CN113030254A - 用于可变角度加工部件的非破坏性检查的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请题为“用于可变角度加工部件的非破坏性检查的装置和方法”。本文公开一种非破坏性检查装置，其利用偏置的探头壳体来维持与零件的超声耦合。该装置包括附接到具有工具中心点(TCP)的机器人臂的附接主体。该装置还包括：探头组合件，其耦接至附接主体，使得TCP的移动导致探头组合件的相应移动；以及探头壳体，其围绕探头组合件设置并且可移动地耦接至附接主体。该装置还包括设置在附接主体与探头壳体之间的偏置构件，该偏置构件将探头壳体推离附接主体。还公开一种方法，该方法包括：将探头壳体和探头组合件定位在零件附近；超声扫描零件的缺陷；以及相对于附接主体偏置探头壳体以维持零件的接合。

Description

用于可变角度加工部件的非破坏性检查的装置和方法

技术领域

本公开总体上涉及非破坏性检查，并且更具体地涉及那些运载工具和机械装置的部件的非破坏性检查。

背景技术

在制造过程中可以使用各种加工部件，例如运载工具零件。这种加工部件可以是由复合材料形成的复合结构。这些复合结构的形成可能会无意中包含缺陷。因此，加工部件被扫描以评估部件的质量，从而识别缺陷。可用于识别缺陷的一种扫描技术使用超声能量生成部件内部的表示(representation)或图像。生成的表示被用于识别缺陷，例如裂缝和空隙。通常，机器人臂沿部件的表面移动扫描探头。如果部件的表面具有可变的曲率，则机器人手臂会移动以适应变化的曲率，同时马达和传感器会调整传感器阵列。但是，适应变化的曲率通常是很困难或很费时间的。此外，机器人通常很难保持扫描探头与部件表面的水耦合(water couple)。

发明内容

本申请的主题提供了示例非破坏性检查设备，其克服了现有技术的上述缺点。响应于当前技术水平，特别是响应于当前的非破坏性检查设备的缺点，已经开发了本申请的主题。

本文公开了一种非破坏性检查(NDI)装置，该NDI装置包括配置为附接到机器人臂的附接主体，其中该机器人臂限定工具中心点(TCP)。该装置还包括固定耦接到附接主体的超声探头组合件，使得机器人臂进行的TCP的移动导致超声探头组合件的相应移动。该装置还包括围绕超声探头组合件设置并可移动地耦接至附接主体的探头壳体，以及设置在附接主体与探头壳体之间的偏置构件，其中该偏置构件将探头壳体推离附接主体。该段落的前述主题表征了本公开的示例1。

在某些示例中，该NDI装置包括与探头壳体中的开口可滑动地耦接的第一壳体杆，其中该偏置构件被设置在探头壳体的开口与附接主体之间。在某些示例中，该第一壳体杆包括第一端和第二端，该第一端耦接到附接主体，该第二端的直径大于探头壳体的开口的直径。该段落的前述主题表征了本公开的示例2，其中示例2还包括根据以上示例1所述的主题。

在某些示例中，该偏置构件是围绕第一壳体杆定位的压缩弹簧。该段落的前述主题表征了本公开的示例3，其中示例3还包括根据以上示例2所述的主题。

在某些示例中，该NDI装置包括与探头壳体中的第二开口可滑动地耦接的第二壳体杆，其中第二偏置构件设置在探头壳体的第二开口与附接主体之间。在某些示例中，该第二壳体杆包括第一端和第二端，该第一端耦接到附接主体，该第二端的直径大于探头壳体的第二开口的直径。该段落的前述主题表征了本公开的示例4，其中示例4还包括根据以上示例3所述的主题。

在某些示例中，该第二偏置构件是围绕第二壳体杆定位的压缩弹簧。该段落的前述主题表征了本公开的示例5，其中示例5还包括根据以上示例4所述的主题。

在某些示例中，该附接主体包括附接板以及设置在附接板与机器人臂之间的过载保护设备。该段落的前述主题表征了本公开的示例6，其中示例6还包括根据以上示例1-5中任一项所述的主题。

在某些示例中，该探头壳体包括零件接合表面和端表面，该零件接合表面被配置为接合零件的表面并背向附接主体，该端表面面向附接主体。该探头壳体还包括传感器腔，该传感器腔形成在主体中并被配置为接收超声探头组合件并允许超声探头组合件在传感器腔内平移移动。在某些示例中，该传感器腔完全穿过主体从端表面延伸到零件接合表面。该段落的前述主题表征了本公开的示例7，其中示例7还包括根据以上示例1-6中任一项所述的主题。

在某些实施例中，该传感器腔具有在零件接合表面与端表面之间的整体长度，该整体长度在约1英寸至约5英寸之间。该段落的前述主题表征了本公开的示例8，其中示例8还包括根据以上示例7所述的主题。

在某些示例中，该NDI装置还包括水通道，该水通道形成在主体中并从主体的端表面中的第一开口延伸到形成在传感器腔的壁中的第二开口，该第二开口位于主体的零件接合表面中的开口附近。该段落的前述主题表征了本公开的示例9，其中示例9还包括根据以上示例7和8中任一项所述的主题。

在某些示例中，该零件是具有变化的半径和变化的腹板至凸缘角度的翼梁。根据翼梁的最大半径和翼梁的最小腹板至凸缘角度来选择探头壳体的尺寸和形状。该段落的前述主题表征了本公开的示例10，其中示例10还包括根据以上示例7-9中任一项所述的主题。

在某些示例中，该超声探头组合件包括超声传感器阵列和至少一个传感器杆，所述至少一个传感器杆具有刚性耦接至附接主体的第一端以及刚性耦接至超声传感器阵列的第二端。所述至少一个传感器杆被配置为保持超声传感器阵列相对于附接主体的固定位置。该段落的前述主题表征了本公开的示例11，其中示例11还包括根据以上示例1-10中任一项所述的主题。

