CN103189742B - 超声波检查工具 - Google Patents

Abstract

一种超声波检查探头（100），包括：柔性超声波阵列（140）；柔性耦合部件（102），其被设置成在耦合边界表面（122）处将柔性超声波阵列超声地耦合至工件（10）；加载部件（106），其被设置成对所述耦合部件的与所述耦合边界表面相对的表面施加压力，以保持所述耦合边界表面与所述工件之间的接触。

Description

超声波检查工具

本发明涉及一种超声波检查工具。更具体地，本发明涉及一种利用柔性阵列来应对（account for）倒圆部件的尺寸可变性的超声波检查工具。

通过倒圆部件，我们指的是具有弯曲的或圆弧形截面的部件。这种部件通常包括倒圆部，其中，倒圆部与从倒圆部任一端的延伸的、彼此垂直的平面凸缘成90度延伸。飞行器部件（诸如纵梁、翼梁）为倒圆部件。

组合式倒圆部件会在半径（radius）内具有各种缺陷。例如，纤维波纹和过度空隙度会不利地影响材料的机械性能。因此，为了解决该问题，必须事先设计材料厚度的增加，这将增大部件的重量和成本。

检测这种缺陷的传统方法涉及提供一种超声波元件的刚性弯曲阵列，该刚性弯曲阵列被导向至与部件的表面垂直以检测其中的任何缺陷。

在许多应用中，特别是在航空航天部门，部件的半径和“开口角度”（即，从倒圆部的任意端延伸的凸缘之间的角度）沿着部件的长度变化。这种变化会由于部件的形状而不可避免地发生，或由于制造公差而偶然地发生。无论是哪一种，这通常会对已知的阵列探头引发问题，这是因为：由于超声波脉冲不以预期的方式进入和离开材料，部件尺寸的变化可能产生不准确的结果。

此外，如果使用者希望检查具有变化的半径和开口角度的宽范围的倒圆部件，那么使用者通常必须使用不同的探头。这是昂贵的并且意味着必须储存相当大数量的阵列探头以应对部件尺寸的变化。

本发明的目的是克服或至少缓解上述问题之一。

根据本发明的第一方面，提供了一种超声波检查探头，包括：

柔性超声波阵列，

柔性耦合部件，其被设置成将所述柔性超声波阵列超声地耦合至工件，所述柔性耦合部件具有工件耦合表面以及与所述工件耦合表面相对的加载表面，

加载部件，其被设置成对所述加载表面施加压力，以在使用时保持所述工件耦合表面与工件之间的接触。

根据本发明的第二方面，提供了一种对工件进行超声检查的方法，所述方法包括以下步骤：

提供工件，

提供柔性超声波阵列，

提供柔性耦合部件，

将所述柔性耦合部件至少部分地放置于所述阵列与所述工件之间，

对所述阵列和/或所述耦合部件施加压力，以确保所述耦合部件与所述工件之间的接触，

利用所述柔性超声波阵列对所述工件进行超声波扫描。

有利地，提供这种检查探头和方法允许使用者在工件方向上保持压力，以使得耦合部件变形并因而与工件保持恒定接触。可以选择耦合部件的材料性能，以确保在整个柔性阵列上保持相等的压力。由于超声波阵列探头是柔性的，随着工件的半径和/或开口角度的变化，超声波阵列探头随耦合部件而变形。

此外，上述组件可以使用于更宽范围的部件几何形状，从而消除了对于多个探头的需要。

现在参照附图详细描述根据本发明的超声波检查探头，在附图中：

图1为根据本发明的超声波检查探头的立体分解图；

图2为根据图1的超声波检查探头的分解侧视图；以及

图3为所采用的抵靠工件的图1的超声波检查探头的侧视图。

参照图1，超声波检查探头100包括柔性耦合部件102、柔性超声波阵列探头104以及加载部件106。

柔性耦合部件102通常为棱柱形，并且沿着第一轴X具有基本上恒定的截面。柔性耦合部件由低超声衰减明显的硅橡胶（low ultrasonic attenuationclear silicone rubber）构成。柔性耦合部件102包括安装块108和耦合部110。安装块108通常为长方体形状，且包括下面将描述的、用于接纳探头体的探头体腔112。安装块108还限定了延伸至与耦合部110相接的通常的平面部114。

