置中,探头以180度的间隔成对地布置(即,103a和103c;103b和103d)。第一对探头(103a、103c)用于以诸如纵向壁厚测量所需的第一检查入射角度进行直线扫描。以诸如横向缺陷检测所需的第二检查入射角度来使用第二对探头(103b、103d)。应该注意,可以使用探头103能够采用的任何检查入射角度。
在维持足够的检查面分辨率的情况下,用于给定检查入射角度的探头103的数量越大,检测对象110的轴向速度可以越快。
应该理解,本发明不限于在单个旋转板上使用四个PA探头单元。诸如使用在旋转板108的0度和180度定位的两个PA探头单元或者使用位于0度、120度、240度的三个PA探头单元等的其它构造也是可以的。此外,必须意识到也可以使用一个探头单元,并且典型地在与旋转板上的探头单元相对的位置设置平衡配重。
现在,参照图8c,图8c示出了利用图1的探头对103a和103c能够实现的交错图案。由于这两个探头同时围绕检测对象旋转360度,因此,在实现相同的周向扫描分辨率的情况下,检测对象110的轴向速度可以是上述单个旋转探头103a的轴向速度的两倍。通过比较图8b和图8c可以看出,探头开口跨度距离分别横贯360度和180度;因此,对于相同的旋转速度,探头对103a和103c需要花费一半的时间来覆盖相同的轴向距离。因此,使用共享相同的入射检查角度的多个探头103提供了在不牺牲周向扫描分辨率的情况下与所使用的这些探头的数量的成正比地增大检测对象轴向吞吐量的手段。
应该理解,上述说明和附图公开了本发明的示例性实施方式。基于该公开内容的优点,本领域技术人员将理解也可以采用各种变型、替换构造和等同结构来实现本发明的优点。
虽然本发明说明了集成到各数据获取单元的无线发送器/接收器126,但是,必须意识到用于各DAU的无线发送器/接收器可以从外部被连接到DAU。此外,必须意识到所有的数据获取可以潜在地共享旋转盘上的单个无线发送器/接收器。
此外,必须意识到,虽然优选实施方式在各检查开始和结束时停止检测对象以优化检测对象的端部处的检查结果,但是,本发明不限于此。检测对象在输送器上连续的平移运动也可以适用于本发明。
应该注意,本公开内容所说明的无线连接器121可以包括使用许多类型的发送接收技术和通信协议以实现固定的用户操作站120和旋转探头组件100之间的信号通信,所述信号包括但不限于射频、微波、声音、红外和其它光学技术。此外,可以采用诸如互联网协议(TCP/IP)等许多标准或私人无线协议。此外,应该注意,由于公共频带固有的等待时间(latency)较长,优选使用私人传送频带。例如,由于大量的用户竞争相同的公共频带,在私人计算机中采用的无线技术所使用的传统的公共频带可以具有毫秒数量级的传送-接收等待时间。因此,由于非常小的用户群,私人频带的等待时间非常短。
虽然本公开内容的实施方式的说明被用于使用相控阵超声波探头来检测筒状检测对象的应用,但是,其应用不限于此。的确,可以采用宽范围的多元件探头传感器阵列来实现本公开内容的优点。这些探头的示例包括涡电流阵列(ECA)和声音探头。此外,应该注意,本公开内容的示教也可以适用于单个元件探头传感器。此外,也可以检测轴向截面为诸如椭圆形和多边形等的非圆形的检测对象。
可选实施方式的详细说明
本领域技术人员应该可以认识到优选实施方式的如下设计变化位于本公开内容的范围内。下面的可选实施方式的详细说明集中在实施方式的与优选实施方式不同的部分,并且应该被解释为是对优选实施方式的补充。
可选实施方式1
参照图1,可选地,可以采用发电机/电力分配器109来代替经由滑动环接口705(图7a和图7b)供给的外部电力。如图1所示,由安装于旋转板108的发电机109为旋转探头组件100产生电力,并且发电机109的驱动轴齿轮109a与图7c的轴承703的齿轮718啮合。从由旋转驱动器704或702提供的旋转动能得到供给到发电机109的能量。电调节器/分配器109c将由发电机109所提供的电能转换成适用于旋转板108上的需要电力的装置的直流电压或交流电压(即,DC或AC),所述装置诸如是数据获取单元(DAU)102和电池109b。
用于电池109b的充电监控装置可以位于电调节器/分配器109c或电池109b内。此外,只要设置将电池109b连接到需要其电力的探头单元101的部件,可以以不需要发电机109或电调节器/分配器109c的情况下,以孤立的方式使用电池109b(可被再次充电或不可被再次充电)。可以使用超过一个的电池,各电池优选被放置在需要其电力的装置附近。
应该理解,现存的发电机或交流发电机可以为本发明赋予新的用途,为本发明所公开的旋转PA系统提供电源。
可选实施方式2
代替优选实施方式中的以上述方式为气动缸106提供加压空气,可选地,可以使用布置于旋转板108的机载空气压缩机。
参照图1,作为可选方案,可选地,环境空气可以被压缩机112压缩,从而作为加压空气源被提供到工作源分配器125。压缩机112可以被电动马达驱动或者可选地可以以与上述发电机109类似的方式被旋转板108的机械能驱动。
此外,作为可选方案,可以利用加压容器113,使得压缩机112可以对将向耦合环700提供加压空气的容器113加压。此外,应该注意,仅加压容器113被安装于旋转板108对于向工作源分配器125提供加压空气是足够的。在该情况下,在旋转板108停止的阶段期间,通过安装固定压缩机而用压缩空气填充容器113。