本文另外公开了一种用于NDI的系统。在某些示例中，该系统包括：机器人臂；控制器，其被配置为控制机器人臂的工具中心点(TCP)的移动；以及NDI装置，其耦接到TCP。在某些示例中，该NDI装置包括：附接主体，其被配置为附接到机器人臂，其中机器人臂限定TCP；以及超声探头组合件，其固定地耦接到附接主体，使得机器人臂进行的TCP的移动导致超声探头组合件的相应移动。该NDI装置还包括：探头壳体，其围绕超声探头组合件设置并且可移动地耦接到附接主体；以及偏置构件，其设置在附接主体与探头壳体之间，其中该偏置构件将探头壳体推离附接主体。该段落的前述主题表征了本公开的示例12。

在某些示例中，该系统包括与探头壳体中的开口可滑动地耦接的第一壳体杆，其中该偏置构件被设置在探头壳体的开口与附接主体之间。在某些示例中，该第一壳体杆包括第一端和第二端，该第一端耦接到附接主体，该第二端的直径大于探头壳体的开口的直径。该段落的前述主题表征了本公开的示例13，其中示例13还包括根据以上示例12所述的主题。

在某些示例中，该偏置构件是围绕第一壳体杆定位的压缩弹簧。该段落的前述主题表征了本公开的示例14，其中示例14还包括根据以上示例13所述的主题。

在某些示例中，该超声探头组合件包括超声传感器阵列和至少一个传感器杆，所述至少一个传感器杆具有刚性耦接至附接主体的第一端以及刚性耦接至超声传感器阵列的第二端。所述至少一个传感器杆被配置为保持超声传感器阵列相对于附接主体的固定位置。该段落的前述主题表征了本公开的示例15，其中示例15还包括根据以上示例12-14中任一项所述的主题。

在某些示例中，该探头壳体包括零件接合表面和端表面，该零件接合表面被配置为接合零件的表面并背向附接主体，该端表面面向附接主体。该探头壳体还包括传感器腔，该传感器腔形成在主体中并被配置为接收超声探头组合件并允许超声探头组合件在传感器腔内平移移动。在某些示例中，该传感器腔完全穿过主体从端表面延伸到零件接合表面。该段落的前述主题表征了本公开的示例16，其中示例16还包括根据以上示例12-15中任一项所述的主题。

在某些示例中，该系统还包括水通道，该水通道形成在主体中并从主体的端表面中的第一开口延伸到形成在传感器腔的壁中的第二开口，该第二开口位于主体的零件接合表面中的开口附近。该段落的前述主题表征了本公开的示例17，其中示例17还包括根据以上示例16所述的主题。

在某些示例中，该控制器包括激光轮廓仪，该激光轮廓仪被配置为测量TCP与检查半径之间的距离，并且其中控制器还被配置为响应于所测量的距离来移动TCP。该段落的前述主题表征了本公开的示例18，其中示例18还包括根据以上示例12-17中任一项所述的主题。

另外，本文公开了一种非破坏性地检查零件的方法。在某些示例中，该方法包括定位探头壳体和超声探头组合件，使得探头壳体的零件接合表面与零件接合，其中超声探头组合件固定地耦接到附接主体，而探头壳体可移动地耦接到附接主体。该方法还包括：在横跨零件的表面遍历零件接合表面时，超声扫描零件的缺陷；在遍历和扫描零件时，调整超声探头组合件与零件的表面之间的距离；以及相对于附接主体偏置探头壳体，以保持零件接合表面与零件的表面的接合。该段落的前述主题表征了本公开的示例19。

在某些示例中，接合零件的表面包括将零件接合表面压靠在零件的表面上。该段落的前述主题表征了本公开的示例20，其中示例20还包括根据以上示例19所述的主题。

本公开的主题的所描述的特征、结构、优点和/或特性可以在包括实施例和/或实施方式的一个或多个示例中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节以赋予对本公开的主题的示例的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定示例、实施例或实施方式的具体特征、细节、部件、材料和/或方法中的一个或多个的情况下实践本公开的主题。在其他情况下，在某些示例、实施例和/或实施方式中可能认识到并非在所有示例、实施例或实施方式中都存在的附加特征和优点。此外，在一些情况下，未示出或详细描述众所周知的结构、材料或操作，以避免模糊本公开的主题的各方面。根据以下描述和所附权利要求书，本公开的主题的特征和优点将变得更加完全明显，或者可以通过以下所述的主题的实践来获知。

附图说明

为了可以更容易地理解主题的优点，将通过参考在附图中示出的特定示例来提供对以上简要描述的主题的更具体描述。应理解这些附图仅描绘了主题的典型示例，因此不应将它们视为对本发明的范围的限制。通过使用附图，将以附加的特性和细节来描述和解释该主题，其中：

图1是示出根据本公开的示例的用于加工部件的非破坏性检查(NDI)的系统的一个实施例的示意性框图；

图2是根据本公开的示例的NDI装置的透视图；

图3是根据本公开的示例的超声探头组合件的透视图；

图4a和图4b是根据本公开的示例的相对于附接板的探头壳体位置的示意图；

图5是根据本公开的示例的NDI装置的透视图；

图6是示出根据本公开的示例的探头壳体的零件接合表面的透视图；

图7a至图7c是根据本公开的示例的主体的图示；

图8a和图8b是根据本公开的示例的主体的截面图；

图9是示出根据本公开的示例的控制器的示意性框图；以及

图10是示出根据本公开的示例的非破坏性地检查零件的方法的流程图。

具体实施方式

在整个说明书中，对“一个示例”、“示例”或类似语言的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个示例中。在整个说明书中，短语“在一个示例中”、“在示例中”和类似语言的出现可以但并非必须全部指代相同的示例。类似地，术语“实施方式”的使用意味着具有结合本公开的一个或多个示例描述的特定特征、结构或特性的实施方式，但是，如果没有明确的关联来表示，则可以将实施方式与一个或多个示例相关联。

图1是示出根据本公开的示例用于加工部件112(在本文中也被称为零件)的非破坏性检查(NDI)的系统100的一个实施例的示意性框图。在某些实施例中，系统100被用于检查各种结构，包括具有各种尺寸和形状的复合结构，例如复合飞机机翼、翼梁和机身筒体。

