DE102022111822A1

DE102022111822A1 - Zerstörungsfreies bewertungssystem zur inspektion von schweiss- und lötverbindungen

Info

Publication number: DE102022111822A1
Application number: DE102022111822.3A
Authority: DE
Inventors: Bita Ghaffari; Elizabeth Therese Hetrick; Roman Maev; Andrew Ouellette
Original assignee: University of Windsor; Ford Global Technologies LLC
Current assignee: University of Windsor; Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2022-11-17
Also published as: US20220365037A1; CN115343357A

Abstract

Eine Inspektionssonde und ein System zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung beinhalten ein Gehäuse, das einen inneren Hohlraum und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter aufweist, die an einem distalen Endabschnitt des Gehäuses angeordnet sind. Distale Enden der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter definieren Schwenkflächen und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter sind voneinander beabstandet, um eine sekundäre Einhausung zu definieren. Eine Vielzahl von Wandlerelementen ist innerhalb des inneren Hohlraums des Gehäuses angeordnet und ein primäres Kopplungsmedium, das aus einem flexiblen, halbfesten Material hergestellt ist, ist zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern gesichert. Ein Signalverarbeitungsmodul steht in Kommunikation mit einer Datenerfassungseinheit, die in Kommunikation mit den Wandlerelementen steht. Die Inspektionssonde wird über die Verbindung gedreht, Daten von den Wandlerelementen werden an das Signalverarbeitungsmodul kommuniziert und rekonstruierte und korrigierte Bilder, die in verschiedenen Winkeln von den Wandlerelementen erlangt werden, werden zusammengesetzt, um ein Inspektionsbild zu erzeugen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft zerstörungsfreie Prüfvorrichtungen und -verfahren und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zum Inspizieren von geschweißten oder gelöteten Metallverbindungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Schweiß- und Löttechniken werden routinemäßig bei Automobilherstellungsunternehmen eingesetzt, was eine Massenproduktion einer Vielfalt von Karosseriestrukturen ermöglicht, wie etwa zum Beispiel aus Stahl und Aluminium. Insbesondere werden Laserschweiß- und Laserlötverbindungsverfahren ausgewählt, um Gestaltungsflexibilität bereitzustellen und Leichtbau zu ermöglichen, insbesondere für Anwendungen, bei denen der Zugang, die Flanschgröße und die Zykluszeit begrenzt sind.
Bei diesen Karosseriestrukturen aus Stahl und Aluminium wird die Qualität von Schweiß- und Lötverbindungen üblicherweise durch zerstörende Mittel, wie etwa Schnitte oder Zerlegungen, bestimmt, was zu kostspieligem Ausschuss und Zeitaufwand führt, insbesondere wenn diese Verbindungen die letzten Produktionsschritte (z. B. ein Fahrzeugdach) darstellen. Zusätzlich ist eine „Schnitt- und Ätzanalyse‟ langsam und arbeitsintensiv, was die Inspektion von nur einer begrenzten Anzahl von Stellen entlang jeder Verbindung ermöglicht.
