CN106404897A - 用于在线杆状管检测的提供恒定提离的探头组件 - Google Patents

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Abstract

用于在线杆状管检测的提供恒定提离的探头组件。公开了一种用于贵重合金的杆的表面的在线探伤的探头携持件。为了实现对被探伤表面的全覆盖，在杆或探头携持件中的任一者平移时杆转动。本发明的探头携持件通过允许探头在自身的重量作用下自由地移动同时限制为仅在杆的径向上运动来确保恒定的探头提离。提离距离由间隔件限定，间隔件由软质材料制成以避免损坏被探伤的表面。尽管间隔件是软的，但其因与转动的杆的摩擦的磨损通过使间隔件和杆之间的压力最小化而最小化。这通过使大部分的机构重量置于两个辊上，并且仅小得多的探头的重量置于间隔件上来实现。

Description

用于在线杆状管检测的提供恒定提离的探头组件
技术领域
本发明涉及使用诸如涡流或超声波探头等的探头用于贵重合金杆中的表面或表面附近瑕疵的在线(in-line)无损检测/无损探伤(NDT/NDI)。
背景技术
术语“在线”是指在生产或完成合金的生产线中发生的连续的NDT/NDI。当最终产品从生产线出现时连续地发生检测，其目的是确保贵重金属的表面光滑没有瑕疵、裂纹或刮痕。待被探伤的杆一般是筒状，筒的轴线长度通常比其直径大很多。下面，与杆的轴线平行的方向将被称为“轴”向，与杆的轴线垂直的方向将被称为“径”向。杆状筒可以包括整体的实心材料，或者杆状筒可以是具有外径和内径的管道或管的形式。通常通过以下来执行检测：将一个或多个探头放置为靠近待被探伤的杆的表面、然后绕杆的轴线快速转动杆与此同时沿轴向平移杆或探头。转动和转移的目的是确保待被检测的表面的所有部分足够靠近一个或多个探头地通过，使得可以以足够的灵敏度检测出瑕疵。
现有技术已熟知使用涡流探头用于表面附近探伤。探头可以是单线圈的形式，或者可以是以不同定向放置以便增强缺陷检测的灵敏度和效率的线圈阵列。由探头检测到的归因于缺陷的信号的幅度是探头和被探伤表面之间的距离的灵敏函数。此距离一般被称为“提离(lift-off)”距离。为了确保相同类型和尺寸的缺陷导致相同的检测信号幅度，一直维持恒定的提离是关键。
在现有技术中相当困难的是，在探头和被探伤表面之间存在快速且连续的相对移动的在线检测的条件下维持恒定的提离。该问题被以下事实加重：被检测的杆经常不是完全圆的和/或杆的转动是偏心的。在任一情况下，维持恒定的提离要求探头的位置在杆转动时需要沿径向快速往返移动。
现有技术的一种解决方案是在探头和表面之间采用间隔件，并且通常利用探头和机构组件的整体重量或者可能借助于一些其他外力对间隔件施加压力。压力确保间隔件一直保持与转动表面密切接触，但是为了顾及杆不是圆形的或转动是偏心的必须允许探头移动。
此现有技术方法存在很多问题。如果间隔件由硬质材料制成，则压力容易通过引起刮痕而损坏被探伤表面。另一方面，如果间隔件由软质材料制成，则软质材料和合金表面之间的高速相对运动将导致软质间隔件的快速磨损。随着间隔件磨损，将改变提离，导致检测错误，直到能够在将中断生产的维修过程期间更换间隔件。
现有技术的解决方案的另一个问题在于探头随着杆转动的运动需要与杆的径向精确地对齐。探头的任何转动或者与杆的表面平行的平移将导致缺陷检测错误。
现有技术的解决方案的再一个问题在于探头携持件被定制为用于特定的杆直径。这意味着探头携持件在每次杆尺寸改变时必须被更换和/或重新调整，这经常是劳动密集型的操作，导致昂贵的对生产的中断。
现有技术的解决方案的再一个问题在于探头携持件经常不允许探头以良好的对齐方式用于杆的末端。这意味着每根杆的端部将具有未被探伤表面质量的区域。
发明内容
本发明的目的在于减轻现有技术的解决方案的问题。本发明是一种探头携持组件，其包括框架，探头携持组件具有两个安装辊和将探头安装于框架的机械连杆。探头携持组件的重量置于辊上，辊与待被探伤的杆的表面接触且以相对于杆的转动反向转动的方式转动。机械连杆仅允许探头在杆的径向上运动，径向被可靠地限定为与通过与杆的表面接触的辊的轴线的平面垂直。探头的紧密地接近(in close proximity to)涡流线圈的基部包括限定提离距离的间隔件。间隔件由软质材料制成，以避免损坏被探伤的表面，但是由于大部分的探头携持组件的重量置于辊上，因此间隔件和被探伤的表面之间存在非常小的压力，从而避免间隔件的过度磨损。间隔件在杆的轴向上长，这增大了间隔件的表面面积，从而进一步减小间隔件和被探伤的表面之间的压力。辊也是在轴向上长，从而能够使探头以良好地对齐的方式用于杆的末端。探头在径向上的允许的运动范围足以允许探伤宽范围的直径的杆，而不需要对探头携持组件做任何调整。探头的运动还用于确保：如果辊直径因磨损而改变，探头提离将不会变化。