在某些示例中，系统100包括机器人臂102。机器人臂102是关节臂机器人，其被配置为提供工具中心点(TCP)104的移动和定位。在某些示例中，TCP 104是数学点(位于机器人臂102的端部上)，机器人臂102相对于机器人基座106在空间中移动该点。在某些示例中，TCP 104位于机器人臂102的端部，并且被配置为耦合到诸如非破坏性检查装置108之类的工具。例如，机器人臂102的该端部是该工具或末端执行器所附接到的板。在某些示例中，TCP 104是定位成与机器人臂的端部相距预定距离的点，该点对应于超声传感器阵列附接到机器人臂的位置。例如，TCP 104可以识别弯曲的超声传感器阵列(参见图3)的焦点的位置，该焦点偏离机器人臂102的端部。控制器110控制TCP 104的移动和定位。

在某些示例中，控制器110是使用软件、硬件、固件或其组合来实现的。当使用软件时，使用例如配置为在处理器单元上运行的程序代码来实现由控制器110执行的操作。当使用固件时，使用例如存储在持久存储器中以在处理器单元上运行的程序代码和数据来实现这些操作。当使用硬件时，该硬件包括进行操作以执行移动TCP 104的操作的一个或多个电路。在某些实施例中，硬件采取电路系统、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件等形式。

在某些实施例中，控制器110被配置为控制机器人臂102的移动，该机器人臂102能够以高达六个或更多的自由度移动。在某些示例中，机器人臂102被配置为与末端执行器(例如，NDI装置108)耦接。在一个示例中，末端执行器被集成为机器人臂102的一部分，或者可替代地可移除地耦接到TCP 104。在某些示例中，加工部件112的检查使用了具有超声传感器的超声探头组合件114(参见图3)。由NDI装置108扫描加工部件112的结构以测量结构和机械性能，以确保加工部件112没有缺陷。

在某些示例中，加工部件112具有带有半径变化和角度变化的弯曲部的部分。为了有效地进行扫描，围绕超声探头组合件114设置的探头壳体116(见图2)被定位于加工部件112附近。在某些示例中，探头壳体116保持与加工部件112的表面的接触。相对于加工部件112的特定位置，超声探头组合件114被保持在特定的距离和角度或取向。但是，加工部件112的某些配置(例如从凸缘到翼梁的腹板的急剧过渡部)可能无法提供附接至机器人臂102的传统检查头在保持超声探头组合件与加工部件112之间的适当距离的同时横越过渡部所必需的间隙。

有利地，并且如将在下面更详细讨论的，NDI装置108被配置有探头壳体116，该探头壳体116相对于NDI装置108的附接主体118可移动。NDI装置108提供了检查具有可变半径和可变角度的加工部件112的能力。系统100(例如，NDI装置108)包括位置传感器，这些位置传感器监测加工部件112的半径和角度的变化，并且有助于调整TCP 104相对于加工部件112的位置。超声探头组合件114固定地耦接到TCP 104(参见图1)并与TCP 104一起移动。有利地，探头壳体116可移动地耦接到TCP 104并被偏置构件120(参见图2)偏置远离TCP 104，以便即使在加工部件112的配置促使机器人臂102增加超声探头组合件114与加工部件之间的距离时也保持与加工部件112的接触(参见图4)。在某些示例中，不管超声探头组合件114的位置如何，探头壳体116总是保持与加工部件的接触，从而保持超声耦合(例如，保持水耦合)。

图2是根据本公开的示例的NDI装置108的透视图。在某些示例中，NDI装置108包括附接主体118，该附接主体118被配置为将NDI装置108连接到机器人臂102。附接主体118包括附接板122和过载保护设备124。在某些示例中，附接板122是大致矩形的构件，其具有一个或多个开口，用于安装超声探头组合件114、探头壳体116、各种定位传感器和过载保护设备124。过载保护设备124是传感器使能的联接件(coupling)，其检测探头壳体116与控制器110没有预料到的任何物体之间的碰撞。在某些示例中，过载保护设备124设置在附接板122与机器人臂102的TCP 104或末端之间。

在某些示例中，超声探头组合件114固定地耦接到附接板122并从附接板122向外延伸。一个或多个传感器杆126将超声传感器阵列(参见图3)定位成与附接板122相距固定的距离。当机器人臂102将NDI装置108移过加工部件112的表面时，传感器杆126保持该距离。在所描绘的示例中，NDI装置108正在扫描翼梁的表面，特别是正在扫描凸缘128与翼梁的腹板130或侧壁之间的过渡部。在某些示例中，翼梁具有变化的半径和变化的腹板至凸缘角度，因此，基于翼梁的最大半径和翼梁的最小腹板至凸缘角度来选择探头壳体116的尺寸和形状。然而，NDI装置108适合于扫描任何交通工具或结构的任何部件。

在某些示例中，探头壳体116与附接板122可移动地耦接。一个或多个壳体杆132刚性地耦接到附接板122并沿与过载保护设备124相反的方向向外延伸。在一些示例中，一个或多个壳体杆132包括第一壳体杆和第二壳体杆(参见图5)。探头壳体116具有可滑动地与壳体杆132接合的开口(参见图7b)。在某些示例中，偏置构件120围绕每个壳体杆132设置在探头壳体116与附接板122之间。偏置构件120被配置为将探头壳体116推离附接板122。因此，机器人臂102可以调整超声探头组合件114相对于加工部件112的位置，同时探头壳体116保持与加工部件112的表面的接触。换句话说，如果加工部件112的曲率使得机器人臂102必须增加超声探头组合件114与加工部件112之间的距离，则偏置构件120将探头壳体116推离附接板122，以保持与加工部件112的接触。

在某些示例中，探头壳体116被配置有一个或多个软管联接件134，该软管联接件134流体连接到探头壳体116中的水通道。软管联接件134接收诸如水之类的流体，该流体可用作超声耦合介质，以保持超声探头组合件114的传感器与加工部件112之间的超声耦合(即“水耦合”)。为清楚起见，已在这些图中省略了向软管联接件134供应水的各种入口管。

