CN102341700B - 低外形超声波检查扫描仪 - Google Patents

Abstract

描述了一种检查扫描仪(1000)，该检查扫描仪(1000)具有低外形结构设计，用来安装到紧密空间内以及检测诸如焊接点(13)的结构(10)。导轮架组(1100、1200)装配一具有超声波(US)阵列(1400)的探头支架组件(1110)，该超声波(US)阵列(1400)发射US波束穿过结构(10)，并且接收所反射的声波。延伸探头支架组件(1110)，并且使US波束成角度地向外发射以在紧密位置中进行检查。导轮架组(1100、1200)运行在轮(1140、1240)上，轮驱动编码器(1250)。编码器(1250)为所接收的声波提供相对于焊接部的特定位置。这些位置和所接收的声波用于重构信号，以表现结构(10)内部缺陷。轮(1140、1240)可为磁性的，以将其保持在被检测的结构(10)。可使用制动系统(1600)将检查扫描仪(1000)保持在指定的位置。

Description

低外形超声波检查扫描仪

技术领域

本公开涉及一种用于使用超声波来检测结构的装置，并且特别涉及低外形装置，该低外形装置用于使用超声波在小间隙的空间中检测结构。

背景技术

用非破坏性试验技术测试压力零件和各种结构是一项艰巨的任务，特别是当测试焊缝时。例如，在固定的、有限量空间中具有多个部件的锅炉系统也许难以精确检查。通常，操作者使用超声波技术(UT)用手提式UT探测器手动扫描结构的待测区域，该UT探测器经过结构和焊缝传递信号(声波)，并且接收反馈测量值作为扫描的结果。明显地，这种手动过程对不精确性敏感，因为人类操作者在穿过结构时的精细运动技能不可能是完全稳定的或一致的，其转化为不佳读数(例如，未察觉的裂缝或壁老化、误报以及其它这种误差)。

由于损伤和故障通常从这些部件的焊缝开始，所以周期性地检查焊缝是重要的。由于被检查的部件是功能系统的一部分，所以最好检查它们时不必移动部件或拆卸系统。

通常使用的检查装置有手动地从一位置移动到另一位置的所使用的超声波扫描仪。结果读数被操作者做成图表或其它形式来向操作者展示以指出缺陷的位置。传递可以快速地无干扰地评估焊接部情况的探测器的扫描仪减少了预检时间并且是有价值的。

通用的机械扫描仪用于在各种成形的物体上检查焊接点的情况。由于它们的通用性质，它们倾向于大而笨重。

在蒸汽发生系统中，运送加压蒸汽的通常为焊接管。必须周期性地监视这些使用的焊接部。由于紧小的间隙，常规检查装置将不适用，并且不适应于这种形状。

因此，所需要的是低外形检查装置，该检查装置能适用于紧密空间以检查需要频繁检查的部件的焊接部。

概述

根据在此说明的方面，本文提供了一种超声波探测器运载装置，该超声波探测器运载装置包括检查扫描仪(1000)，该检查扫描仪(1000)具有比现有技术的设计较低的外形，用于发射和接收超声波波束来检查结构(10)的体积，包括：

至少一个导轮架(1100)；

超声波(US)阵列(1400)，该超声波(US)阵列(1400)用于使用从所述导轮架(1100)成角度发射的超声波束来扫描所述结构(10)的所述体积，并且接收反射回阵列(1400)的超声波信号，阵(1400)列附连于导轮架(1100)且由导轮架(1100)支撑。

轮(1140)，这些轮(1140)附连于导轮架(1100)，用于支撑导轮架(1100)，允许轮(1140)沿所述结构(10)的表面向前或向后旋转移动导轮架；

编码器(1250)，该编码器(1250)用于监视轮(1140)的旋转以及在所述结构(10)上的位置，并且用于发射与所接收的超声波信号相应的编码器信号，使得每个所接收的超声波信号与所述US阵(1400)在所述结构(10)上的位置等同。