可选实施方式3
代替使用前面说明的图1和图7a至图7c所示的耦合环700和耦合接口706,在图9a和图9b中示出了固定耦合剂冲洗导管900,该固定耦合剂冲洗导管900相对于旋转探头组件100的旋转板108被安装于固定位置。分散喷嘴901a、901b等沿周向被安装到冲洗导管900,以在探头103a和103b的感测面和相应的检查面902之间提供耦合剂的大致层流,所述耦合剂优选是水。
为分散喷嘴901a和901b示出了耦合剂分散的示例(图9a)。分散耦合剂904a和904b优选沿如喷射方向904所示的方向分别被施加到耦合区域902a和902b,所述喷射方向904优选与检测对象110的轴向给送方向和旋转板108的旋转方向相对。
应该注意,分散喷嘴901不限于如喷射耦合剂所示的方向904或固定图案。的确,分散方向和图案可以被手动地或动态地调整,以优化检测对象110的表面902上的耦合剂的层流。
可选实施方式4
如图10所示,可选实施方式包括配置多个平行的旋转板,各旋转板均安装有PA探头单元。诸如100a和100b等多个旋转PA组件的配置使得可以在检查期间使检测对象的直线速度增大。此外,多个旋转板均可以具有为诸如纵向和横向缺陷检查或厚度测量等特定检查任务配置的规定类型的PA探头。
继续参照图10,旋转PA探头组件承载基部1003用于沿着检测对象110的长度以相同的速度或不同的速度沿轴向传送旋转探头组件100a和100b。该性能提供了维持检测对象110的连续的轴向移动的能力,由此提高了检查吞吐量。承载基部1003也可以在竖直方向和左右方向上被调整以补偿检测对象110的位置变化。采用承载基部1003还通过使多组旋转探头组件相对于不同的检查用途柔性定位而能够使整个PA检查系统的设计通用化。
优选实施方式的前述说明表明:如图3所示,优选检测对象110在检测对象的始端和终端时停止,以使检测对象的端部被扫描一次或多次,从而确保整个周向表面经受完整的直线扫描。利用包括可动旋转PA组件(图10所示)的该可选实施方式,在检测对象始端和终端时,通过使检查组件100a以与检测对象110相同的速度并且沿与检测对象110相同的轴向移动一个直线扫描长度,检查组件100a与检测对象110之间的相对运动导致检测对象110的基本固定扫描,由此导致与图8b中的封闭区域AB CD所示的扫描结果相同的扫描结果。这使得能够在不停止输送器1004的情况下持续地给送多个检测对象,因此,提高了检查吞吐量。
可选实施方式5
集中地参照图11和图1,作为可选方案,由位置跟踪装置1105跟踪探头103相对于检测对象110的轮廓的周向位置和轴向位置,位置跟踪装置1105被固定到其壳体1104或者与安装轭1105(图2)形成为一体或者位于安装板108上的其它适当位置。位置跟踪装置1105被可操作地连接到检测对象110的检查面。来自装置1105的信号被提供到数据获取单元(DAU)102或者被提供到壳体1104内的电子部件,以经由上述无限接口或滑动环连接器将探头103相对于检测对象110的周向位置和轴向位置的信息发送到用户操作站120。
可选实施方式6
继续参照图11和图1,可选地,图11示出了设置用于调整旋转板108的质心的部件的实施方式,该旋转板108具有质量不对称配置的探头和其它装置。具体地,质心调整装置1100位于旋转板108的质心比PA探头单元101和位置跟踪装置1105所在的径向相反侧的质心低的区域。一个或多个配重1103位于调整螺杆1101上的固定位置。配重1103的径向位置可以被手动地或自动地调整,以设定旋转板108的质心位置。这通过由图7a的平衡传感器717在旋转板108的侧倾斜配重的已知周向位置进行测量来实现,平衡传感器717位于框701的两个竖直支撑构件中的一个支撑构件上。
以优选四个90度的旋转间隔来测量重量,之后,旋转板108被旋转到最大重量被测量的位置。然后,螺杆1101例如沿逆时针方向转动预定量,以使配重1103沿径向向外移位。接着,平衡传感器717显示新的重量,然后,板108旋转,并且以如上所述的90度的间隔再次测量重量。该处理持续进行,直到重量测量拐点产生-这意味着,传感器717显示例如在先前的测重周期中被测量的重量减小之后被测量的重量增加。通过将螺杆1101调整到导致较小重量增加变化的较小程度,可以使测重处理进一步持续一次或更多次。在配重1103最微小移位的情况下,当产生最后一个重量测量拐点时,质心平衡处理结束。
本领域技术人员可以以多种不同的方式实现上述示例性的质心平衡处理。
可选实施方式7
超过一个的旋转探头可以沿纵向被布置在旋转板108上的给定周向位置并且可以一致地操作。当沿轴线布置两个探头并且使两个探头的线阵开口跨度彼此邻近时,在一个旋转周期时间T期间,管可以行进两个探头长度。如果以比2Lprobe/T快的轴向移动速度给送管,则在扫描区域之后将存在未被扫描的螺旋间隙。
因此,当沿轴线彼此邻近地布置专用于相同类型的缺陷或壁厚检查的n个探头时,在一个旋转周期时间T期间,管可以行进n个探头长度。
也就是说,为了实现100%的扫描覆盖度,由下式3限制管被给送的纵向速度,其中,m是沿轴向彼此邻近地布置的探头的总量。