图3是根据本公开的示例的超声探头组合件114的透视图。在某些示例中，超声探头组合件114包括超声传感器阵列136或换能器。超声传感器阵列136被配置为将能量传递到正被扫描的加工部件112和/或分析从正被扫描的加工部件112接收的能量。在某些示例中，超声传感器阵列136被配置为以脉冲回波模式操作，其使用声能来检测和识别在加工部件112中可能存在的缺陷或瑕疵。超声探头组合件114与控制器110进行通信，以中继超声探头组合件114沿着与加工部件112相关联的扫描路径113(参见图1)移动时所确定的传感器值。

在某些示例中，一个或多个传感器杆126被配置为将超声传感器阵列136定位成与附接板122相距一定距离137。每个细长的传感器杆126包括第一端138和第二端140。在某些示例中，传感器杆的第一端138固定地耦接到附接板122。在某些示例中，第二端140被固定地耦接到超声传感器阵列136。在其他示例中，第二端140包括与超声传感器阵列136的柔性连接，以允许平移和旋转的小运动。例如，柔性连接被配置为允许+/-3度旋转以适应探头壳体116在扫描路径113的遍历期间的运动。

图4a和图4b是根据本公开的示例的相对于附接板122的探头壳体116位置的示意性框图。在某些示例中，探头壳体116包括一个或多个壳体杆联接器(coupler)142。每个壳体杆联接器142包括配置为可滑动地接合壳体杆132的开口(参见图7a-图8b)。在某些示例中，壳体杆132是细长杆，其具有第一端144和第二端146，该第一端144与附接板122固定地耦接。如图所示，第二端146的直径大于第一端144或壳体杆132在第一端144与第二端146之间的区域的直径。这样一来，第二端146用作止挡件，以防止探头壳体116沿壳体杆132远离附接板122并越过第二端146的平移移动。

图4a描绘了探头壳体116在远离附接板122的最大距离148处的第一位置。如上所述，偏置构件120(为清楚起见，从图4a和图4b中省略)围绕壳体杆132设置中探头壳体116与附接板之间。在某些示例中，偏置构件120是压缩弹簧，其长度大于壳体杆联接器142与附接板122之间的最大距离。因此，即使在最大距离处，压缩弹簧也在远离附接板的方向上向探头壳体施加偏置力。

在所描绘的图4a的示例中，超声传感器阵列136被设置在探头壳体116内并且被配置为在探头壳体116的腔内移动。当加工部件112的配置使得NDI装置108没有足够的间隙时，控制器110指示机器人臂102增加TCP 104与加工部件112之间的距离。在某些示例中，机器人臂102将TCP 104定位于距加工部件一定距离处，使得机器人臂抵靠加工部件112的表面“推动”探头壳体116。该推力克服了偏置构件120的弹力并压缩了探头壳体116与附接板122之间的距离。图4b是探头壳体116与附接板之间的最小距离150的图示。当机器人臂102朝向和远离加工部件112移动TCP 104(以解决表面轮廓的变化)时，偏置构件120推动探头壳体116远离附接板122并保持探头壳体116与加工部件112之间的接触。在某些示例中，尽管探头壳体116在最大距离148与最小距离150之间移动，但超声传感器阵列136与附接板122之间的相对距离152仍保持恒定。

图5是根据本公开的示例的NDI装置108的透视图。图5省略了探头壳体116和超声探头组合件114。如上所述，壳体杆132是具有第一端144和第二端146的刚性构件。在某些示例中，第二端146包括头部(或轴环)，该头部的直径大于壳体杆132的直径。

壳体杆132被配置为可滑动地接合探头壳体116，并允许探头壳体116在完全延伸位置(参见图4a)与折叠位置(参见图4b)之间移动。在某些示例中，偏置构件120是围绕壳体杆132设置的压缩弹簧。在某些示例中，单个部件被用于充当壳体杆132和偏置构件120。例如，气体弹簧、气撑杆或机械撑杆能够在远离附接板122的方向上向探头壳体116施加偏置力。

图6是示出根据本公开的示例的探头壳体116的零件接合表面154的透视图。在某些示例中，探头壳体116由主体153形成，该主体153包括被配置为接触加工部件112的表面的零件接合表面154。在某些示例中，零件接合表面154是大致V形的，以允许探头壳体116遍历各种表面轮廓，包括但不限于凹形和凸形的表面轮廓。

零件接合表面154还包括开口156，超声传感器阵列136通过开口156发送和接收超声能量。由软管联接器134接收并经过内部通道的水通过开口164排出。在某些示例中，零件接合表面154基本上是光滑且连续的，以使探头壳体116能够遍历加工部件112的表面，而不会损坏加工部件112。

图7a至图7c是根据本发明的示例的主体153的图示。特别地，图7a是主体153的侧视图，其描绘了零件接合表面154和相对的端表面155。在某些示例中，端表面155面向附接主体118的附接板122，而零件接合表面154背对附接板122。在某些示例中，主体153包括形成在主体153中的一对开口156，用于接收壳体杆132。在某些示例中，开口156被形成在从主体153的侧表面158向外延伸的壳体杆联接器142中。开口156的直径小于壳体杆132的第二端146，使得壳体杆132的第二端146用作阻挡主体153远离附接板122移动的凸块止挡件。在某些示例中，零件接合表面154与端表面155之间的距离157在约1英寸至5英寸之间。

在某些示例中，传感器腔160被形成在主体153中。端表面155中的开口被配置为接收超声探头组合件114并允许主体153相对于超声探头组合件114的移动。随着NDI装置108遍历加工部件112的表面并且探头壳体116移动到完全延伸位置与折叠位置之间的不同位置，超声探头组合件114将在传感器腔160内平移。在某些实施例中，传感器腔160从端表面155中的开口延伸到零件接合表面154中的开口164。

在某些示例中，水通道从端表面155延伸穿过主体153至零件接合表面154。在某些示例中，水开口162被螺纹接合以便连接到软管联接器134。水开口162与延伸穿过主体153的水通道流体耦接，以将水引出零件接合表面154的开口164。