Viele Herstellungsspezifikationen für geschweißte oder gelötete Verbindungen erfordern eine genaue quantitative Charakterisierung der Verbindungsschnittgeometrie sowie verschiedener möglicher Mängel, z. B. fehlende Haftung oder Verschmelzung und Vorhandensein von Porosität, Rissen und Einschlüssen. Jeder Mangel muss separat und mit einer Genauigkeit quantifiziert werden, die für bestehende zerstörungsfreie Bewertungsverfahren (in dieser Schrift als „NDE“ (non-destructive evaluation) bezeichnet) eine Herausforderung darstellt. Zusätzlich ist in den meisten Fällen Zugang zu nur einer Seite der Verbindung verfügbar. Darüber hinaus können Verbindungen sehr kleine Größen und sehr hohe Krümmungen der oberen Fläche aufweisen.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit diesen Problemen im Zusammenhang mit der zerstörungsfreien Bewertung von geschweißten oder gelöteten Verbindungen, zum Beispiel in Stahl- und Aluminiumstrukturen, neben anderen Arten von Materialien.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der vorliegenden Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale. In einer Form ist eine Inspektionssonde bereitgestellt, die ein Gehäuse umfasst, das einen proximalen Endabschnitt und einen distalen Endabschnitt aufweist, wobei das Gehäuse einen inneren Hohlraum, der an dem proximalen Endabschnitt angeordnet ist, und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter, die an dem distalen Endabschnitt angeordnet sind, definiert, wobei distale Enden der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter Schwenkflächen definieren und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter voneinander beabstandet sind, um eine sekundäre Einhausung zu definieren. Eine Vielzahl von Wandlerelementen ist innerhalb des inneren Hohlraums des Gehäuses angeordnet.
In Variationen dieser Inspektionssonde, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können: ein primäres Kopplungsmedium, das aus einem flexiblen, halbfesten Material hergestellt ist, ist zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern innerhalb der sekundären Umhausung gesichert; eine Vielzahl von Verzahnungen ist an Innenflächen der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter angeordnet; die Wandlerelemente bilden eine eindimensionale Anordnung; die Wandlerelemente bilden eine zweidimensionale Anordnung; die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter definieren bogenförmige Außenprofile, und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter sind flexibel.
In einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung ist ein System zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung bereitgestellt, das eine Inspektionssonde beinhaltet, die ein Gehäuse umfasst, das einen proximalen Endabschnitt und einen distalen Endabschnitt aufweist, wobei das Gehäuse einen inneren Hohlraum, der an dem proximalen Endabschnitt angeordnet ist, und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter, die an dem distalen Endabschnitt angeordnet sind, definiert, wobei distale Enden der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter Schwenkflächen definieren und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter voneinander beabstandet sind, um eine sekundäre Einhausung zu definieren. Eine Vielzahl von Wandlerelementen ist innerhalb des inneren Hohlraums des Gehäuses angeordnet und ein primäres Kopplungsmedium, das ein flexibles, halbfestes Material umfasst, ist zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern gesichert. Ein Signalverarbeitungsmodul steht in Kommunikation mit den Wandlerelementen und eine Datenerfassungseinheit steht in Kommunikation mit den Wandlerelementen.
In Variationen dieses Systems, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können, steht eine grafische Benutzeroberfläche in Kommunikation mit dem Signalverarbeitungsmodul und ist dazu konfiguriert, ein rekonstruiertes Bild oder rekonstruierte Bilder der Verbindung anzuzeigen; ist das rekonstruierte Bild eines von einem 2D-Bild und einem 3D-Bild; umfasst das Signalverarbeitungsmodul Algorithmen, die Bilder, die in unterschiedlichen Winkeln erlangt werden, wenn die Inspektionssonde gedreht oder über die Verbindung verschoben wird, zusammenfügen; werden die zusammengefügten Bilder zur Anzeige auf einer grafischen Benutzeroberfläche auf CAD-Geometrie (computer aided design) abgebildet; wird eine gepulste Energiewelle von mindestens einem der Vielzahl von Wandlerelementen emittiert und werden von der Verbindung reflektierte Signale von mindestens einem der Vielzahl von Wandlerelementen aufgezeichnet; und berechnet das Signalverarbeitungsmodul eine Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren, um von der Vielzahl von Wandlerelementen empfangene Rohdaten zu korrigieren, um akustische Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem primären Kopplungsmedium und der Verbindung zu kompensieren.
