CN106352910B - 无损检测设备的自动校准 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于自动校准无损检测仪器的方法。根据一些实施例，该方法包括：(a)确定在测试对象的测试对象坐标系统中的第一组坐标，第一坐标表示测试对象表面上的目标位置；(b)将校准文件存储在无损检测仪器的存储器中，校准文件包含校准数据，校准数据为结构数据的函数，结构数据表示在包含目标位置的区域中的测试对象的三维结构；(c)使用校准文件中的校准数据校准无损测试仪器；以及(d)使用所述校准过的无损检测仪器询问目标位置。

Description

无损检测设备的自动校准
技术领域
本公开大体涉及用于制造制品的无损检测(NDT)的系统和方法，并且具体涉及用于校准NDT仪器的方法。
背景技术
制造制品(诸如飞机)的无损检测和结果分析优选地包括由经过专门训练的NDT检验员的参与。通常，出于检验零件的目的而调用经过训练的检验员到检验现场。在调定程序期间，经过训练的检验员通常将针对待检验的零件的区域来校准NDT仪器。这能够是耗时的过程。对于作为未经训练的NDT检验员的调定技术人员而言，该过程能够更加困难。
发明内容
以下详细公开的主题通过使用三维(3-D)模型数据使过程自动化解决了需要经过训练的NDT检验员执行设备校准的问题。由于校准将被自动化，所以可让非NDT人员来执行基本检验。这缩短了所需时间，因为无需等待现场外的经训练的NDT检验员到达检验现场，并且通过校准过程的自动化也节约了时间。本文公开的自动化校准方法还降低了人为误差的可能性。
以下详细公开的主题的一方面为用于自动校准无损检测仪器的方法，其包括：(a)确定在测试对象的测试对象坐标系统中的第一组坐标，第一坐标表示测试对象表面上的目标位置；(b)将校准文件存储在无损检测仪器的存储器中，校准文件包含校准数据，校准数据为结构数据的函数，结构数据表示测试对象在包含目标位置的区域中的三维结构；以及(c)使用校准文件中的校准数据校准无损测试仪器。该方法可进一步包括使用校准过的无损检测仪器询问目标位置。
根据一些实施例，在前述段落中描述的方法可进一步包括：获取表示测试对象在包含目标位置的区域中的三维结构的结构数据；以及基于目标位置和结构数据生成校准文件。根据另一些实施例，在前述段落中描述的方法可进一步包括：获取表示测试对象三维结构的结构数据；以及在无损检测仪器的显示屏上显示结构数据的图形表示，其中步骤(a)包括与显示屏交互，以便在显示屏上选择对应测试对象表面上的目标位置的方位。根据进一步的实施例，在前述段落中描述的方法可进一步包括：(d)相对于测试对象确定局部定位系统的方位/定位局部定位系统；(e)生成转换矩阵，用于将局部定位系统的局部定位系统坐标系统中的坐标转换成测试对象的测试对象坐标系统中的坐标；以及(f)确定第二组坐标，第二组坐标表示在局部定位系统的坐标系统中的测试对象的表面上的目标位置，其中步骤(a)包括使用转换矩阵将第二组坐标转换成第一组坐标。根据另一些实施例，在前述段落中描述的方法可进一步包括：(d)将位置传感器附接到无损检测仪器；以及(e)将无损检测仪器移动到位置传感器与目标位置对齐的方位处，其中步骤(a)包括，在位置传感器与目标位置对齐的同时，基于位置传感器的输出计算第一组坐标。
用于生成或检索校准文件的结构数据可包括关于在包含目标位置的区域处或中的测试对象的以下结构特征中的一个或更多个的信息：物理尺寸、材料特性、紧固件方位、结构异常、针对测试对象的变动或修补、平均油漆厚度、隐藏的纵梁、电磁效应(EME)保护层和可在一般检验中不予考虑的其他特征。
以下详细公开的主题的另一方面为用于自动校准无损检测仪器的方法，其包括：(a)确定在测试对象的测试对象坐标系统中的第一组坐标，第一坐标表示测试对象表面上的目标位置；(b)获取结构数据，结构数据表示测试对象在包含目标位置的区域中的三维结构；(c)生成包含校准数据的校准文件，校准数据为在步骤(b)中获取的结构数据的函数；以及(d)使用校准文件中的校准数据校准无损检测仪器。该方法可进一步包括：(e)相对于测试对象确定局部定位系统的方位；(f)生成转换矩阵，用于将局部定位系统的局部定位系统坐标系统中的坐标转换成测试对象的测试对象坐标系统中的坐标；以及(g)确定第二组坐标，第二组坐标表示在局部定位系统的坐标系统中的测试对象的表面上的目标位置，其中步骤(a)包括使用转换矩阵将第二组坐标转换成第一组坐标。
以下详细公开的主题的进一步的方面为用于自动校准无损检测仪器的方法，其包括：相对于测试对象的测试对象坐标系统确定局部定位系统的局部定位系统坐标系统的方位；相对于局部定位系统坐标系统确定测试对象上的特征的方位；将局部定位系统坐标系统中的特征的方位转变成测试对象坐标系统中的特征的方位；基于测试对象坐标系统中的特征的方位从数据库检索结构数据，结构数据表示在包含特征方位的区域中的测试对象的结构；将校准文件存储在无损检测仪器的存储器中，校准文件包含为检索的结构数据的函数的数据；以及使用在存储的校准文件中的数据校准无损检测仪器。该方法可进一步包括生成校准文件或者从数据库检索校准文件。