Vpipe·T/Lprobe=Vpipe·60/(Lprobe·rpm)≤m或
m≥Vpipe·T/Lprobe=Vpipe·60/(Lprobe·rpm)式3
也可以通过使旋转探头组件1201沿着整个固定检测对象110的轴向长度移动来获得图10和图11所示的示例性的螺旋扫描。
虽然已经参照特定的示例性实施方式说明了本发明,但是,许多其它变化和变型以及其它应用对本领域技术人员来说是明显的。因此,优选地,本发明不受具体公开内容的限制。
相关申请的引用
本申请要求2010年4月16日提交的发明名称为“用于环绕管或棒检查的旋转阵列探头无损检测系统”的美国临时专利申请No.61,324,993的利益和优先权,该美国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
Claims (32)
1.一种用于对检测对象进行无损检测的检查系统,所述检查系统包括:
检测对象输送器,其用于沿着纵向输送路径输送所述检测对象;
至少一个探头组件,所述探头组件包括探头组件输送器和至少一个相控阵探头,所述探头被构造成感测由所述探头在所述检测对象中引起的信号,所述探头组件输送器被构造成可动地支撑所述探头组件,以使所述探头组件在围绕所述检测对象的周向路径上移动;和
控制-数据处理系统,其被联接到所述检测对象输送器和所述探头组件输送器,所述控制-数据处理系统被构造成允许在所述检测对象沿着所述纵向路径移动并且所述相控阵探头在所述周向路径上移动的同时由所述相控阵探头获取数据并且从所述相控阵探头获取数据。
2.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件包括至少两个第一类型的相控阵探头,所述第一类型的相控阵探头在所述探头组件输送器上沿周向彼此并置。
3.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件包括至少两个第二类型的相控阵探头,所述第二类型的相控阵探头在所述探头组件输送器上沿周向彼此并置。
4.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件包括:
至少两个第一类型的相控阵探头,所述第一类型的相控阵探头在所述探头组件输送器上沿周向彼此并置;和
至少两个第二类型的相控阵探头,所述第二类型的相控阵探头在所述探头组件输送器上沿周向彼此并置并且与所述第一类型的相控阵探头沿周向间隔开,
其中,所述第一类型的相控阵探头被构造成使所述检测对象的通常沿所述纵向路径延伸的结构裂纹或缺陷的感测最优化,所述第二类型的相控阵探头被构造成使通常以相对于所述纵向路径成一定角度延伸的裂纹或缺陷的感测最优化。
5.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述检测对象输送器被构造和控制成沿着所述纵向输送路径以已知速度运送所述检测对象基本上通过整个纵向路径。
6.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件包括至少两个相控阵探头,所述相控阵探头在所述探头组件输送器上沿纵向彼此并置。
7.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件输送器包括固定的第一支承结构,所述第一支承结构以允许能旋转的第二支承结构旋转的方式支撑所述第二支承结构,所述第二支承结构被构造成支撑所述探头组件。
8.根据权利要求6所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括用于耦合所述第一支承结构和所述第二支承结构之间的电力和信号的电耦合结构。
9.根据权利要求7所述的检查系统,其特征在于,所述电耦合结构包括滑动环腔。
10.根据权利要求7所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括用于使耦合剂流体从所述第一支承结构耦合到所述第二支承结构的耦合剂冲洗工具,并且包括位于所述相控阵探头附近的耦合剂流体分散装置。
11.根据权利要求7所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括用于使加压气体从所述第一支承结构耦合到所述第二支承结构的加压空气工具,并且包括位于所述相控阵探头附近的加压气体分散装置。
12.根据权利要求7所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括位于所述第二支承结构的加压气体工具,并且包括位于所述相控阵探头附近的加压空气分散装置。
13.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括布置于所述探头组件输送器的至少一个数据获取单元,所述数据获取单元从所述探头获取数据。
14.根据权利要求13所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括至少一个周向位置传感器和至少一个纵向位置传感器,所述周向位置传感器获取所述探头的周向位置的数据,所述纵向位置传感器获取关于所述检测对象的纵向位置的数据。