In noch einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung Folgendes: (a) Platzieren einer Inspektionssonde in einer anfänglichen Inspektionsposition, wobei die Inspektionssonde Folgendes umfasst: ein Gehäuse, das einen proximalen Endabschnitt und einen distalen Endabschnitt aufweist, wobei das Gehäuse einen inneren Hohlraum, der an dem proximalen Endabschnitt angeordnet ist, und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter, die an dem distalen Endabschnitt angeordnet sind, definiert, wobei distale Enden der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter Schwenkflächen definieren und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter voneinander beabstandet sind, um eine sekundäre Einhausung zu definieren, eine Vielzahl von Wandlerelementen, die innerhalb des inneren Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist, und ein primäres Kopplungsmedium, das ein flexibles, halbfestes Material umfasst, das zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern gesichert ist; (b) Kommunizieren von Daten von der Vielzahl von Wandlerelementen an ein Signalverarbeitungsmodul in der anfänglichen Inspektionsposition; (c) Drehen der Inspektionssonde über die Verbindung um eine Schwenklinie, die sich zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern erstreckt, in eine stationäre Inspektionsposition; (d) Kommunizieren von Daten von der Vielzahl von Wandlerelementen an ein Signalverarbeitungsmodul in der stationären Inspektionsposition; (e) Zusammenfügen von Bildern, die in unterschiedlichen Winkeln erlangt werden, um ein Inspektionsbild zu erzeugen; und (f) optionales Wiederholen der Schritte (c) bis (e), bis ein rekonstruiertes Bild eine vorbestimmte Detailgenauigkeit erreicht.
In Variationen dieses Verfahrens, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können, wird die Inspektionssonde entlang der Verbindung zu einer anderen Stelle in einer vorbestimmten Entfernung von der anfänglichen Inspektionsposition bewegt und werden die Schritte (c) bis (f) für eine vorbestimmte Anzahl von Stellen entlang einer Länge der Verbindung wiederholt; wird ein sekundäres Kopplungsmedium zwischen der Verbindung und dem primären Kopplungsmedium aufgebracht; wird eine Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren berechnet, um von der Vielzahl von Wandlerelementen empfangene Rohdaten zu korrigieren, um akustische Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem flexiblen, halbfesten Material und der Verbindung zu kompensieren; wird die Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren durch Simulieren einer Signalausbreitung in die Verbindung berechnet; und Erzeugen einer Amplitudenverteilungskarte und Bestimmen, ob die geschweißte oder gelötete Verbindung ausreichend inspiziert ist.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Für ein umfassendes Verständnis der Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene beispielhafte Formen davon beschrieben, wobei Folgendes gilt:

1 ist ein Blockdiagramm einer Inspektionssonde gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Inspektionssonde, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist;
3 ist eine schematische Seitenansicht der Inspektionssonde aus 2, die eine geschweißte oder gelötete Verbindung zwischen zwei Komponenten gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung inspiziert;
4 ist eine schematische Seitenansicht der Inspektionssonde aus 1, die durch eine Vielzahl von Positionen über die geschweißte oder gelötete Verbindung gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung schwenkt;
5A ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Inspizieren der geschweißten oder gelöteten Verbindung zwischen zwei Komponenten unter Verwendung des Systems in 1;
5B ist ein Ablaufdiagramm eines anderen beispielhaften Verfahrens zum Inspizieren der geschweißten oder gelöteten Verbindung zwischen zwei Komponenten unter Verwendung des Systems in 1, wobei das System ein Ultraschallsystem ist und die Inspektionssonde eine Ultraschallsonde ist;
6A ist ein minimal korrigiertes rekonstruiertes Bild einer gelöteten Verbindung, während die Inspektionssonde in einer ersten Position in Bezug auf die Verbindung gehalten wird;
6B ist ein minimal korrigiertes rekonstruiertes Bild der gelöteten Verbindung aus
6A, während sich die Inspektionssonde in einer zweiten Position in Bezug auf die Verbindung befindet;
6C ist ein vollständig korrigiertes rekonstruiertes Bild desselben Datensatzes, der in
6A verwendet wird, für das die Korrekturen erster und zweiter Ordnung, auch als Zeitverzögerungs- bzw. Amplitudenkorrekturen bekannt, angewendet werden;
6D ist ein vollständig korrigiertes rekonstruiertes Bild desselben Datensatzes, der in
6B verwendet wird, das wie in Bezug auf 6C beschrieben rekonstruiert wird;
6E ist ein rekonstruiertes Bild der Gesamtamplitude einer Ultraschallwelle, die von der Verbindung in Abhängigkeit davon, dass sich die Inspektionssonde in der ersten Position von 6A befindet, erfasst wird, und
6F ist ein rekonstruiertes Bild der Gesamtamplitude einer Ultraschallwelle, die von der Verbindung in Abhängigkeit davon, dass sich die Inspektionssonde in der zweiten Position von 6B befindet, erfasst wird.

Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung werden Systeme und Verfahren zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung bereitgestellt. Die Systeme und verwandten Verfahren sind dazu in der Lage, Bilder von Verbindungen mit stark gekrümmten Flächen zu koppeln, zu scannen und zu konstruieren, indem eine innovative Inspektionssonde in Kombination mit einem flexiblen, halbfesten Material und in einer Form einem Fluid oder sekundären Kopplungsmaterial und ein erweiterter Datenanalysealgorithmus verwendet werden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. In einer Form der vorliegenden Offenbarung sind sowohl das flexible, halbfeste Material als auch das Fluidkopplungsmaterial ein Gel, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein System zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung 10 zwischen mindestens zwei Komponenten 12 (oder im Fall einer Reparatur, wie nachstehend dargelegt, einer einzelnen Komponente 12) veranschaulicht und allgemein durch das Bezugszeichen 20 angegeben. Während das System 20 genutzt werden kann, um eine beliebige Größe von geschweißten oder gelöteten Verbindungen zu untersuchen, weist die Verbindung 10 in einer Form eine sehr kleine Größe (z. B. zwischen Komponenten, die etwa 0,5 mm dick sind, mit Verbindungsquerschnittsflächen in der Größenordnung von etwa 1 mm²) und sehr hohe Krümmungen der oberen Fläche (z. B. Krümmungsradien in der Größenordnung von etwa 2 mm) auf.
In einigen Anwendungen sind die Komponenten 12 strukturelle und/oder lasttragende Komponenten, die über die geschweißte oder gelötete Verbindung 10 miteinander verbunden sind. In anderen Anwendungen sind die Komponenten 12 nicht strukturelle und/oder nicht lasttragenden Komponenten, die über die geschweißte oder gelötete Verbindung 10 miteinander verbunden sind. Zusätzlich können die Komponenten 12 aus einer beliebigen Art von Material hergestellt sein, einschließlich beispielsweise unter anderem Aluminium, Stahl, anderen Metallen, Polymeren und Verbundstoffen. Darüber hinaus kann jede der Komponenten 12 aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Darüber hinaus kann die Verbindung 10 in einer einzelnen Komponente 12 enthalten sein oder kann mehr als zwei Komponenten 12 beinhalten, die miteinander verbunden sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann die geschweißte oder gelötete Verbindung 10 ausgeführt worden sein, um einen Spalt in einer einzelnen Blechkomponente zu reparieren oder um eine geschweißte oder gelötete Verbindung zu reparieren (z. B. wenn Risse vorhanden sind). Dementsprechend kann eine Komponente 12 oder die Verbindung 10 gemäß den Lehren in dieser Schrift repariert und inspiziert werden. Das System 20 beinhaltet eine Inspektionssonde 22, ein Signalverarbeitungsmodul 24 und eine Datenerfassungseinheit 26. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, treibt die Datenerfassungseinheit 26 die Sonde 22 an und überträgt/empfängt Daten für deren ordnungsgemäßes Funktionieren. In einer Form beinhaltet das System 20 eine grafische Benutzeroberfläche 28 in Kommunikation mit dem Signalverarbeitungsmodul 24. Das System 20 ist in einer Form ein Ultraschallinspektionssystem, es versteht sich jedoch, dass andere Arten von NDE-Systemen (z. B. unter anderem Röntgen, Wirbelstrom) eingesetzt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Weitere Details des Signalverarbeitungsmoduls 24 und des Betriebs des Gesamtsystems 20 sind nachstehend nach der folgenden Beschreibung der innovativen Inspektionssonde 22 ausführlicher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 umfasst die Inspektionssonde 22 ein Gehäuse 30, das einen proximalen Endabschnitt 32 und einen distalen Endabschnitt 34 aufweist. Das Gehäuse 30 definiert ferner einen inneren Hohlraum 36 und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter 38, die an dem distalen Endabschnitt 34 angeordnet sind. Distale Enden 40 der verjüngten Abstandshalter 38 definieren Schwenkflächen 42 (deren Funktion nachstehend in Bezug auf den Betrieb der Inspektionssonde 22 ausführlicher beschrieben wird). Ferner sind die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter 38 voneinander beabstandet, um eine sekundäre Einhausung 44 zu definieren. Die sekundäre Einhausung 44 ist dazu konfiguriert, darin ein primäres Kopplungsmedium zu sichern, das in einer Form aus einem flexiblen, halbfesten Gelmaterial hergestellt ist, das nachstehend ausführlicher beschrieben wird. In einer Form, wie gezeigt, ist eine Vielzahl von Verzahnungen 46 an Innenflächen der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter 38 angeordnet. Die Verzahnungen 46 sind dazu konfiguriert, das flexible, halbfeste Gelmaterial zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern 38 zu greifen. Die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter 38 können flexibel oder elastisch verformbar sein, um das flexible, halbfeste Gelmaterial dazwischen aufzunehmen. Dementsprechend kann das Gehäuse 30 aus einem Polymermaterial gebildet sein, um neben anderen funktionellen Eigenschaften die Flexibilität für die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter 38 bereitzustellen. Es versteht sich jedoch, dass eine Vielfalt anderer Materialien für das Gehäuse 30 eingesetzt werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In einer anderen Variation definieren die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter 38 bogenförmige Außenprofile, wie gezeigt. Dieses Profil ermöglicht der Inspektionssonde 22, auf kleine/enge Räume zur Inspektion zuzugreifen, wie nachstehend ausführlicher veranschaulicht und beschrieben. Eine Vielzahl von Wandlerelementen 52 ist innerhalb des inneren Hohlraums 36 des Gehäuses 30 angeordnet, die in einer Form eine eindimensionale Anordnung definiert. Es versteht sich jedoch, dass andere Anordnungen, die größer als eindimensional sind, wie etwa eine zweidimensionale Anordnung, eingesetzt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wenn ein elektrischer Strom von der Datenerfassungseinheit 26 (1) durch die elektrische Leitung 53 an die Wandlerelemente 52 angelegt wird, erzeugt die Vielzahl von Wandlerelementen 52 Schallwellen, die zu der Verbindung 10 gelangen.