另一方面为包括无损检测仪器和计算机系统的系统，计算机系统经编程以执行以下操：(a)确定在测试对象的测试对象坐标系统中的一组坐标，所述坐标表示在测试对象表面上的目标位置；(b)获取结构数据，结构数据表示在包含目标位置的区域中的测试对象的三维结构；(c)基于目标位置和结构数据生成校准文件；(d)将校准文件存储在存储器中，校准文件包含校准数据，校准数据为结构数据的函数；以及(e)使用校准文件中的校准数据校准无损检测仪器。
以下公开并且要求了用于校准NDT仪器的自动化方法的其他方面。
附图说明
在前述部分中讨论的特征、功能和优点能够独立地在各个实施例中实现，或者可在其他实施例中进行组合。在下文将参考附图描述各个实施例，其中附图说明了上述方面和其他方面中的至少一些。
图1为描绘具有超声换能器的NDT仪器的图表，超声换能器声学上联接到待检验的层压结构。
图2为由图1描绘的超声换能器所生成的回波轮廓的曲线图。
图3为表示加载有待检验零件的CAD模型的NDT仪器的前视图的图表。
图4为标识根据替代性实施例的涉及手动方位选择的用于校准NDT仪器的方法步骤的流程图。
图5为标识根据替代性实施例的涉及自动方位确定的用于校准NDT仪器的方法步骤的流程图。
图6为表示局部定位系统的等距视图的图表，局部定位系统在飞机表面上的方位引导光束。
图7为标识用于使用基于表示待检验零件的3-D模型数据进行校准的NDT仪器执行检验的方法步骤的流程图。
图8为标识方法50的步骤的流程图，方法50用于基于测试对象表面上的目标位置和从服务器检索的相关联的结构数据生成校准文件，其中目标位置使用局部定位系统确定。
具体实施方式
现在将仅出于说明的目的参考超声NDT仪器描述各种自动校准方法。这些方法的技术优点包括，提供用于校准NDT仪器的自动方法，该方法不要求经训练的NDT检验员存在于检验现场，并且可减少校准设备所花费的时间。应当理解，其他类型的NDT仪器能够以类似的方式进行自动校准。现在将详细描述一类超声NDT仪器，从而为本文公开的有关校准的改进提供上下文和术语。
图1说明一类NDT仪器的一些部件。该NDT仪器包括超声换能器装置302和电子装置304，该电子装置304具有壳体308、显示器350、电源开关356以及隐藏的校准激活器370。显示器350包括用于指示器械没有检测到检验结构内的损伤的第一指示器352和用于指示损伤可存在的第二指示器354。超声换能器装置302包括超声换能器330和超声联接元件332，超声联接元件332附接到超声换能器330并且在检验时被设置在超声换能器330与示例性层压结构100的表面102之间。激活器组件362附接到超声换能器装置302。
在检验程序期间，超声换能器装置302通常压靠层压结构100的表面102，并且第一指示器352和第二指示器354中的一个自动激活，以相应指示层压结构100有可能处于良好状态或者有可能受损。在脉冲-回波模式中，超声换能器330发送超声脉冲到被检验结构中，并且然后当超声回波信号从该结构返回时生成电信号。行进通过结构的输出超声脉冲趋于从表面、边缘和其他间断点诸如结构中的损伤反射。返回的超声回波信号能够包括多个时间分布式返回脉冲。返回的超声回波信号在本文中被称为“回波轮廓”。典型的回波轮廓包括从预期的表面和边缘反射的返回脉冲和从应当进行调查和修补的损伤反射的返回脉冲。由超声换能器330生成的电信号传送对应回波轮廓内的返回脉冲的幅度和到达时间的幅度和时间数据。电子装置304激活超声换能器330以便借助于一条或更多条传导电缆306发送输出超声脉冲并且接收由超声换能器330生成的信号。
图1所示的超声换能器装置302将一个或更多个超声脉冲发射到层压结构100中并且检测到图2所示的回声轮廓110。在图2所描绘的情境中，超声换能器330沿表面102设置在底层结构中无瑕疵存在的方位处。因此，由超声NDT仪器检测到的回波轮廓110指示无缺陷结构。
图1描绘的层压结构100能够为许多不同类型结构的一部分，诸如见于飞机、汽车和其他交通工具的那些结构，或者能够得益于轻质但坚固材料的任何其他结构。层压结构100具有前表面102和后表面104，并且由多个单独的层压板106组成。层压板通过粘结材料被结合在一起。在正常使用的过程中，层压材料经受意外损伤。在一些情况下，所造成的损伤是小的，而在另一些情况下，损伤可能是中度至严重的。例如，图1中的层压结构100被描绘成受到轻微损伤，以致于在撞击部位108处的明显可见的标记仅是表面的，而并未威胁到结构的完整性。