发明目的

本发明的目的是提供特别适用于发电设备的超声波检查扫描仪。

本发明的另一目的是提供可以从给定位置观察焊接部的不同部分的超声波检查扫描仪和探测系统。

本发明的另一目的是提供便携式的超声波检查扫描仪。

本发明的另一目的是提供特别设计用于检查具有不同直径的弯曲表面的焊接部的超声波检查扫描仪。

本发明的另一目的是提供特别设计用于检查平面焊接部的超声波检查扫描仪。

附图说明

现参考附图，其为示例性实施方式，并在其中用相似的附图标号标记相似的元件：

图1是本发明使用的图像几何学的图解；

图2是根据本发明的一个实施方式的低外形超声波检查装置的透视图；

图3是图2的检查扫描仪的实施方式的后部的局部剖开侧立面图；

图4是图2和图3的检查扫描仪的实施方式的立面图；

图5是从上方看的图2、图3和图4的检查扫描仪的实施方式的俯视图。

具体实施方式

提供了超声波检查系统(“系统”)，该系统用于提供管道和对其之间具有受限的或有限空间的管道接缝处的无损检测。该系统包括超声波探头运载器和焊接部，该超声波探头运载器具有能够使该系统进入管道和具有有限空间或受限的焊缝部的低外形。

理论

由于来自锈或腐蚀的恶化或由于不恰当的初始装配，金属结构中的薄弱环节可以是由作用在结构上的重复机械力的结果引起的。这特别应用于易有初始缺陷的金属结构的焊接点。

这些弱点可最终导致部件的失灵。在高压部件的例子中，失灵可导致灾难性的后果。

检查和监视可以在这些薄弱环节导致问题之前识别它们。一旦薄弱的部件被确定，则它们可在有安全问题和/或附加的破坏之前被替换。

一个具体的应用将是对涡轮机机壳的闭合焊接。使用常规工具监视这个关键焊接部是非常困难的、费时的以及不精确的。

由于这是关键的焊接部和涡轮机机壳，并且承受相当大的力，它必须经常被检查。如上文所述，难以将常规检查装置用于这个特定的几何形状和狭窄的空间。

当这些涡轮机没有维护机能时，会有相当大的损失生产成本。例如，如果涡轮机正用来产生用于公共事业公司的电力，则公共事业公司将必须在其涡轮机壳的维护期间从高压电厂买电力。从高压电厂购买的电力比涡轮机产生的电力昂贵很多，并且在长期维护周期可以变得十分昂贵。因此，特别制造用于精确且快速检测涡轮机管道焊接部的装置将导致公共事业公司的显著成本节约。

相似的焊接部存在于许多涡轮机，并且许多具有相似的形状。这些全都承受相当大的操作力，并且每个都需要频繁的检查。因此，设计用于在狭窄空间中有效且精确检测焊接部的低外形检查装置对检查这些涡轮机的人来说将是非常有价值的。

有许多必须进行周期性检查的关键的焊接部。一些这样的焊接部位于几乎没有开放空间的拥挤的位置中。非常难以使用常规检查装置进行检查，由于它们尺寸且还有它们获取图像的方法。鉴于许多这些现有技术的装置在装置下方直接进行检查，所以它们不合适，并且不可以使用。

成角度的波束

本发明特别适用于在拥挤和狭窄位置中检测焊缝。这通过使用低外形设计、具有可调探测器以及具有检查与其隔离开的体积的能力来实现。使用从装置成角度发射的光束来获取检查数据。该装置使用成角度的内反射几何学来获取其数据。因此，装置不需要在要检查部分的直上方，而仅与其相邻。这极大地便利了在紧密空间中的采集数据。

图1示出在本发明中使用的成角度的波束几何学。将由从US阵列1400发出的箭头示出的超声波(US)波束从US阵列1400的多个发射机1410进行发射。US阵1400使用定相阵技术，使得US波束的方向可通过改变发射机1410的相关发射功率进行改变。为了简单起见，这在图1中示出为多个从单个发射机1410来的单个波束。