Insbesondere gibt das Signalverarbeitungsmodul 24 ein elektrisches Signal an die Datenerfassungseinheit 26 aus und steuert dadurch die Datenerfassungseinheit 26 und die Wandlerelemente 52. Somit wählt die Datenerfassungseinheit 26 nacheinander eines oder mehrere der Wandlerelemente 52 mit einem vorbestimmten Zeitzyklus aus, um ein Ausgabeziel von elektrischen Signalen zu werden. Im Gegenzug emittieren die Wandlerelemente 52 gepulste Energiewellen in Richtung der Verbindung 10. Die Verbindung 10 beinhaltet die obere Fläche (auch als „Fläche“ bezeichnet), alle Schweiß-/Lötschnittstellen, alle Schweißmetall-/Lötmetallgrenzen, ein Volumen zwischen diesen Grenzen, eine oder mehrere Schnittstellen, die sich innerhalb des Volumens befinden können (z. B. Porosität, Risse) und alle nicht verschweißten Fusionsflächen/nicht gelöteten Verbindungsabschnitte. Die Wandlerelemente 52 empfangen dann die Ultraschallwellen, die zurückreflektiert werden, und wandeln die Ultraschallwellen anschließend in elektrische Energie (z. B. Strom und Spannung) um, die dann an das Signalverarbeitungsmodul 24 zur Datenverarbeitung übertragen/kommuniziert wird, wie nachstehend ausführlicher dargelegt. Wie in 1 gezeigt, kann sich die Datenerfassungseinheit 26 außerhalb und getrennt von dem Signalverarbeitungsmodul 24 befinden. In dieser Variation steht die Datenerfassungseinheit 26 in Kommunikation mit dem Signalverarbeitungsmodul 24 und empfängt das elektrische Signal von dem Signalverarbeitungsmodul 24. In anderen Beispielen kann die Datenerfassungseinheit 26 durch ein anderes Modul (nicht gezeigt) anstelle des Signalverarbeitungsmoduls 24 gesteuert werden, um das elektrische Signal zu empfangen. Andere Variationen können auch beinhalten, dass die Datenerfassungseinheit 26 innerhalb des Signalverarbeitungsmoduls 24 integriert ist (nicht gezeigt). Diese und andere Variationen sollten als in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallend ausgelegt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die Inspektionssonde 22 nun in einer anfänglichen Inspektionsposition an der geschweißten oder gelöteten Verbindung 10 zwischen den zwei Komponenten 12 gezeigt. In dieser Figur ist ein primäres Kopplungsmedium, wie zuvor dargelegt, im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 60 angegeben. Das primäre Kopplungsmedium 60 ist innerhalb der sekundären Einhausung 44 gesichert (ebenfalls in 2 gezeigt) und ist somit durch Ultraschall an die Wandlerelemente 52 gekoppelt. Zusätzlich wird ein Fluid oder sekundäres Kopplungsmedium 62, das in einer Form gelbasiert ist, auf der oberen Fläche der Verbindung 10 zwischen der oberen Fläche der Verbindung 10 und dem primären Kopplungsmedium 60 platziert. Dieses sekundäre Kopplungsmedium 62 wird bereitgestellt, um die Kopplung der Inspektionssonde 22 an die Verbindung 10 zu verbessern, während sie auf den Schwenkflächen 42 schwenkt. In einer Form ist das primäre Kopplungsmedium 60 ein Gel auf Glycerinbasis, in dem die Viskosität modifiziert wurde, um eine halbfeste Kopplungsverbindung zu erlangen, und ist das sekundäre Kopplungsmedium 62 eine Verbindung auf Glycerinbasis, in der die Viskosität modifiziert wurde, um eine Fluidverbindung zu erlangen, um beliebige Lücken zwischen der Verbindung 10 und dem primären Kopplungsmedium 60 zu füllen. In einer anderen Form könnten das primäre und das sekundäre Kopplungsmedium beide auf Propylenglycol basiert oder andere ähnliche Verbindungen sein. In einer anderen Form könnte das sekundäre Kopplungsmedium Wasser sein. Die Schwenkflächen 42 werden an der oberen Fläche der Verbindung 10 platziert, wie in der anfänglichen Inspektionsposition gezeigt. In einer Form der vorliegenden Offenbarung ist das sekundäre Kopplungsmedium 62 optional und es wird nur das primäre Kopplungsmedium 60 verwendet.