图2所示的电波形110表示正如在仪器诸如示波器(未在图1和图2中示出)上以图形方式显示的由超声换能器330生成的电信号。具有各种幅度的电波动在“时间”轴线上方竖直地升高，使得早前的波动事件在左侧示出，并且通过从左到右考虑波形来表示随后的事件。因此，图2所描绘的电信号112由超声换能器330在电信号114之前生成。尽管成组的电信号112和114由高频振荡组成，但它们在下文中将被称为“脉冲”。此外，电波形110旨在表示从超声检验结构的特征回波的多个时序性超声返回脉冲。因此，电波形110在下文中将被称为“回波轮廓110”，而电信号112和114在下文中将被称为“返回脉冲112和114”。回波轮廓110包括当由超声换能器330通过联接元件332朝向结构发送输出的超声脉冲之后作为回波的从层压结构100的前表面102返回的返回脉冲112。回波轮廓110还包括作为回波从后表面104类似地返回的返回脉冲114。输出脉冲在本文并未作为回波轮廓的一部分加以说明，但应当理解，输出脉冲有时在图2中的前表面返回脉冲之前已经发生。声学联接元件332在超声换能器330与被询问的层压结构100之间提供干式联接，并且用作延迟线，因为其根据声学联接元件332的长度并根据超声波在声学联接元件332内传播的速度加强了在超声换能器330处的输出脉冲与返回脉冲之间的延迟时间。如果超声换能器330联接到表面而无延迟线，则来自表面的返回脉冲在时间上紧随输出脉冲之后。在此情况下，输出脉冲和前表面返回脉冲就难以被分别区分并图释。然而，图1所描绘的超声联接元件332将超声换能器330与层压结构100的前表面102隔开。因此，前表面返回脉冲112的飞行时间(TOF)至少包括输出脉冲从超声换能器330传播到声学联接元件332的接触面并且回到超声换能器330的时间。因此，在图2所描绘的时间范围之前，输出脉冲已经发生。应当理解，在本文中，返回脉冲的TOF通常限定为在换能器的输出脉冲发送时间与换能器的返回脉冲接收时间之间流逝的时间。因此，图2的“时间”轴线能够被认为是相对TOF轴线的一部分，其中正如由输出脉冲的时间所限定的轴线的原点未示出。
仍然参考图2，回波轮廓的时间门部分116(由水平双箭头指示)被设置在门开始时间118与门关闭时间120(由竖直线指示)之间。开始时间和关闭时间根据以下更详细讨论的校准程序被预先确定。超声波趋于从结构间断点回波，所述结构间断点诸如包括分层、裂纹、空隙和污染物的表面和瑕疵。在图2中，回波轮廓110的时间门部分116无明显返回脉冲，因为在图1所描绘的层压结构100中不存在此类瑕疵。更具体地，在超声换能器装置302下方的层压结构100的部分中不存在此类瑕疵。为使超声NDT仪器从无意义的噪音和微小波动124区分出辨别结构瑕疵的明显返回脉冲，还可根据以下描述的校准程序预先确定或确立阈值122(由水平虚线指示)。在图2中，在回波轮廓110的时间门部分116内没有幅度超过阈值122的返回脉冲。根据图1所描绘的电子装置304的配置和校准，指示器352自动激活，以指示超声换能器装置320还未检测到损伤，尽管存在微小波动124。相反，在时间门116内存在幅度超过阈值122的返回脉冲时的情况下，图1中的指示器354激活，以警告操作者在层压结构100中很可能存在隐藏的损伤。
时间门开始时间118和关闭时间120通过选择紧跟前表面返回脉冲和后表面返回脉冲以及在前表面返回脉冲和后表面返回脉冲之前进行确立。针对图1所描绘的超声NDT仪器的这种配置的选择用于在回波轮廓110内检测接收自前表面与后表面之间的返回脉冲。然而，深度与在输出脉冲的发出与返回脉冲的接收之间测量的飞行时间(TOF)相关联。一旦时间门确立，则时间门内的关于所确立阈值的相对静止和相对返回脉冲活动分别引起指示器352和354的自动激活。在不考虑前表面返回脉冲和后表面返回脉冲的持续存在的情况下，这是真的。因此，从更普遍的意义来说，开始时间和关闭时间能够被确立成使得超声NDT仪器通知操作者来自任何所选择的深度范围的返回脉冲的很可能存在或不存在。通过确立或预先确定对应第一深度的门开始时间和对应第二深度的门关闭时间，能够选择在第一深度与第二深度之间限定的任何期望的深度范围用于检验。
图1所描绘的超声NDT仪器能够通过非常精确的定时回波测量厚度、深度或距离。为将这些时间测量值转换成距离测量值，使用层压结构(或其他测试材料)中的声音速度以及任何必要的零点偏移来校准NDT仪器。该过程通常被称为速率/零校准。超声厚度、深度或距离测量值的精确度取决于校准的精确度。针对不同材料和换能器的校准能够被存储和检索。
在典型的速率校准中，超声NDT仪器测量测试材料的参考样品中的声音速度，并且然后将该值存储起来用于根据测量的时间间隔计算厚度。在典型的零校准中，超声NDT仪器测量已知厚度的材料样品，并且然后计算零点偏移值，零点偏移值补偿表示除测试材料中的实际声音路径以外的因素的总脉冲传导时间的一部分。
例如，在用于校准超声NDT仪器的典型程序中，执行以下步骤。如果设备包括X-Y扫描仪，则设定检验距离增量。然后，将脉冲发生器频率设定到换能器的频率。如果接收器的频率能够被调节，则将其设定到宽波段。然后，设定材料速率。如果探针为线性阵列，则做出以下调整：设定焦点距离；设定击发元件数目；将第一元件设定到1，并且将最后的元件设定成阵列中的元件的数目；以及确保线性阵列具有来自所有元件的恒定的后表面信号。然后，将A型扫描的画面范围设定到不小于检验区域中的最大结构厚度。接下来，在A型扫描显示器上做出三个门。这三个门为界面(即，前表面)门、监测深度(飞行时间)的第二门以及监测后表面信号高度的第三门。然后，可使用参考标准来设定时间补偿增益(TCG)。通常，TCG针对80％(±10％)全屏高度的后表面信号进行调整。即使是对于熟练的NDT检验员而言，这种典型的校准过程仍会花费过多的时间来执行。