耦合部110包括从安装块108的平面部114延伸的第一腿部116。第一腿部116是平面且平坦的。倒圆部118从第一腿部116延伸以限定在横截面上大致为90度的圆弧段，其接合至相对于第一腿部116约90度延伸的第二腿部120上。换言之，耦合部110包括第一腿部116，第一腿部116与第二腿部120垂直且两者通过90度倒圆部118连接。因此，耦合部110适于与相似形状的工件啮合。

耦合部110限定了工件耦合表面122和与其相对的加载表面124。耦合部110还包括与X轴垂直的端表面126，128。

工件耦合表面122和加载表面124两者均限定了由第一腿部限定的第一平面部，由第二腿部120限定的第二平面部，以及限定在第一平面部与第二平面部之间的通常为部分-圆柱表面区域（倒圆段）。

耦合部110限定了在耦合部110内与加载表面124邻近且平行延伸的阵列探头槽130。该槽130从面对安装块108的开口端132延伸。阀131与该槽流体连通。

柔性超声波阵列探头104包括探头体134，探头体134经由传输超声波信号的数据连接136连接至包括计算机的超声波分析系统。探头体134还包括用于安装旋转编码器137且连接至旋转编码器137的编码器安装部138。柔性超声波传感器阵列140从探头体134延伸并且包括一系列超声波元件（未示出），从探头体134的区域到超声波传感器阵列140的自由端142，以通常的线性形式间隔开这些超声波元件。

加载部件106是通常为棱柱形的半柔性的实心橡胶块，其具有加载表面144，加载表面144的轮廓与柔性耦合部件102的加载表面124的轮廓基本相同。加载部件106的不与柔性耦合部件102面对的剩余表面通过人体工程学手柄146限定。

参照图3，如下装配超声波检查探头100。

从探头体134移除编码器安装部138，使得探头体134能够被插入至在安装块108的探头体腔112中。当探头体134插入时，柔性超声波传感器阵列140通过在柔性耦合部件102的耦合部110中的开口端132滑至槽130中。对于阀131施加真空泵以从槽130排出空气，从而使得槽130的侧面与超声波传感器阵列140接触。槽130比阵列140略宽以便从阵列140的面对耦合表面122的底侧去除所有空气。

在插入之后，将编码器安装部138重新连接至探头体134，并且将适合的编码器轮（encoder wheel）137附接至编码器安装部138的一侧或两侧，使其延伸至平面部114的底表面并且能够与其邻近的工件接触，以超声波检查探头100检测在X轴方向上沿工件行进的距离。

在使用时，定位超声波检查探头100，使得工件耦合表面122与工件10邻近且耦合。

工件10包括第一腿部12、倒圆部14以及第二腿部16。可以将诸如凝胶或水的适合的耦合材料置于柔性耦合部件102与工件10之间以增强耦合。

超声波阵列探头104可以被致动，并且超声波检查探头100在与X轴平行的方向上沿着工件10移动。可以以这种方式创建工件的详细扫描。

如之前提到的，工件10可以包括开口角度（即，第一腿部12与第二腿部16之间角度）的变化，此外，倒圆部14的内部半径可以变化。当探头100沿着工件10的长度滑动时，使用者抓住加载部件106并且朝向倒圆部14施加力。该力将作用于推动柔性耦合部件102的工件耦合表面122使其抵靠工件10，并且该柔性将应对开口角度或半径的任何变化。这样，由于柔性耦合部件102的柔性，保持柔性超声波阵列探头与工件10之间的耦合。因此，能够进行可靠的耦合和测量。

变型落入本发明的范围内。例如，该布置可以描述与凸部相对的凹形工件耦合表面。此外，可以使用任何形状的工件耦合表面，诸如波纹状、平面的以及曲面的。

代替真空，可以对阀131施加正风压。在该情形下，阵列140应与槽130的侧面形成紧配合，使得当施加正压力时推压阵列140使其抵靠槽130的最靠近耦合表面122的面。这将确保能够保持良好的超声波耦合。

耦合部件可以为由柔性膜状材料构成的水填充部件。该耦合部件通常与耦合部件102具有相同的大小和形状。

该实施方式允许使用略硬的材料（由于该材料被构造为柔性结构膜，其硬度被抵消）。因此，在该实施方式中可以使用低摩擦力材料，这在由于工件-硅接口具有高摩擦系数而使扫描变得困难的情况下变得有用。