本发明的目的在于利用软质材料制成的间隔件维持恒定的提离距离，以避免损坏被探伤的表面。
本发明的另一个目的是使探头携持组件的重量置于两个辊上，仅小得多的探头的重量置于间隔件上，从而间隔件和被探伤的表面之间的减小的压力减小了间隔件的磨损。
本发明的另一个目的是使间隔件在轴向上长，从而增大间隔件的面积，并且间隔件和被探伤的表面之间的压力和间隔件上的磨损均进一步减小。
本发明的另一个目的是借助于机械连杆使探头安装于探头携持组件的框架，机械连杆仅允许探头在杆的径向上自由移动。
本发明的另一个目的是具有以下的探头携持件：在探伤不同直径的杆时不需要调整或更换。
本发明的另一个目的是具有以下的探头携持件：提离与因磨损而导致的辊的任何直径变化相独立。
本发明的另一个目的是具有以下的探头携持件：即使在管道不是圆形或者偏心转动的情况下提离也保持恒定。
本发明的另一个目的是具有以下的探头携持件：允许探伤杆的末端。
附图说明
图1是根据本公开的探头携持件和探头的示意图。
图2A是根据本公开的探头携持件和探头在探伤小直径的杆期间的示意截面图。
图2B是根据本公开的探头携持件和探头在探伤大直径的杆期间的示意截面图。
图3是根据本公开的探头和辊的放大图。
具体实施方式
图1示出根据本公开的探头组件1。探头组件1包括探头22和探头携持组件2。探头携持组件2包括框架10、辊12a和12b以及机械连杆18、18a、20和20a。机械连杆18和18a的一端借助于能自由转动的枢轴关节181和181a(未示出)安装于框架10，机械连杆18和18a的另一端借助于能自由转动的枢轴关节182和182a(未示出)安装于探头22。机械连杆20和20a的一端借助于能自由转动的枢轴关节201和201a(未示出)安装于框架10，机械连杆20和20a的另一端借助于能自由转动的枢轴关节202和202a(未示出)安装于探头22。辊12a和12b一般是筒状的，并且以能够绕各自的轴线自由转动但各轴线与框架10为固定的几何关系的方式安装于框架10。辊12a和12b的外表面与被探伤的杆14的外表面16接触，辊12a和12b以与杆14的转动反向转动的方式自由转动。轴向15被定义为与筒状杆14的轴线一致或平行。
还是参照图1，机械连杆18、18a、20和20a和能自由转动的枢轴关节181、181a、182、182a、201、201a、202和202a被设计成使得探头22能够自由移动，但是该运动被限制为是直线的且与通过两个辊的轴线的平面垂直。在优选实施方式中，探头携持件以辊的轴线在水平面内的方式对齐，在这种情况下探头22的运动被限制为是竖直的。然而，其他定向也是可能的且在本发明的范围内。
在优选实施方式中，探头携持件的整个重量都置于(rest on)辊12a和12b上。由于探头能够竖直地自由移动，因此探头的重量将一直确保探头的基部置于杆14的表面16上。
应该注意的是，本发明的一个重要的新颖的方面是使探头携持组件2的重量与探头22的重量分离开。如后面结合图3更详细说明的，本发明的另一个重要的新颖的方面是探头携持组件的重量置于辊上，而不是探头上，同时仅很少的探头的重量置于决定提离距离的间隔件上。这获得了精确且一致得多的提离距离，并避免了由整个组件的沉重重量引起的检测物体上的刮痕。
本公开的再一个非常重要的新颖的方面是探头组件允许探头在径向上自由运动，从而确保与被探伤的表面的良好接触和整个探伤期间的恒定提离。
继续参照图1，在探伤期间探头组件1和杆14的外表面16之间存在相对运动。杆14可以转动，引起辊12a和12b的反向转动。可选择地，探头组件1可以绕杆14的表面周向地移动。杆14可以在轴向上平移，引起辊12a和12b的表面和被探伤的表面16之间的滑动运动。可选择地，探头组件1可以在轴向上平移。上述运动中的任一个或多个，即杆14的转动、杆14的轴向平移、探头组件1的周向移动或探头组件1的轴向平移均在本发明的范围内。