图8a和图8b是根据本公开的示例的主体153的截面图。如上所述，主体153形成有至少一个水通道166，该水通道166从端表面155延伸穿过主体153至零件接合表面154。在某些示例中，水通道166延伸至传感器腔160中的第二开口168，该第二开口168与零件接合表面154中的开口164相邻。有利地，这允许水流入超声传感器阵列136与加工部件112之间的区域，并提供用于超声能量的耦合介质。

图9是示出根据本公开的示例的控制器110的示意性框图。控制器110是计算设备的示例，在一些示例中，控制器110用于实现本公开的示例的一个或多个部件，并且在其中可以放置实现用于说明性示例的过程的计算机可用程序代码或指令。在该说明性示例中，该控制器包括通信结构214，该通信结构214提供处理器单元216、存储器218、激光轮廓仪125、永久存储装置220、通信单元235和显示器237之间的通信。在某些示例中，激光轮廓仪125被设置在附接板122上，并且被配置为扫描加工部件112的表面以确定例如翼梁的检查半径，并且还确定腹板130和凸缘128的最小腹板至凸缘角度。激光轮廓仪125还被配置为测量TCP 104与加工部件112之间的距离，并将该距离传送给控制器110。进而，控制器110被配置为响应于所确定的距离移动TCP 104。

在一些示例中，处理器单元216用于执行加载到存储器218中的软件的指令。在一个示例中，取决于特定的实施方式，处理器单元216是一个或多个处理器的集合或者可以是多处理器核。此外，根据一些示例，使用一个或多个异构处理器系统来实现处理器单元216，其中主处理器与次级处理器一起存在于单个芯片上。作为另一说明性示例，处理器单元216是含有多个相同类型的处理器的对称多处理器系统。

存储器218和永久存储装置220是存储设备228的示例。存储设备是能够存储信息的任何一块硬件，该信息例如但不限于在临时和/或永久基础上的数据、功能形式的程序代码和/或其他合适信息。在这些示例中，存储器218是随机存取存储器或任何其他合适的易失性或非易失性存储设备。取决于特定的实施方式，永久存储装置220采用各种形式。在一个示例中，永久存储装置220含有一个或多个部件或设备。在一个示例中，永久存储装置220是硬盘驱动器、闪存、可重写光盘、可重写磁带或以上各项的某种组合。在一些示例中，永久存储装置220所使用的介质是可移除的。例如，在各种实施方式中，可移除的硬盘驱动器被用于永久存储装置220。

在这些示例中，通信单元235提供与其他数据处理系统或设备的通信。在这些示例中，通信单元235是网络接口卡。通信单元235通过使用物理通信链路和无线通信链路之一或两者来提供通信。在一些示例中，通信单元235还提供用于通过键盘、鼠标和/或一些其他合适的输入设备进行的用户输入的连接。此外，在各种示例中，输入/输出单元将输出发送到打印机或从任何其他外围设备接收输入。显示器237提供向用户显示信息的机构。

在一些示例中，用于操作系统、应用程序和/或程序的指令位于存储设备228中，该存储设备228通过通信结构214与处理器单元216进行通信。在这些说明性示例中，这些指令以功能形式存在于永久存储装置220上。在一些示例中，这些指令被加载到存储器218中以由处理器单元216执行。在某些示例中，不同示例的过程由处理器单元216使用计算机实现的指令(其位于存储器(例如存储器218)中)来实施。

这些指令被称为程序代码、计算机可用程序代码或计算机可读程序代码，它们可以由处理器单元216中的处理器读取和执行。在不同示例中，程序代码体现在不同的物理或计算机可读存储介质上，例如存储器218或永久存储装置220上。

程序代码230以功能形式位于计算机可读介质232上，该计算机可读介质232可选择性地移除并且可以被加载到控制器110上或传送到控制器110上以由处理器单元216执行。在一些示例中，程序代码还包含上文参考图1讨论的扫描计划。程序代码230和计算机可读介质236形成计算机程序产品234。在一个示例中，计算机可读介质232是计算机可读存储介质236或计算机可读信号介质238。在一个示例中，计算机可读存储介质236包括插入或放置在作为永久存储装置220一部分的驱动器或其他设备中的光盘或磁盘，用于转移到作为永久存储装置220一部分的存储设备(如硬盘驱动器)中。在其他示例中，计算机可读存储介质236也采用永久存储装置的形式，例如连接到控制器110的硬盘驱动器、拇指驱动器或闪存。在一些情况下，计算机可读存储介质236不能从控制器110移除。

可替代地，使用计算机可读信号介质238将程序代码230传送到控制器110。作为一个示例，计算机可读信号介质238是含有程序代码230的传播数据信号。例如，在一个示例中，计算机可读信号介质238是电磁信号、光信号和/或任何其他合适类型的信号。这些信号通过通信链路(例如无线通信链路、光纤电缆、同轴电缆、电线和/或任何其他合适类型的通信链路)来传输。换句话说，在说明性示例中，通信链路和/或连接是物理的或无线的。在一些示例中，计算机可读介质还采取非有形介质的形式，例如含有程序代码的通信链路或无线传输。

在一些说明性示例中，通过计算机可读信号介质238经由网络将程序代码230从另一设备或数据处理系统下载到永久存储装置220，以供在控制器110内使用。在一个实例中，经由网络将存储在服务器数据处理系统中的计算机可读存储介质中的程序代码从服务器下载到控制器110。根据各种示例，提供程序代码230的系统是服务器计算机、客户端计算机或能够存储和传输程序代码230的某些其他设备。

图示用于控制器110的不同部件并不意味着对能够实现不同示例的方式提供物理或体系架构限制。可以在包括附加于和/或代替针对控制器110示出的那些部件的部件的控制器中实现不同的说明性示例。图9中所示的其他部件可以与图示的说明性示例不同。可以使用能够执行程序代码的任何硬件设备或系统来实现不同的示例。例如，控制器110中的存储设备是能够存储数据的任何硬件装置。存储器218、永久存储装置220和计算机可读介质232是有形形式的存储设备的示例。