提供用于校准NDT仪器的自动方法可以是有利的，该自动方法不要求经训练的NDT检验员出现在检验现场，并且可减少校准设备所花费的时间。以下相当详细地描述了自动方法的说明性实施例。然而，在本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。本领域的技术人员将认识到，在任何此类实际实施例的发展中，可做出许多实施方式专用的决定以实现将从一个实施方式到另一个实施方式变化的开发者的特定目标，诸如遵从与系统相关的约束。此外，应当理解，此类发展的努力可以是复杂且耗时的，但仍然是从本公开获益的本领域普通技术人员的例行程序。
自动校准方法能够牵涉，例如确立超声脉冲在检验材料中的传播速度以便使TOF测量值与材料深度关联，以及选择用于A型扫描窗口、B型扫描窗口和C型扫描窗口的时间和深度轴线范围以及时间门设置。深度源自在进入结构中的超声脉冲的发出与回波脉冲的返回之间测量的飞行时间(TOF)。如果针对具体检验材料已知超声脉冲传播速度，则能够朝向根据每个回波脉冲的TOF的具体线性深度尺寸，校准扫描窗口的竖直轴线。
本文公开的方法通过使用三维(3-D)数据使NDT器械的校准自动化，其中所述三维数据表示待检验的结构的3-D模型。通过使校准基于CAD模型，可将更多的数据拉入针对特定方位的检验。CAD模型数据(即，在本文也被称为“结构数据”)可包括关于在包含目标位置的区域处或在该区域中的测试对象的以下结构特征中的一个或更多个的信息：物理尺寸、材料特性、紧固件方位、结构异常、针对测试对象的变动或修补、平均油漆厚度、隐藏的纵梁、EME保护层和在一般检验中可不予考虑的其他特征。
根据一些实施例，NDT仪器加载有待检验的零件或待检验的零件的一部分的CAD模型。图3所描绘的NDT仪器2包括壳体4、显示屏6、探针8和电缆10，电缆10将探针8连接到被布置在壳体4内部的处理器或计算机(未示出)。由筒状飞机机身节段的CAD模型产生的图像12呈现在显示屏6上。加载到NDT仪器2内部的存储器中的3-D模型数据包括被检验的零件的相关厚度和材料数据，这些信息(连同如上所述的其他相关信息)能够用来自动校准NDT仪器。更具体地，检验员能够在由图3中的光标14所指示的位置处点击显示屏6上的像素。响应该选择，将从包含CAD模型的文件中检索待检验机身节段表面上的对应区域的相关厚度和材料数据。然后，能够自动创建或检索适当的校准文件，并且将该校准文件加载到NDT仪器2中。
图4为标识根据一些实施例的用于校准NDT仪器2的方法20的步骤的流程图，其中该方法涉及手动方位选择。在检验程序之前，检验员将包含待检验零件/区域的3-D模型的CAD文件加载到NDT仪器中(步骤22)。表示待检验结构的3-D模型的图像在显示屏上显示为图形用户界面。然后，通过在图3中的光标14所指示的对应方位处点击3-D模型的图像12，检验员手动选择目标位置(步骤24)。上述在NDT仪器2内部的处理器或计算机使用软件进行编程，该软件将从CAD文件拉取所选择方位的厚度和其他材料数据，并且：(a)在运行中基于3-D模型数据生成校准文件(步骤26)；或者(b)从校准文件服务器拉取校准文件(步骤28)。NDT仪器能够借助于网络(例如，互联网)与校准文件服务器进行通信。通过单独的计算机使用软件和3-D模型数据来创建校准文件并且将校准文件传输到NDT仪器也是可能的。
根据另一些实施例，局部定位系统(又称激光追踪器)能够被用于在以飞机为中心的坐标系统中自动确定检验部位的位置，并且然后基于检验部位的飞机坐标自动校准NDT仪器。图5为标识用于校准NDT仪器的方法30的步骤的流程图，该方法涉及使用以下参考图6详细描述的一类局部定位系统(LPS)进行自动方位确定。在检验程序之前，检验员调试LPS，使得飞机上的检验部位在LPS的相机的视野内(步骤31)。然后，检验员使用LPS确定LPS相对于飞机的方位(即，位置和取向)(步骤32)。然后，检验员引导LPS的激光测距仪，使得激光束撞击在飞机表面上的检验部位上。(替代性地，可使用具有图像处理软件的计算机来检测飞机表面上的损伤，并且然后自动引导LPS，使得激光束撞击在损伤部位上。)基于从激光测距仪到检验部位的测量距离，LPS的计算机能够确定飞机上的检验部位在飞机坐标中的位置(步骤34)。该信息能够被发送至CAD数据库服务器，该CAD数据库服务器经编程以检索包含关于在检验部位所在位置中的结构的数据的CAD文件。(在NDT仪器2内部或不在其内部的)处理器或计算机能够使用软件进行编程，该软件将从CAD文件拉取所选择方位的厚度和其他材料数据，并且：(a)在运行中基于3-D模型数据生成校准文件(步骤36)；或者(b)从校准文件服务器拉取校准文件(步骤38)。在这个段落中提到的所有计算机能够借助于网络(例如，互联网)互连，以形成计算机系统。在通过单独的计算机使用软件和3-D模型数据创建校准文件的情况下，该单独的计算机将校准文件传输到NDT仪器。
根据一些实施例，用于使用局部定位系统自动校准NDT仪器2的方法包括：相对于测试对象的测试对象坐标系统确定局部定位系统的局部定位系统坐标系统的方位；相对于局部定位系统坐标系统确定测试对象上的特征的方位；将特征在局部定位系统坐标系统中的方位转变成特征在测试对象坐标系统中的方位；基于特征在测试对象坐标系统中的方位从数据库检索结构数据，结构数据表示测试对象在包含特征方位的区域中的结构；将校准文件存储在NDT仪器2的存储器中，校准文件包含数据，该数据为检索的结构数据的函数；以及使用在存储的校准文件中的数据校准NDT仪器2。