注意，辊12a和12b以及探头22均在轴向上长，使得辊12a和12b以及探头22均可以覆盖杆的端部，同时仍允许探头22相对于杆14稳定地对齐。这确保系统能够自始至终探伤表面16直至杆14的各端部。
现在转向图2A，示出探头携持组件2和探头22在探伤小直径的杆14a时的截面图。注意，在图2A中，框架10示出为包括刚性连接的两个部件10a和10b。机械连杆18、18a、20和20a能转动地连接于框架10a；辊12a和12b的轴线固定于框架10b，同时仍允许辊绕各自的轴线转动。还要注意，辊12a和12b的表面和探头22的基部均与杆14a的表面16a接触。
图2B示出探头携持组件2和探头22在探伤大直径的杆14b时的截面图。在图2B中仅示出杆14b的上部。注意，辊12a和12b的表面和探头22的基部均与杆14b的表面16b接触。然而，图2B中机械连杆18和20的定向与图2A中的定向不同，允许探头22向下移动以顾及(takeaccount of)大杆14b的小曲率。探头22的向下运动因探头22的重量而自由地发生；在小直径的杆14a改变为大直径的杆14b时不需要对探头携持件做任何调整。此外，在图2A和图2B中，探头22的基部和表面16b之间的压力仅依靠探头22的重量。较大的探头携持组件2的重量被辊12a和12b支撑。
图3示出探头22的放大截面图。探头22具有几何中心线46，并且包括外壳40、线圈组件36、保护盖34和软间隔件32。在优选实施方式中，线圈组件36由柔性印刷电路板上的涡流线圈阵列构成，柔性印刷电路板还包括用于操作该线圈的电子部件。但是，本发明的范围包括诸如相控阵超声波探头等的其他类型的探头和任何类型的涡流线圈，包括任何构造的单线圈和线圈阵列。在本实施方式中，外壳40的下端是开口的，该下端被由陶瓷或一些其他保护性的非磁性材料制成的保护盖34封闭，具有传感器区域44的线圈组件36的有效部分(active part)与保护盖34紧密接触。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，保护盖34可以被省略。
软间隔件32固定于外壳40的最下部并且在接触区域42与杆14的表面16接触。接触区域42仅是探头22的与表面16接触的部分。在优选实施方式中，软间隔件22由HYDLAR Zaramid纤维填充复合材料制成，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用任何其他合适的材料。
由于探头22能够在径向上自由移动，因此探头22能够响应于杆14的偏心转动或不圆度而快速往复移动，同时仍维持间隔件32和被探伤的表面16之间的恒定接触。
应该理解的是，前述说明意在基于示例性的实施方式公开以下教导：允许探头携持件的重量置于辊上而不是探头上，同时仅很少的探头的重量置于决定提离距离的间隔件上。该教导还包括探头在径向上的自由运动，从而确保与被探伤的表面的良好接触和整个探伤期间的恒定提离。能够理解的是，能够基于本公开的教导构思出各种设计，并且所有设计均在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种探头组件，其被构造成用于周向地绕着具有轴向和径向的筒状的检测物体的检测表面且在检测表面之上进行无损检测和/或无损探伤的操作，即NDT/NDI的操作，所述探头组件包括：
探头，其具有被构造成在所述检测表面之上滑动的传感器区域，并且所述传感器区域在所述操作期间在接触区域紧密地接近所述检测表面，
探头携持组件，其被构造成携持在所述检测表面之上滑动的所述探头，使所述探头沿周向绕所述检测物体相对运动，其中，所述探头携持组件还包括：
至少一个辊，其被构造成伴随所述相对运动在所述检测表面上滚动，
框架，其在所述操作期间以刚性的方式安装于所述辊，
至少一个机械连杆构件，其以允许所述探头被所述探头携持组件承载且实质上自由地在所述径向上移动但不会将所述框架的重量转移至所述探头的方式安装于所述框架和所述探头。
2.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述相对运动与在所述探头组件保持实质上静止的情况下所述筒状的检测物体的包括转动和/或轴向平移的运动对应。