在另一示例中，总线系统被用于实现通信结构214，并且可以包含有一个或多个总线，例如系统总线或输入/输出总线。当然，在一些示例中，使用任何合适类型的体系架构来实现总线系统，该体系架构提供在附接到总线系统的不同部件或设备之间的数据传输。在另外的示例中，通信单元包括用于发送和接收数据的一个或多个设备，例如调制解调器或网络适配器。此外，例如，存储器是存储器218或诸如可在通信结构214中存在的接口和存储器控制器集线器中具有的高速缓存。

可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写用于实施本公开的各方面的操作的计算机程序代码，所述编程语言包括诸如Java、Smalltalk、C++之类的面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似的编程语言的常规过程编程语言。程序代码可以完全在用户计算机上执行，部分在用户计算机上执行，作为独立软件包执行，部分在用户计算机上且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(例如通过使用互联网服务提供商的互联网)。

这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，从而使存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。也可以将计算机程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。

图10是示出根据本公开的示例的非破坏性地检查零件的方法300的流程图。该方法包括在步骤302处定位探头壳体116和超声探头组合件114，以使零件接合表面154接合零件(例如，加工部件112)。接合零件112的表面可以包括将零件接合表面154按压在零件112的表面上。在某些示例中，方法300包括在步骤304处在横跨零件的表面遍历零件接合表面的同时超声扫描零件的缺陷。该方法还包括在步骤306处在遍历和扫描零件的同时调整超声探头组合件与零件的表面之间的距离。该方法还包括在步骤308处相对于附接主体118偏置探头壳体116以保持零件接合表面154与零件的表面的接合。

在上面的描述中，可能使用某些术语，例如“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上方”、“下方”等。这些术语在适用时用于在处理相对关系时提供一些清晰的描述。但是，这些术语并不旨在暗示绝对的关系、位置和/或取向。例如，对于一个物体来说，仅通过将该物体翻转过来，“上”表面就可以变成“下”表面。尽管如此，它仍然是同一物体。此外，除非另外明确指出，否则术语“包括”、“包含”、“具有”及其变体意味着“包括但不限于”。除非另外明确指出，否则列举的项目清单并不暗示任何或所有项目都是相互排斥和/或相互包含的。除非另外明确指出，否则术语“一个”、“一种”和“该”也指“一个或多个”。此外，术语“多个”可以被定义为“至少两个”。

另外，在本说明书中一个元件“耦合/耦接”到另一元件的实例可以包括直接耦合和间接耦合。可以将直接耦合定义为一个元件耦合到另一元件并与其发生某种接触。间接耦合可以被定义为彼此不直接接触的两个元件之间的耦合，而是在耦合的元件之间具有一个或多个附加元件。此外，如本文所用，将一个元件固定到另一元件可以包括直接固定和间接固定。另外，如本文所用，“相邻”不一定表示接触。例如，一个元件可以与另一元件相邻而不与该元件接触。

如本文所用，当与项目列表一起使用时，短语“至少一个”意味着可以使用所列出项目中的一个或多个的不同组合，并且可能仅需要列表中的项目之一。该项目可以是特定的对象、事物或类别。换句话说，“至少一个”是指可以从列表中使用的任何项目的组合或任何数量的项目，但是可能不需要列表中的所有项目。例如，“项目A、项目B和项目C中的至少一个”可以表示：项目A；项目A和项目B；项目B；项目A、项目B和项目C；或项目B和项目C。在某些情况下，“项目A、项目B和项目C中的至少一个”可以表示例如但不限于：两个项目A、一个项目B和十个项目C；四个项目B和七个项目C；或某种其他合适的组合。

除非另外指出，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标签，并且无意对这些术语所指的项目施加序数、位置或层级要求。此外，提及例如“第二”项目不要求或排除例如“第一”或编号更低的项目和/或例如“第三”或编号更高的项目的存在。

如本文所用，“配置为”执行指定功能的系统、装置、结构、物品、元件、部件或硬件确实能够在没有任何改变的情况下执行指定功能，而不仅仅是具有在进一步修改之后执行指定功能的潜力。换句话说，为执行指定功能而专门对“配置为”执行指定功能的系统、装置、结构、物品、元件、部件或硬件进行选择、创建、实施、利用、编程和/或设计。如本文所用，“配置为”表示系统、装置、结构、物品、元件、部件或硬件的现有特性，其使系统、装置、结构、物品、元件、部件或硬件能够执行指定功能而无需进一步修改。为了本公开的目的，可以另外或替代地将被描述为“配置为”执行特定功能的系统、装置、结构、物品、元件、部件或硬件描述为“适于”和/或被描述为“可操作地”执行该功能。

本文所包括的示意性流程图通常被阐述为逻辑流程图。因此，所描绘的顺序和标记的步骤指示了所提出方法的一个示例。可以设想在功能、逻辑或效果上与所示方法的一个或多个步骤或其部分等效的其他步骤和方法。另外，提供所采用的格式和符号来解释方法的逻辑步骤，并且应理解为不限制方法的范围。尽管在流程图中可以采用各种箭头类型和线型，但是它们应被理解为不限制相应方法的范围。实际上，可以使用一些箭头或其他连接件来仅指示方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示所描绘的方法的列举步骤之间的未指定持续时间的等待或监视时段。另外，特定方法发生的顺序可以严格遵循或可以不严格遵循所示出的相应步骤的顺序。

此外，本公开包括根据以下条款所述的实施例：

条款1.一种非破坏性检查(NDI)装置(108)，其包括：

附接主体(118)，其被配置为附接到机器人臂(102)，其中所述机器人臂(102)限定工具中心点(TCP)(104)；

超声探头组合件(114)，其固定地耦接到所述附接主体(118)，使得所述机器人臂(102)对所述TCP(104)的移动导致所述超声探头组合件(114)的相应移动；