图6描绘了局部定位系统的一个示例，该系统能够确定在测试对象614(在该示例中为飞机)的表面612上的关注点610的位置。该局部定位系统包括具有瞄准点轴线620和仪器坐标系统的指向仪器618。在图6中，瞄准点轴线620由虚线表示，该虚线从摄影机644的镜头延伸并且相交于测试对象614的表面612上的关注点610。在图6所示的实施例中，指向仪器618包括由三脚架653支撑的平移-倾斜(云台，pan-tilt)单元652。仪器坐标系统可以为三脚架653(或平移-倾斜单元附接其上的其他平台)的固定坐标系统。测试对象614具有与仪器坐标系统不同的其自身的坐标系统。
指向仪器618进一步包括装备有激光测距仪638的摄影机644。摄影机644被安装在平移-倾斜单元652上，以允许摄影机644和激光测距仪638进行平移和倾斜的转动。指向仪器618可通过计算机632(例如，个人计算机)进行操作。计算机632接收来自操纵杆输入装置654的信号，并且发送信号到显示监视器656。在一个修改中，计算机632经编程以通过操纵杆输入装置654控制平移-倾斜单元652，从而在显示监视器656上显示摄影机644的视野，在显示器上叠加瞄准点轴线620的表示658(诸如，十字线的中心)，并且当操纵杆输入装置654的用户将监视器656上的瞄准点轴线620的表示658与关注点610对齐并且向计算机632指示此对齐时测量平移和倾斜角度(以及校准矩阵的距离)。当摄影机644瞄准关注点610时，能够由方位角和仰角以及十字线标记的中心在光场中的位置确定描述瞄准点轴线620相对于仪器坐标系统的取向的方向向量。
摄影机644和平移-倾斜机构652可根据存储在计算机存储器630中的编制程序进行操作。计算机632通过视频/控制缆线642与摄影机644和平移-倾斜机构652进行通信。替代性地，计算机632可通过无线通信路径(未示出)与摄影机644和平移-倾斜机构652进行通信。平移-倾斜机构652的控制，并且因此摄影机644的取向可使用计算机632的键盘、鼠标(未示出)、追踪球(未示出)或其他的输入装置进行控制。
另外，将三维定位软件加载到计算机632的计算机存储器630中。例如，三维定位软件可以是使用测试对象614的表面612上的多个校准点624、626和628来限定摄影机644相对于测试对象614的方位(位置和取向)的一类定位软件。在一些应用中，三维定位软件可利用测试对象614的表面612上的最少三个校准点624、626和628与来自平移-倾斜机构652的平移和倾斜数据结合来限定摄影机644关于测试对象614的局部坐标系统的相对位置和取向。正如由特征位置的三维模型数据库(例如，CAD模型)或其他测量技术所确定的，校准点可以为在测试对象614的局部坐标系统中的已知位置的可见特征。校准点可与来自平移-倾斜机构652的方位角和仰角协调以用来解决相对于测试对象614的相机位置和取向。更具体地，加载到计算机632上的三维定位软件能够确定摄影机644关于测试对象614的位置和取向，并且生成相机姿态转换矩阵。
根据一种示例性方法，当瞄准点轴线620依次与测试对象614的表面612上的三个校准点624、626和628中的每个对齐时，测量瞄准点轴线620关于仪器坐标系统的取向，其中三个校准点624、626和628在测试对象坐标系统中的位置已知。该方法还包括测量基本上沿瞄准点轴线620从仪器618到三个校准点624、626和628中的每个的距离(即，范围/射程，range)。然后，至少使用对应这三个校准点624、626和628的在仪器坐标系统中的测量取向和距离以及这三个校准点624、626和628在测试对象坐标系统中的已知位置计算校准矩阵，该校准矩阵将在仪器坐标系统中限定的位置转换成在测试对象坐标系统中限定的位置。这些已知位置的坐标被包括在表示被检验的结构的CAD模型数据中。
一旦摄影机644关于测试对象614的位置和取向已经被确定，则计算机632可操作用来将摄影机644的光学图像场旋转并缩放到测试对象614的表面612上的未知位置的期望关注点610，该未知位置可以为例如飞机表面上的目标位置。在方向向量620的该位置处，可记录摄影机644的取向(其可包括摄影机644沿方位轴线和仰角轴线的相应角度)。相机平移数据(摄影机644围绕方位轴线的旋转角)和倾斜数据(摄影机644关于仰角轴线的旋转角度)可与摄影机644的计算位置和取向结合使用，以确定任何关注点在测试对象614的坐标系统中的(X，Y，Z)位置(诸如在飞机蒙皮上的目标位置)。关注点610的表面位置可由CAD模型数据库中的三维数据确定。
CAD模型数据库还包括关于在围绕关注点610的区域中的测试对象614的表面612底层的结构的信息，所述信息能够被用于自动校准将用于检验该区域的NDT仪器。