US波束穿过结构10到第一界面15。该界面是结构的内表面和内部空间。该界面可为反射US波束的金属/气体或金属/液体边界。然后，大多数US波束经过金属焊接部13到第二界面17。第二界面在结构10的外表面与结构10上方的空间之间。

部分入射US波束碰到物体19，该物体19可为焊接部的间隙或具有与纯金属显著不同的超声波电导率的其它材料。如由标记为“A”的箭头表示的，部分US波束被反射。这些反射US线束反射离开界面15并且回到US阵1400的接收机1450。

图像重构

US波束由在US阵列1400中的接收机1450接收，然后发送到控制器用于处理。该控制器先前已用所分析的结构10的几何形状进行更新。其收集从接收机1450来的反射US信号，并且重构结构10内部物体的图像。由于固体金属和其它较小密集的物体之间的界面产生图像，气泡、腐蚀以及其它特征可易在所重构的图像中被识别。该图像重构可由已知的常规图像方法实现。

图2是根据本发明的一个实施方式的检查扫描仪1000的透视图。这使用了低外形。当其用于实现紧密位置中的检查时，较小的更好。然而，检查装置必须足够大以易于操作。大多数涡轮机闭合焊接部具有约为3英寸的要检查的区域间隙。因此，具有小于3英寸的外形的装置将是有用的。

导轮架组1100、1200滚动在图3的轮上(1140、1240)。导轮架组1100、1200由探头支架组件1110连接。

探头支架组件1110具有滑道1111和1211，滑道1111和1211分别滑入导轮架组1100、1200的滑道狭槽1112、1212。

至少一个锁钮1130可被上紧以将滑道1211固定到在与导轮架组1200相对可调位置处的探头支架。与导轮架组1100一起的相似配置在此图中没有示出。

使用可选的制动按钮1610以停止轮(图3的1240)，以将装置保持在其当前位置。

探头支架组件1110运载US阵列1400。US阵列1400是超声换能器的相控阵，其能够基于其换能器(图1的1410)的每个相关功率指定超声波波束向不同的角度。这允许US波束经过要检查的结构10的体积进行扫描。US阵列1400还具有接收所反射的US信号的接收机(图1的1450)。

扫描方法允许贯穿其体积到其远表面的结构的彻底检查。这将不仅检测结构10的体积内的缺陷，还将检测接近表面的腐蚀。

由US阵列1400接收的信号经过信号电缆1570到处理装置，该处理装置从所感测的信号重构图像。

图3是图2的检查扫描仪的实施方式的后部的部分剖开立面图。在此可以看出导轮架组1100、1200在结构10的表面上轮上滚动1140、1240。结构10为金属结构，其具有要检查的焊接部13。

优选地，轮1140、1240可被磁化，以在检查焊接部(图4中的13)时将导轮架组1100、1200保持到结构10。或者，可有在检查扫描仪1000上使用的磁装置1300。在另一替代性的实施方式中，用户可易于将本发明保持到结构10来检查焊接部13。

US阵列1400由探头支架臂(图5中的1115)运载。探头支架臂是探头支架组件1110的一部分。探头支架臂1115允许US阵列1400下降并且沿结构10的外表面滑动。

探头支架组件1110具有滑道1111、1211，滑道1111、1211分别沿滑道狭槽1112、1212滑动以允许US阵列1400延伸到检查扫描仪1000的中央的一侧。一旦定位，则锁钮1230(可为螺钉)被上紧，以挤靠滑道1211的侧夹持垫1233，以确定导轮架组1200相对于探头支架组件1110和US阵列1400的位置。