探头壳体(116)，其围绕所述超声探头组合件(114)设置并且可移动地耦接到所述附接主体(118)；以及

偏置构件(120)，其设置在所述附接主体(118)与所述探头壳体(116)之间，其中所述偏置构件(120)将所述探头壳体(116)推离所述附接主体(118)。

条款2.根据条款1所述的NDI装置(108)，进一步包括第一壳体杆(132)，所述第一壳体杆(132)与所述探头壳体(116)中的开口(156)可滑动地耦接，其中所述偏置构件(120)被设置在所述探头壳体(116)的所述开口(156)与所述附接主体(118)之间，并且所述第一壳体杆(132)包括：

第一端(144)，其耦接到所述附接主体(118)；和

第二端(146)，其直径大于所述探头壳体(116)的所述开口(156)的直径。

条款3.根据条款2所述的NDI装置(108)，其中所述偏置构件(120)包括围绕所述第一壳体杆(132)定位的压缩弹簧(120)。

条款4.根据条款3所述的NDI装置(108)，还包括第二壳体杆(132)，所述第二壳体杆(132)与所述探头壳体(116)中的第二开口(156)可滑动地耦接，其中第二偏置构件(120)设置在所述探头壳体(116)的所述第二开口(156)与所述附接主体(118)之间，并且所述第二壳体杆(132)包括：

第一端(144)，其耦接到所述附接主体；和

第二端(146)，其直径大于所述探头壳体(116)的所述第二开口(156)的直径。

条款5.根据条款4所述的NDI装置(108)，其中所述第二偏置构件(120)包括围绕所述第二壳体杆(132)定位的第二压缩弹簧(120)。

条款6.根据条款1-5中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述附接主体(118)包括：

附接板(122)；和

过载保护设备(124)，其设置在所述附接板(122)与所述机器人臂(102)之间。

条款7.根据条款1-6中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述探头壳体(116)包括：

主体(153)，其具有：

零件接合表面(154)，其被配置为接合零件(112)的表面并背向所述附接主体(118)；

端表面(155)，其面向所述附接主体(118)；和

传感器腔(160)，其形成在所述主体(153)中并被配置为接收所述超声探头组合件(114)并允许所述超声探头组合件(114)在所述传感器腔(160)内平移移动，其中所述传感器腔(160)完全穿过所述主体(153)从所述端表面(155)延伸到所述零件接合表面(154)。

条款8.根据条款7所述的NDI装置(108)，其中所述传感器腔(160)在所述零件接合表面(154)与所述端表面(155)之间的整体长度在大约1英寸至大约5英寸之间。

条款9.根据条款7或条款8所述的NDI装置(108)，还包括水通道(166)，所述水通道(166)形成在所述主体(153)中并从所述主体(153)的所述端表面(155)中的第一开口(162)延伸到形成在所述传感器腔(160)的壁中的第二开口(168)，所述第二开口(168)位于所述主体(153)的所述零件接合表面(154)中的开口(164)附近。

条款10.根据条款7-9中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述零件(112)包括具有变化的半径和变化的腹板(130)至凸缘(128)角度的翼梁，并且其中根据所述翼梁的最大半径和所述翼梁的最小腹板(130)至凸缘(128)角度来选择所述探头壳体(116)的尺寸和形状。

条款11.根据条款1-10中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述超声探头组合件(114)包括：

超声传感器阵列(136)；和

一个或多个传感器杆(126)，其具有刚性耦接至所述附接主体(118)的第一端(138)以及刚性耦接至所述超声传感器阵列(136)的第二端(140)，所述一个或多个传感器杆(126)被配置为保持所述超声传感器阵列(136)相对于所述附接主体(118)的固定位置。

条款12.一种用于非破坏性地检查零件(112)的系统(100)，该系统(100)包括：

机器人臂(102)；

控制器(110)，其被配置为控制所述机器人臂(102)的工具中心点(TCP)(104)的移动；以及

耦接到所述TCP(104)的非破坏性检查(NDI)装置(108)，所述NDI装置(108)包括：

附接主体(118)，其被配置为附接到机器人臂(102)，其中所述机器人臂(102)限定所述TCP(104)；

超声探头组合件(114)，其固定地耦接到所述附接主体(118)，使得所述机器人臂(102)对所述TCP(104)的移动导致所述超声探头组合件(114)的相应移动；

探头壳体(116)，其围绕所述超声探头组合件(114)设置并且可移动地耦接到所述附接主体(118)；以及

偏置构件(120)，其设置在所述附接主体(118)与所述探头壳体(116)之间，其中所述偏置构件(120)将所述探头壳体(116)推离所述附接主体(118)。

条款13.根据条款12所述的系统(100)，进一步包括第一壳体杆(132)，所述第一壳体杆(132)与所述探头壳体(116)中的开口(156)可滑动地耦接，其中所述偏置构件(120)被设置在所述探头壳体(116)的所述开口(156)与所述附接主体(118)之间，并且所述第一壳体杆(132)包括：

第一端(144)，其耦接到所述附接主体(118)；和

第二端(146)，其直径大于所述探头壳体(116)的所述开口(156)的直径。

条款14.根据条款13所述的系统(100)，其中所述偏置构件(120)包括围绕所述第一壳体杆(132)定位的压缩弹簧(120)。

条款15.根据条款12-14中任一项所述的系统(100)，其中所述超声探头组合件(114)包括：

超声传感器阵列(136)；和

一个或多个传感器杆(126)，其具有刚性耦接至所述附接主体(118)的第一端(138)以及刚性耦接至所述超声传感器阵列(136)的第二端(140)，所述一个或多个传感器杆(126)被配置为保持所述超声传感器阵列(136)相对于所述附接主体(118)的固定位置。

条款16.根据条款12-15中任一项所述的系统(100)，其中所述探头壳体(116)包括：

主体(153)，其具有：

零件接合表面(154)，其被配置为接合零件(112)的表面并背向所述附接主体(118)；

端表面(155)，其面向所述附接主体；和

传感器腔(160)，其形成在所述主体(153)中并被配置为接收所述超声探头组合件(114)并允许所述超声探头组合件(114)在所述传感器腔(160)内平移移动，其中所述传感器腔(160)完全穿过所述主体(153)从所述端表面(155)延伸到所述零件接合表面(154)。