根据替代性实施例，使用安装在NDT仪器的检验头(即探针)上的位置传感器(诸如，惯性传感器、局部GPS传感器、超声传感器、光学传感器或磁性传感器)可自动确定检验部位在飞机坐标中的位置。位置传感器能够相对于飞机上的两个或三个“金色铆钉”或参考位置成三角形。那些物理参考点(铆钉、角落、接口等)在飞机坐标系统中可已知。这可是比LPS更加复杂的装置，但可以为确定飞机上的关注区域(即，待检验的部位)在飞机坐标中的位置的另一种方式。
根据一些实施例，用于使用位置传感器自动校准NDT仪器2的方法包括：将位置传感器附接到NDT仪器2；移动NDT仪器直到位置传感器与测试对象表面上的目标位置对齐；在位置传感器与目标位置对齐的同时，基于位置传感器的输出，计算目标位置在测试对象的测试对象坐标系统中的一组坐标；将校准文件存储在NDT仪器2的存储器中，校准文件包含校准数据，校准数据为表示在包含目标位置的区域中的测试对象的三维结构的结构数据的函数；以及使用校准文件中的校准数据校准NDT仪器2。
CAD模型包含关于在检验部位的区域中的飞机结构的数据，其包括关于以下各项中的一个或更多个的信息：(a)材料类型(平均衰减量，其将通过许多复合标准的有关测试来确定)；(b)材料厚度；(c)底层结构(能够被显示在检验仪器上以帮助限制奇信号)；(d)密封剂的存在(增益能够调节成考虑减少的后壁信号)；(e)EME层的存在；(f)平均油漆厚度；(g)紧固件方位(如果奇信号直接位于紧固件上方，则能够关于奇信号警告用户)；以及(h)在检验区域中的修补的存在(如果航空公司或其他用户已经保持CAD文件为最新)。此CAD模型数据能够用于生成该结构的校准文件，并且提供给检验员做出关于检验的明智决定的情景感知。
所描述的自动校准方法可被并入用于制造的零件(诸如飞机)的一部分的无损检验的方法中。图7为标识方法40的步骤的流程图，方法40用于使用NDT仪器执行检验，NDT仪器基于表示待检验零件或其一部分的3-D模型数据进行校准。首先，通过处理器或计算机获取待检验结构的CAD数据(步骤42)。然后，基于该CAD数据自动创建或选择校准文件(步骤44)。然后，将该校准文件和待检验底层结构的相关图形部分(即，显示数据)加载到NDT仪器2中(步骤46)。现在，检验员准备使用校准过的NDT仪器2执行检验(步骤48)。
图8为标识方法50的步骤的流程图，方法50用于使用局部定位系统生成校准文件。首先，使用局部定位系统确定目标位置(即，测试对象表面上的位置，在该位置处底层结构待检验)(步骤52)。然后，从CAD模型数据库服务器拉取与该目标位置相关联的结构数据(步骤54)。在图8中，从方框54到方框52的返回箭头指示高级实施例的特征，其会允许在探针在被检验零件上运动时实时更新目标位置和校准，其中该特征考虑了厚度、材料等的变化。简化的实施例可涉及归于飞机上的某些区域的预制程序，然后，基于在检验开始时的初始目标位置加载所述预制程序。
仍然参考图8，可以看到，结构数据能够被用于执行基本校准或高级校准(其可包括基本校准和附加校准)。在基本校准中，基于相关结构数据选择校准参数，诸如材料、零件厚度、涂层厚度、探针频率和延迟线(步骤54)。材料类型根据材料速率表格设定声音速率设置(步骤56)。零件厚度确定画面范围(步骤58)。涂层厚度和延迟线确定画面延迟(步骤60)。另外，增益能够被调节成考虑到后壁信号(步骤62)。
根据高级校准方法，能够通过使用用于处理结构数据的校准软件编程的计算机来确定附加校准参数，诸如聚焦法则、门控、距离-幅度校正(DAC)和时间补偿增益(TCG)(步骤64)。[在其最简单的形式中，DAC为超声机器屏上的图画，该图画考虑到声音在声音路径上的损失。TCG为DAC曲线的校正，通过自动调节增益该校正使曲线成为直线，使得使用NDT仪器屏上的相同屏幕水平，在不同声音路径(即不同深度)上的相同大小的缺陷视觉出现。]任选地，对于更加高级的校准操作而言，能够自动生成参考标准提示(步骤66)。在此时可自动向检验员提示参考标准和给定指令。
最后，根据规定的格式将所有校准参数加以组织，以完成校准文件(步骤68)。然后，该校准文件用于校准NDT仪器2。
CAD模型数据的使用实现了通常需要经训练的NDT检验员的过程的自动化。因此，其从校准过程中消除了一定程度的人为误差。通过不需要经训练的NDT检验员来执行每次和所有检验，这缩减了训练成本并且减少了检验时间。将结构细节放在检验员前面允许做出关于检验的更明智的决定。
虽然已经参考各个实施例描述了器械和方法，但本领域的技术人员应当理解，在未背离本文教导的情况下，可做出各种改变，并且等效物可替代其元件。另外，可做出许多修改以使本文公开的概念和实施方式适合具体的情形。因此，由权利要求覆盖的主题并非旨在限制到所公开的实施例。
如在权利要求中所用，术语“计算机系统”应广泛地解释为包含具有至少一个计算机或处理器的系统，并且其可具有通过网络或总线进行通信的多个计算机或处理器。如在前述句子中所用，术语“计算机”和“处理器”均是指包括至少一个处理单元(例如，中央处理单元、集成电路或算术逻辑单元)的装置。
如在权利要求中所用，术语“方位”包括在三维坐标系统中的位置和相对于该坐标系统的取向。