可选地，水可以从除了工件接触侧之外的一侧馈给至水填充耦合部件，并且在工件接触侧中创建的若干孔允许水排出。这对于部件在工件表面上的运动提供了额外的润滑和耦合。

这种方法对于必须使用较小耦合力的、薄的或弱的工件也是有用的。

Claims (14)

1.一种用于扫描倒圆工件的超声波检查探头，包括：

柔性超声波阵列探头，包括：

探头体；以及

从所述探头体延伸的柔性超声波传感器阵列，所述柔性超声波传感器阵列包括一系列向自由端延伸的超声波元件；

柔性耦合部件，其被设置成将所述柔性超声波传感器阵列超声地耦合至所述倒圆工件，所述柔性耦合部件包括：

第一腿部、第二腿部和在所述第一腿部与所述第二腿部之间的倒圆部；

腔体；

工件耦合表面；以及

与所述工件耦合表面相对的加载表面，以及

加载部件，其被设置成对所述加载表面施加压力，以在使用时保持所述工件耦合表面与所述倒圆工件之间的接触；

其中，所述柔性超声波传感器阵列至少部分地被置于所述柔性耦合部件内限定的所述腔体内，使得具有所述超声波元件的所述柔性超声波传感器阵列围绕所述柔性耦合部件的所述倒圆部延伸。

2.根据权利要求1所述的超声波检查探头，其中，所述柔性耦合部件和所述柔性超声波传感器阵列是机械耦合的。

3.根据权利要求1所述的超声波检查探头，其中，所述腔体包括槽。

4.根据权利要求1所述的超声波检查探头，所述超声波检查探头包括与所述腔体流体连通的阀，并且所述阀被设置成允许将空气引入所述腔体和/或从所述腔体去除空气。

5.根据权利要求1所述的超声波检查探头，其中，所述加载部件为手持块。

6.根据权利要求1所述的超声波检查探头，其中，所述加载部件限定了具有与所述柔性耦合部件的加载表面相同形状的加载表面。

7.根据权利要求1所述的超声波检查探头，其中，所述柔性耦合部件被构造为流体填充的膜。

8.根据权利要求7所述的超声波检查探头，其中，所述流体填充的膜包括在所述工件耦合表面上的用于排出流体的孔。

9.一种对倒圆工件进行超声波检查的方法，所述方法包括以下步骤：

提供所述倒圆工件，

提供柔性超声波阵列探头，所述柔性超声波阵列探头包括：探头体；以及从所述探头体延伸的柔性超声波传感器阵列，所述柔性超声波传感器阵列包括一系列向自由端延伸的超声波元件，

提供柔性耦合部件，所述柔性耦合部件包括：第一腿部、第二腿部和在所述第一腿部与所述第二腿部之间的倒圆部；以及在所述柔性耦合部件内限定的腔体，

将所述柔性超声波传感器阵列至少部分地置于所述柔性耦合部件的腔体内，使得具有所述超声波元件的所述柔性超声波传感器阵列围绕所述柔性耦合部件的所述倒圆部延伸，

对所述柔性超声波传感器阵列和/或所述柔性耦合部件施加压力，以确保所述柔性耦合部件与所述倒圆工件之间的接触，

利用所述柔性超声波传感器阵列对所述倒圆工件进行超声波扫描。

10.根据权利要求9所述的对倒圆工件进行超声波检查的方法，包括以下步骤：

改变所述腔体内的气压，以确保所述柔性超声波传感器阵列与所述柔性耦合部件之间的耦合。

11.根据权利要求10所述的对倒圆工件进行超声波检查的方法，其中，所述改变气压的步骤包括降低所述腔体中的压力的步骤。

12.根据权利要求9所述的对倒圆工件进行超声波检查的方法，包括以下步骤：

提供加载部件，

将所述柔性超声波传感器阵列和所述柔性耦合部件放置于所述倒圆工件与所述加载部件之间，

对所述加载部件手动施加压力以将所述柔性耦合部件挤压至所述倒圆工件，从而增加所述柔性耦合部件与所述倒圆工件之间的接触。

13.根据权利要求9所述的对倒圆工件进行超声波检查的方法，包括沿着所述倒圆工件滑动所述柔性耦合部件和所述柔性超声波传感器阵列以逐渐地扫描所述倒圆工件的步骤。

14.一种对飞行器部件进行超声波检查的方法，所述方法包括权利要求9所述的方法。