锁钮1130实现相对于导轮架组1100的相同功能。制动按钮1610操作制动，该制动停止轮1240，导致检查扫描仪1000在启动时保持在结构10上的当前位置。

图4是当从后方看的图2和图3的检查扫描仪的实施方式的立面图。障碍物21使常规检查装置难以检查结构10上的焊接部13。通常，常规检查装置显著地高于本发明。同样，由于现有技术装置将其检查波束向下瞄准，所以现有技术装置必须在要检查部分的上方。现有技术装置也没有使用一个可调节的结构，以允许其换能器比运载装置向待测区域移至更近。

可以看到本发明的低外形(低高度)设计是如何在障碍物21下方安装的。此外，在图中显示出延伸US阵列1400朝向焊接部13。锁钮1230在拧入时靠着滑道1211夹紧，以将阵1400保持在给定位置。

同样，如由标记为“B”的箭头所示的，US阵1400将其波束以向外成角度的方向直接朝向焊接部13发射。这进一步将本发明能够达到的地方延伸到狭窄空间内。

示出制动部件1600，该制动部件1600压住轮1240，以在启动制动按钮1610时将检查扫描仪1000固定在位。

图5是当从上方看的图2、图3和图4的检查扫描仪的实施方式的平面图。图5示出由一对探头支架臂1115运载的US阵列1400。这些被枢连在支座枢纽1117处，附连于探头支架组件1110。弹簧1119推动US阵列1400，以使US阵列1400与结构10接触。

在该实施方式中，允许探头支架组件1110相对于导轮架组1100、1200以垂直于轮1140、1240滚动装置的方向进行滑动。在该图中，探头支架组件1110延伸到导轮架组1100的左侧。这允许US阵列1400延展到更小、更狭窄的空间中。同样，由于US阵列1400的传输几何学，US波束甚至直接进一步到达US阵列1400的左边，进一步到达狭窄空间内。

在另一使用中，检查扫描仪可安装到要扫描的位置内，然而，用户不能物理延伸他们的手臂到该位置内以达到检查扫描仪1000。在这种情况下，另一实施方式将是有用的。如果检查扫描仪1000具有轮马达(图3中以剖视图示出为1143)，其可以附连于结构10，然后自身环绕结构的轮由磁性轮1140、1240保持住。所有将需要用来控制轮马达的将是可能通过无线电线路从由用户操作的控制器传输到轮马达的信号。

同样，另一替代性实施方式将包括滑动马达(在图4中以虚位示出为1215)。滑动马达1215将在滑道1211上操作以延伸或收进探头支架组件(图5的1010)和US阵1400。滑动马达可通过由用户操作的控制器的无线电线路控制。

尽管已相对于它的示例性实施方式描述和说明了本发明，但本领域的技术人员应该理解的是：可在其中作出上述的以及各种其它改动、省略和附加，而不脱离本发明的精神和范围。因此，其它实施方式落入随后的权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种具有3英寸的最大高度的低外形检查扫描仪（1000），用于发送和接收超声波波束来检查结构（10）的体积，包括：

至少两个导轮架（1100，1200）；

超声波（US）相控阵（1400），所述超声波（US）相控阵（1400）适用于使用从所述导轮架（1100）成角度发射的超声波波束连续扫描所述结构（10）的所述体积，并且接收反射回所述超声波（US）相控阵（1400）的超声波信号；

两个轮（1140, 1240），所述两个轮（1140, 1240）分别附连于所述两个导轮架（1100，1200），用于支撑所述两个导轮架（1100，1200），允许所述两个轮（1140, 1240）沿所述结构（10）的表面向第一方向或向第二方向旋转移动所述两个导轮架；

编码器（1250），所述编码器（1250）适用于监视所述两个轮（1140, 1240）的旋转以及在所述结构（10）上的位置，并且适用于发送相应于所接收的超声波信号的编码器信号，使得每个所接收的超声波信号与所述超声波（US）相控阵（1400）在所述结构（10）上的位置等同；