Das sekundäre Kopplungsmedium 62 kann auch innerhalb des inneren Hohlraums 36 der Inspektionssonde 22 zwischen dem primären Kopplungsmedium 60 und den Wandlerelementen 52 der Inspektionssonde 22 genutzt werden. Das Platzieren des sekundären Kopplungsmediums 62 in dieser Position ermöglicht es den Wandlerelementen 52, den Ultraschallkontakt mit dem primären Kopplungsmedium 60 im Wesentlichen aufrechtzuerhalten und in diesem Kontakt zu bleiben, während die Inspektionssonde 22 in Betrieb ist.
Unter Bezugnahme auf 4 ist die Bewegung der Inspektionssonde 22 ausführlicher veranschaulicht. Wenn sich die Inspektionssonde 22 in ihrer anfänglichen Position in der Mitte befindet, wird sie auf den Schwenkflächen 42 von links nach rechts, wie entlang des Pfeils X-X gezeigt, um eine Schwenklinie „L“ (die sich in die Seite und aus dieser heraus erstreckt) gedreht. Die Inspektionssonde 22 kann somit bei Bedarf aus der anfänglichen Position in die Position „A“ und dann in die Position „B“ zurückgedreht werden. Diese Drehung der Inspektionssonde 22 wird in unterschiedliche Winkel um die Schwenklinie „L“ und aus diesen heraus wiederholt, bis eine angemessene Inspektion/Abdeckung der Verbindung 10 mit den Daten, die von den Wandlerelementen 52 gesammelt und an das Signalverarbeitungsmodul 24 übertragen werden, hergestellt ist (1). Bei einer Ultraschallinspektionstechnik werden ein oder mehrere Ultraschalldatensätze mit der Inspektionssonde 22 in einem oder mehreren Winkeln in Bezug auf die Verbindung 10 erfasst. Für jeden Datensatz wird eine gepulste Ultraschallwelle von einem oder mehreren der Wandlerelemente 52 (d. h. mindestens einem von einer Vielzahl von Wandlerelementen 52) emittiert und die von den verschiedenen Flächen (sowohl außen als auch innen) der Verbindung 10 reflektierten Signale werden von allen oder einer Teilmenge der Wandlerelemente 52 aufgezeichnet. In einer Form wird dieser Prozess wiederholt, wobei jedes Wandlerelement in der Anordnung von Wandlerelementen 52 in einer Technik, die als Vollmatrixerfassung bekannt ist, der Emitter wird. Beliebige Techniken zur Datenerfassung mit synthetischer Apertur außer Vollmatrix sind ebenfalls anwendbar. Zum Beispiel können Datenerfassungstechniken Phasenregelung für Teilmengen der Wandlerelemente 52 beinhalten.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Signalverarbeitungsmodul 24 in einer Form eine oder mehrere Speichervorrichtungen 25 und ein oder mehrere Verarbeitungsmodule 27. Die Speichervorrichtungen 25 können beispielsweise einen oder mehrere Ultraschalldatensätze speichern. Zum Beispiel können Datensätze, die durch die Inspektionssonde 22 erfasst und über die Vielzahl von Wandlerelementen 52 an das eine oder die mehreren Verarbeitungsmodule 27 übertragen werden, in den Speichervorrichtungen 25 gespeichert werden. Die Verarbeitungsmodule 27 führen im Allgemeinen Berechnungen/Analysen durch (wie nachstehend ausführlicher beschrieben) und stellen einer optionalen grafischen Benutzeroberfläche 28 elektronische Anzeigesignale bereit. Das System 20 kann zudem einen drahtlosen Sendeempfänger, einen drahtlosen Empfänger und/oder andere Hardware oder Software beinhalten, um Datenkommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des Systems 20 und mit anderen externen Komponenten/Systemen (nicht gezeigt) bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 5A wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Inspizieren der geschweißten oder gelöteten Verbindung 10 mit der Inspektionssonde 22 im Allgemeinen erörtert. Nach dem Aufbringen des sekundären Kopplungsmediums 62 auf die Verbindung 10 wird die Inspektionssonde 22 zusammen mit dem primären Kopplungsmedium 60 in einer anfänglichen Inspektionsposition platziert und entlang der oberen Fläche der Verbindung 10 ausgerichtet. Zum Beispiel kann die Inspektionssonde 22 entlang der oberen Fläche der Verbindung 10 positioniert und von links nach rechts, wie entlang des Pfeils X-X gezeigt, um die Schwenklinie „L“ gedreht werden, wie in 4 gezeigt.