条款17.根据条款16所述的系统(100)，还包括水通道(166)，所述水通道(166)形成在所述主体(153)中并从所述主体(153)的所述端表面(155)中的第一开口(162)延伸到形成在所述传感器腔(160)的壁中的第二开口(168)，所述第二开口(168)位于所述主体(153)的所述零件接合表面(154)中的开口(164)附近。

条款18.根据条款12-17中任一项所述的系统(100)，其中所述控制器(110)包括配置为测量所述TCP(104)与检查半径之间的距离的激光轮廓仪(125)，并且其中所述控制器(110)被进一步配置为响应于所测量的距离而移动所述TCP(104)。

条款19.一种非破坏性地检查零件(112)的方法，所述方法包括：

定位探头壳体(116)和超声探头组合件(114)，使得所述探头壳体(116)的零件接合表面(154)接合所述零件(112)，其中所述超声探头组合件(114)固定地耦接到附接主体(118)，而所述探头壳体(116)可移动地耦接到所述附接主体(118)；

在横跨所述零件(112)的表面遍历所述零件接合表面(154)时，超声扫描所述零件(112)的缺陷；

在遍历和扫描所述零件(112)时，调整所述超声探头组合件(114)与所述零件(112)的所述表面之间的距离；以及

相对于所述附接主体偏置所述探头壳体(116)，以保持所述零件接合表面(154)与所述零件(112)的所述表面的接合。

条款20.根据条款19所述的方法，其中接合所述零件(112)的所述表面包括将所述零件接合表面(154)按压在所述零件(112)的所述表面上。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他具体形式体现。所描述的示例在所有方面仅应被认为是说明性的而非限制性的。落在权利要求的等同含义和范围内的所有改变均应包含在其范围之内。

Claims (10)

1.一种非破坏性检查NDI装置(108)，包括：

附接主体(118)，其被配置为附接到机器人臂(102)，其中所述机器人臂(102)限定工具中心点TCP(104)；

超声探头组合件(114)，其固定地耦接到所述附接主体(118)，使得所述机器人臂(102)对所述TCP(104)的移动导致所述超声探头组合件(114)的相应移动；

探头壳体(116)，其围绕所述超声探头组合件(114)设置并且可移动地耦接到所述附接主体(118)；以及

偏置构件(120)，其设置在所述附接主体(118)与所述探头壳体(116)之间，其中所述偏置构件(120)将所述探头壳体(116)推离所述附接主体(118)。

2.根据权利要求1所述的NDI装置(108)，进一步包括第一壳体杆(132)，所述第一壳体杆(132)与所述探头壳体(116)中的开口(156)可滑动地耦接，其中所述偏置构件(120)被设置在所述探头壳体(116)的所述开口(156)与所述附接主体(118)之间，并且所述第一壳体杆(132)包括：

第一端(144)，其耦接到所述附接主体(118)；和

第二端(146)，其直径大于所述探头壳体(116)的所述开口(156)的直径。

3.根据权利要求2所述的NDI装置(108)，其中所述偏置构件(120)包括围绕所述第一壳体杆(132)定位的压缩弹簧(120)。

4.根据权利要求3所述的NDI装置(108)，还包括第二壳体杆(132)，所述第二壳体杆(132)与所述探头壳体(116)中的第二开口(156)可滑动地耦接，其中第二偏置构件(120)设置在所述探头壳体(116)的所述第二开口(156)与所述附接主体(118)之间，并且所述第二壳体杆(132)包括：

第一端(144)，其耦接到所述附接主体；和

第二端(146)，其直径大于所述探头壳体(116)的所述第二开口(156)的直径。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述附接主体(118)包括：

附接板(122)；和

过载保护设备(124)，其设置在所述附接板(122)与所述机器人臂(102)之间。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述探头壳体(116)包括：

主体(153)，其具有：

零件接合表面(154)，其被配置为接合零件(112)的表面并背向所述附接主体(118)；

端表面(155)，其面向所述附接主体(118)；和

传感器腔(160)，其形成在所述主体(153)中并被配置为接收所述超声探头组合件(114)并允许所述超声探头组合件(114)在所述传感器腔(160)内平移移动，其中所述传感器腔(160)完全穿过所述主体(153)从所述端表面(155)延伸到所述零件接合表面(154)。

7.根据权利要求6所述的NDI装置(108)，还包括水通道(166)，所述水通道(166)形成在所述主体(153)中并从所述主体(153)的所述端表面(155)中的第一开口(162)延伸到形成在所述传感器腔(160)的壁中的第二开口(168)，所述第二开口(168)位于所述主体(153)的所述零件接合表面(154)中的开口(164)附近。

8.根据权利要求6所述的NDI装置(108)，其中所述零件(112)包括具有变化的半径和变化的腹板(130)至凸缘(128)角度的翼梁，并且其中根据所述翼梁的最大半径和所述翼梁的最小腹板(130)至凸缘(128)角度来选择所述探头壳体(116)的尺寸和形状。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的NDI装置(108)，其中所述超声探头组合件(114)包括：

超声传感器阵列(136)；和

一个或多个传感器杆(126)，其具有刚性耦接至所述附接主体(118)的第一端(138)以及刚性耦接至所述超声传感器阵列(136)的第二端(140)，所述一个或多个传感器杆(126)被配置为保持所述超声传感器阵列(136)相对于所述附接主体(118)的固定位置。

10.一种非破坏性地检查零件(112)的方法，所述方法包括：

定位探头壳体(116)和超声探头组合件(114)，使得所述探头壳体(116)的零件接合表面(154)与所述零件(112)接合，其中所述超声探头组合件(114)固定地耦接到附接主体(118)，而所述探头壳体(116)可移动地耦接到所述附接主体(118)；

在横跨所述零件(112)的表面遍历所述零件接合表面(154)时，超声扫描所述零件(112)的缺陷；

在遍历和扫描所述零件(112)时，调整所述超声探头组合件(114)与所述零件(112)的所述表面之间的距离；以及

相对于所述附接主体偏置所述探头壳体(116)，以保持所述零件接合表面(154)与所述零件(112)的所述表面的接合。

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