进一步地，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种用于自动校准无损检测仪器的方法，其包括：
(a)确定在所述测试对象的测试对象坐标系统中的第一组坐标，所述第一坐标表示所述测试对象的表面上的目标位置；
(b)将校准文件存储在所述无损检测仪器的存储器中，所述校准文件包含校准数据，所述校准数据为结构数据的函数，所述结构数据表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构；以及
(c)使用所述校准文件中的所述校准数据校准所述无损测试仪器。
条款2.根据条款1所述的方法，其进一步包括使用所述校准过的无损检测仪器询问所述目标位置。
条款3.根据条款1至2中的任一项所述的方法，其进一步包括：
获取表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构的结构数据；以及
基于所述目标位置和所述结构数据生成所述校准文件。
条款4.根据条款1至3中的任一项所述的方法，其进一步包括：
获取表示所述测试对象的三维结构的结构数据；以及
在所述无损检测仪器的显示屏上显示所述结构数据的图形表示，
其中步骤(a)包括与所述显示屏交互，以在所述显示屏上选择对应所述测试对象的所述表面上的所述目标位置的方位。
条款5.根据条款4所述的方法，其进一步包括基于所述目标位置和所述结构数据生成所述校准文件。
条款6.根据条款5所述的方法，其中所述校准文件由所述无损检测仪器生成。
条款7.根据条款5至6中的任一项所述的方法，其中所述校准文件由计算机系统生成，所述方法进一步包括将所述校准文件发送到所述无损检测仪器。
条款8.根据条款4至7中的任一项所述的方法，其进一步包括：
将对校准文件的请求发送到校准数据库服务器，所述对校准文件的请求基于所述目标位置和所述结构数据；以及
响应所述请求的发送，接收来自所述校准数据库服务器的所述校准文件。
条款9.根据条款1至8中的任一项所述的方法，其进一步包括：
(d)相对于所述测试对象确定局部定位系统的方位；
(e)生成转换矩阵，用于将在所述局部定位系统的局部定位系统坐标系统中的坐标转换成在所述测试对象的所述测试对象坐标系统中的坐标；以及
(f)确定第二组坐标，所述第二组坐标表示在所述局部定位系统的所述坐标系统中的所述测试对象的所述表面上的所述目标位置，
其中步骤(a)包括使用所述转换矩阵将所述第二组坐标转换成所述第一组坐标。
条款10.根据条款1至8中的任一项所述的方法，其进一步包括：
(d)将位置传感器附接到所述无损检测仪器；以及
(e)将所述无损检测仪器移动到所述位置传感器与所述目标位置对齐的方位处，
其中步骤(a)包括，在所述位置传感器与所述目标位置对齐的同时，基于所述位置传感器的输出计算所述第一组坐标。
条款11.根据条款1至10中的任一项所述的方法，其中所述结构数据包括关于在包含所述目标位置的所述区域处或所述区域中的所述测试对象的以下结构特征中的一个或更多个的信息：物理尺寸、材料特性、紧固件方位、结构异常、平均油漆厚度、隐藏的纵梁以及电磁效应保护层。
条款12.根据条款1至11中的任一项所述的方法，其中所述结构数据包括表征针对在包含所述目标位置的所述区域中的所述测试对象的变动或修补的数据。
条款13.一种用于自动校准无损检测仪器的方法，其包括：
(a)确定在所述测试对象的测试对象坐标系统中的第一组坐标，所述第一坐标表示所述测试对象的表面上的目标位置；
(b)获取结构数据，所述结构数据表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构；
(c)生成包含校准数据的校准文件，所述校准数据为在步骤(b)中获取的所述结构数据的函数；以及
(d)使用所述校准文件中的所述校准数据校准所述无损检测仪器。
条款14.根据条款13所述的方法，其进一步包括，使用所述校准过的无损检测仪器询问所述目标位置。
条款15.根据条款13至14中的任一项所述的方法，其进一步包括：
(e)相对于所述测试对象确定局部定位系统的方位；
(f)生成转换矩阵，用于将所述局部定位系统的局部定位系统坐标系统中的坐标转换成所述测试对象的所述测试对象坐标系统中的坐标；以及
(g)确定第二组坐标，所述第二组坐标表示在所述局部定位系统的所述坐标系统中的所述测试对象的所述表面上的所述目标位置，
其中步骤(a)包括使用所述转换矩阵将所述第二组坐标转换成所述第一组坐标。
条款16.根据条款13至15中的任一项所述的方法，其中所述结构数据包括关于在包含所述目标位置的所述区域处或所述区域中的所述测试对象的以下结构特征中的一个或更多个的信息：物理尺寸、材料特性、紧固件方位、结构异常、平均油漆厚度、隐藏的纵梁以及电磁效应保护层。
条款17.根据条款13至16中的任一项所述的方法，其中所述结构数据包括表征针对在包含所述目标位置的所述区域中的所述测试对象的变动或修补的数据。
条款18.一种用于自动校准无损检测仪器的方法，其包括：
相对于测试对象的测试对象坐标系统确定局部定位系统的局部定位系统坐标系统的方位；
相对于所述局部定位系统坐标系统确定所述测试对象上的特征的方位；
将所述局部定位系统坐标系统中的所述特征的所述方位转变成所述测试对象坐标系统中的所述特征的方位；