15.根据权利要求14所述的检查系统,其特征在于,所述数据获取单元被构造成基于由所述探头感测到的信号、关于纵向位置的所述数据和关于周向位置的所述数据而产生实时A-扫描数据。
16.根据权利要求15所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括至少一个预定门或阈值,所述门或阈值用于确定所感测到的信号何时显示所述A-扫描数据中的缺陷。
17.根据权利要求16所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括警报和标记机构,所述警报和标记机构用于提供所检测到的缺陷的纵向位置和周向位置。
18.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括无线系统,所述无线系统用于使来自所述探头组件的数据信号与处理计算机无线通信。
19.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述至少一个相控阵探头感测所述检测对象的纵向位置。
20.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件输送器被构造成能够使所述相控阵探头绕所述纵向路径在大致包括0°至360°的角范围旋转运动。
21.根据权利要求11所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件输送器被构造成使所述探头组件以大致恒定的旋转速度绕所述纵向路径旋转。
22.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件输送器包括位置调整器,所述位置调整器被构造成控制所述相控阵探头和所述检测对象之间的间隔。
23.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括用于使所述检测对象旋转和用于调整所述检测对象的质心的机构。
24.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述探头组件输送器包括使所述探头组件以与所述检测对象的轴向速度相同的轴向速度移动从而检测所述检测对象的初始部分的工具。
25.根据权利要求10所述的检查系统,其特征在于,所述耦合剂分散装置被构造成在耦合到所述相控阵探头的水楔的外表面和所述检测对象的相对面之间产生耦合剂的大致层流。
26.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述控制系统包括计算机程序,所述计算机程序被构造成存储用于所述检测对象的最大直线速度值和用于所述相控阵探头的最大旋转速度值。
27.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述相控阵探头包括声换能器。
28.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述相控阵探头包括被构造成在所述检测对象引起涡电流和感测所述涡电流的元件。
29.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括发电机,所述发电机被安装于所述探头组件输送器并且被构造成产生所述探头组件用的电力。
30.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,
a)Lprobe被定义为作为第一开口(103ap-a)中的给定元件位置与最后一个开口(103ap-n)中的相应元件位置之间的距离的探头开口跨度;
b)Δt被定义为扫描周期时间,其在所述第一开口(103ap-a)用的探头的脉冲-接收周期开始时开始并且在所述最后一个开口(103ap-n)用的探头的脉冲-接收周期完成时结束;
c)Vpipe是恒定的并且是所述检测对象被给送的速度;
d)Δl是Δt期间所述检测对象行进的轴向距离;
e)rpm是所述探头组件输送器的旋转速度;
f)T是所述探头绕所述检测对象旋转360度所需的时间,即rpm-1;
g)Vaperture是恒定的并且是各开口扫描周期的探头的速度;
h)Vrotate是所述探头组件输送器的角速度;
i)n是各PA探头的开口的数量;
j)m是布置于所述探头组件输送器的探头的总数量;
k)Δy是单位周向扫描分辨率;
其中,根据下式1操作所述检测对象输送器、所述探头组件输送器和所述探头:
Vpipe≤m·Lprobe/T=m·Lprobe·(rpm)/60(m/s)式1。
31.根据权利要求30所述的检查系统,其特征在于,Δy由式2确定:
Δy=Vaperture·Δt/n=2πR·rpm·Δt/n 式2。
32.根据权利要求1所述的检查系统,其特征在于,所述检查系统包括固定的耦合剂冲洗组件,所述耦合剂冲洗组件以耦合剂在所述检测对象的表面和所述探头的与所述检测对象的表面相对的检测面之间形成层流的方式向所述至少一个探头中的每一个探头喷射耦合剂。
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