3.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述相对运动与在所述筒状的检测物体保持实质上静止的情况下所述探头组件的包括周向运动和/或轴向平移的运动对应。
4.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述至少一个机械连杆构件具有第一连杆部件，所述第一连杆部件具有两个第一端部，所述两个第一端部均经由枢轴关节分别安装于所述探头和所述框架。
5.根据权利要求4所述的探头组件，其特征在于，所述第一连杆部件和所述两个第一端部被构造成使得所述探头在与所述检测表面垂直的径向上实质上自由地移动，并且实质上不会在任何其他方向上相对于所述检测表面移动。
6.根据权利要求4所述的探头组件，其特征在于，所述至少一个机械连杆构件具有第二连杆部件，所述第二连杆部件具有两个第二端部，所述两个第二端部均经由枢轴关节分别安装于所述探头和所述框架。
7.根据权利要求6所述的探头组件，其特征在于，所述第一连杆部件安装于所述探头的第一探头安装位置，所述第二连杆部件安装在第二探头安装位置，其中，所述第一探头安装位置比所述第二探头安装位置高。
8.根据权利要求6所述的探头组件，其特征在于，所述探头具有几何中心线，其中，所述第一连杆部件和所述第二连杆部件安装于所述探头并且被构造成使得在所述探头在所述检测表面之上滑动时所述探头的所述几何中心线一直维持在与所述检测表面正交的径向上。
9.根据权利要求5所述的探头组件，其特征在于，所述探头具有前端部和后端部，其中所述第一连杆部件包括一对实质上相同的第一连杆构件，所述一对实质上相同的第一连杆构件中的每个第一连杆构件均经由枢轴关节分别安装于所述探头的所述前端部和所述后端部。
10.根据权利要求6所述的探头组件，其特征在于，所述探头具有前端部和后端部，其中所述第一连杆部件包括一对实质上相同的第一连杆构件，所述一对实质上相同的第一连杆构件中的每个第一连杆构件均经由枢轴关节分别安装于所述探头的所述前端部和所述后端部，所述第二连杆部件包括一对实质上相同的第二连杆构件，所述一对实质上相同的第二连杆构件中的每个第二连杆构件均经由枢轴关节分别安装于所述探头的所述前端部和所述后端部。
11.根据权利要求10所述的探头组件，其特征在于，所述第一连杆部件和所述第二连杆部件都是刚性的。
12.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述至少一个辊是一对辊，每个辊分别具有辊轴线，所述探头的每一侧各有一个辊，其中，所述辊经由刚性的安装部件安装于所述框架，使得两个所述辊轴线与所述检测物体的所述轴向平行。
13.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述探头还包括传感器和位于所述传感器和所述检测表面之间的间隔件，所述间隔件限定所述传感器和所述检测表面之间的提离距离。
14.根据权利要求13所述的探头组件，其特征在于，所述探头还包括定位在所述传感器和所述间隔件之间的保护盖。
15.根据权利要求13所述的探头组件，其特征在于，所述间隔件由不会刮擦所述检测表面的软质材料制成，通过使所述接触区域内的所述间隔件和所述检测表面之间的压力最小化来使所述间隔件的磨损最小化。
16.根据权利要求13所述的探头组件，其特征在于，即使在筒状的所述辊的直径归因于磨损而改变时，所述提离距离也保持恒定。
17.根据权利要求5所述的探头组件，其特征在于，所述探头组件用于不同直径的检测物体的NDT/NDI，而不需要所述探头携持组件的任何重新调整。
18.根据权利要求5所述的探头组件，其特征在于，所述探头能够响应于所述检测物体的偏心转动或不圆度而在径向上快速往复移动，同时所述传感器区域保持在所述接触区域一直与所述检测表面紧密接近。
19.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述探头为涡流探头。
20.根据权利要求1所述的探头组件，其特征在于，所述探头为相控阵超声波探头。
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