基于所述测试对象坐标系统中的所述特征的所述方位，从数据库检索结构数据，所述结构数据表示在包含所述特征的所述方位的区域中的所述测试对象的结构；
将校准文件存储在所述无损检测仪器的存储器中，所述校准文件包含为所述检索的结构数据的函数的数据；以及
使用在所述存储的校准文件中的数据校准所述无损检测仪器。
条款19.根据条款18所述的方法，其进一步包括生成所述校准文件。
条款20.根据条款18至19中的任一项所述的方法，其进一步包括检索所述校准文件。
条款21.一种包括无损检测仪器和计算机系统的系统，所述计算机系统经编程以执行以下操作：
(a)确定在所述测试对象的测试对象坐标系统中的一组坐标，所述坐标表示在所述测试对象的表面上的目标位置；
(b)获取结构数据，所述结构数据表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构；
(c)基于所述目标位置和所述结构数据生成校准文件；
(d)将所述校准文件存储在存储器中，所述校准文件包含校准数据，所述校准数据为所述结构数据的函数；以及
(e)使用所述校准文件中的所述校准数据校准所述无损检测仪器。
在下文中阐述的方法权利要求不应被解释成要求在其中列举的步骤按字母顺序(在权利要求中的任何字母排序仅用于参考先前列举的步骤的目的)或按在其中对它们进行描述的顺序执行。它们也不应被解释成排除同时执行或交替执行的两个或更多个步骤的任何部分。

Claims (10)

1.一种用于使用系统来自动校准的方法，该系统包括适于无损检测制造的零件的一部分的无损检测仪器，
该方法包括：
(a)确定在测试对象的测试对象坐标系统中的第一组坐标，所述第一组坐标表示所述测试对象的表面上的目标位置；
(b)将校准文件存储在所述无损检测仪器的存储器中，所述校准文件包含校准数据，所述校准数据为结构数据的函数，所述结构数据表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构，并且所述结构数据包括关于厚度的信息；以及
(c)使用所述校准文件中的所述校准数据校准所述无损检测仪器。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用所述校准过的无损检测仪器询问所述目标位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
获取表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构的结构数据；以及
基于所述目标位置和所述结构数据生成所述校准文件。
4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：
获取表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构的结构数据；以及
基于所述目标位置和所述结构数据生成所述校准文件。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其进一步包括：
获取表示所述测试对象的三维结构的结构数据；以及
在所述无损检测仪器的显示屏(6)上显示所述结构数据的图形表示，
其中步骤(a)包括与所述显示屏(6)交互，以在所述显示屏上选择对应所述测试对象的所述表面上的所述目标位置的方位。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括基于所述目标位置和所述结构数据生成所述校准文件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述校准文件由所述无损检测仪器生成。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述校准文件由计算机系统生成，所述方法进一步包括将所述校准文件发送到所述无损检测仪器。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述校准文件由计算机系统生成，所述方法进一步包括将所述校准文件发送到所述无损检测仪器。
10.一种用于自动校准的系统，其包括适于无损检测制造的零件的一部分的无损检测仪器、局部定位系统或位置传感器和计算机系统，所述计算机系统经编程以执行以下操作：
(a)确定在测试对象的测试对象坐标系统中的一组坐标，所述坐标表示在所述测试对象的表面上的目标位置；
(b)获取表示在包含所述目标位置的区域中的所述测试对象的三维结构的结构数据；
(c)基于所述目标位置和所述结构数据生成校准文件；
(d)将所述校准文件存储在所述无损检测仪器的存储器中，所述校准文件包含校准数据，所述校准数据为所述结构数据的函数，该结构数据表示在包含所述测试对象的区域中的所述测试对象的三维结构，并且所述结构数据包括关于厚度的信息；以及
(e)使用所述校准文件中的所述校准数据校准所述无损检测仪器。
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