低外形探头支架组件（1110），所述探头支架组件（1110）连接在导轮架（1100， 1200）之间，用于运载所述超声波（US）相控阵（1400），所述探头支架组件（1110）连接在导轮架（1100， 1200）之间，所述探头支架组件（1110）是可延展的，以将所述超声波（US）相控阵（1400）在不需要移动所述导轮架（1100）的情况下延伸到导轮组一侧的不同位置，由此允许检测远离导轮架（1100）的部分结构（10），该部分结构（10）在没有所述可延展的低外形探头支架组件时将无法被接近。

2.根据权利要求1所述的检查扫描仪（1000），其中，所述两个轮（1140, 1240）被磁化，以将所述检查扫描仪（1000）保持到所述结构（10）。

3.根据权利要求1所述的检查扫描仪（1000），还包括磁装置（1300），以将所述检查扫描仪（1000）保持到所述结构（10）。

4.根据权利要求1所述的检查扫描仪（1000），其中，所述超声波（US）相控阵（1400）具有多个发射机（1410），所述多个发射机（1410）适用于各自发射可调量的超声波功率，以将所述超声波波束对准期望的方向来扫描焊接部（13）。

5.根据权利要求1所述的检查扫描仪（1000），还包括：

轮马达（1143），所述轮马达（1143）耦连到所述两个轮（1140, 1240），用于在从遥控器接收信号时对所述两个轮（1140, 1240）进行操作移动所述检查扫描仪（1000）。

 

6.根据权利要求1所述的检查扫描仪（1000），还包括：

滑动马达（1215），所述滑动马达（1215）耦连到所述探头支架组件（1110），促使其在从遥控器接收信号时将所述超声波（US）相控阵（1400）定位在不同的位置。

7.一种具有3英寸的最大高度的低外形的检查扫描仪（1000），用于检测结构（10）的体积，包括：

前导轮架（1100）；

后导轮架（1200）；

探头支架组件（1110），所述探头支架组件（1110）具有一对沿其侧延伸的滑道（1111、1211），每个滑道（1111、1211）分别由所述前导轮架（1100）和所述后导轮架（1200）的滑道狭槽（1112、1212）容纳，所述探头支架组件允许沿延展出扫描仪侧面的所述前导轮架和后导轮架（1100、1200）进行滑动；

超声波（US）阵列（1400），所述超声波（US）阵列（1400）用于使用从所述探头支架组件（1110）成角度发射的超声波波束扫描所述结构（10）的所述体积；

两个轮，所述两个轮分别附连于对应的所述前导轮架和后导轮架，允许所述前导轮架和后导轮架沿所述结构（10）向前或向后旋转移动所述检查扫描仪（1000）；

编码器（1250），所述编码器（1250）用于监视所述轮的旋转和在所述结构（10）上的位置，并且用于发射相应于所接收的超声波信号的编码器信号，使得每个所接收的超声波信号与所述超声波(US)阵列（1400）在所述结构（10）上的位置等同。

8.根据权利要求7所述的检查扫描仪（1000），其中，所述超声波（US）阵列（1400）枢连于所述探头支架组件（1110），并且由推动装置靠着所述结构（10）进行推动。

9.根据权利要求8所述的检查扫描仪（1000），其中，所述推动装置是弹簧（1119）。

10.根据权利要求7所述的检查扫描仪（1000），还包括：

轮马达（1143），所述轮马达（1143）耦连到所述两个轮，在从遥控器接收到信号时，操作所述两个轮（1140,1240）来移动所述检查扫描仪（1000）。

11.根据权利要求7所述的检查扫描仪（1000），还包括：

滑动马达（1215），所述滑动马达（1215）耦连到所述探测器支架组件（1110），促使其将所述超声波（US）阵列（1400）在从遥控器接收到信号时定位到不同的位置。

12.根据权利要求7所述的检查扫描仪（1000），其中，所述超声波（US）阵列（1400）具有多个发射机（1410），所述多个发射机（1410）用于各自发射可调量的超声波功率，以向期望的方向对准所述超声波波束来扫描所述结构（10）的所述体积。

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