Wenn sich die Inspektionssonde 22 nun in Position befindet, wird die Inspektionssonde 22 in der anfänglichen Inspektionsposition auf der Schwenklinie „L“ an der Verbindung 10 stationär gehalten. Die Inspektionssonde 22 wird in Position gehalten, bis die Inspektionssonde 22 einen ersten Datensatz erfasst und an das Signalverarbeitungsmodul 24 kommuniziert. Bei Empfang verarbeitet das Signalverarbeitungsmodul 24 den ersten Datensatz, um ein rekonstruiertes Bild der Verbindung 10 zu erstellen, das an die grafische Benutzeroberfläche 28 kommuniziert wird.
Als nächstes wird die Inspektionssonde 22 gedreht und auf der oder um die Schwenklinie „L“ an der Verbindung 10 aus einer Position A in eine Position B oder umgekehrt verschoben, wie in 4 gezeigt. Die Inspektionssonde 22 erfasst dann einen zweiten Datensatz von der zweiten Inspektionsposition und kommuniziert diesen an das Signalverarbeitungsmodul 24. Das Signalverarbeitungsmodul 24 verarbeitet den zweiten Datensatz, um ein rekonstruiertes Bild zu erstellen, das die Flächen und Teilflächen der Verbindung 10 darstellt. Das Signalverarbeitungsmodul 24 setzt dann die zwei rekonstruierten Bilder zusammen und kommuniziert das vollständigere rekonstruierte Bild an die grafische Benutzeroberfläche 28. Um die Qualität jedes der rekonstruierten Bilder zu verbessern, berechnet das Signalverarbeitungsmodul 24 Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren, die benötigt werden, um das rekonstruierte Bild hinsichtlich akustischer Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem primären Kopplungsmedium 60 und der Verbindung 10 zu korrigieren.
Zusätzlich, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 5B dargelegt, wird das rekonstruierte Bild untersucht, um zu bestimmen, ob die Verbindung 10 ausreichend (gemäß vorbestimmten Inspektionsspezifikationen) inspiziert wurde. Wenn die Verbindung 10 nicht ausreichend inspiziert wurde, wird die Inspektionssonde 22 erneut um denselben Schwenkpunkt „L“ oder einen anderen Schwenkpunkt entlang der oberen Fläche der Verbindung 10 gedreht, bis ein zusammengesetztes rekonstruiertes Bild mit ausreichender Abdeckung erreicht wird. Wenn die Verbindung 10 ausreichend inspiziert wurde, wird eine Qualitätsbewertung der Verbindung 10 durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf 5B ist nun ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Inspizieren der geschweißten oder gelöteten Verbindung 10 mit der innovativen Inspektionssonde 22 veranschaulicht und nun ausführlicher beschrieben. In dieser Variation ist das System 20 ein Ultraschallsystem und ist die Inspektionssonde 22 eine Ultraschallinspektionssonde.
Nach dem Aufbringen des sekundären Kopplungsmediums 62 auf die Verbindung 10 wird die Inspektionssonde 22 in der anfänglichen Inspektionsposition (in 3 gezeigt) platziert und unter Verwendung der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter 38 entlang der geschweißten oder gelöteten Verbindung 10 ausgerichtet. In dieser Position steht das primäre Kopplungsmedium 60 in Kontakt mit den Wandlerelementen 52 und dem sekundären Kopplungsmedium 62, wodurch ermöglicht wird, dass Signale effektiv zwischen den Wandlerelementen 52 und der geschweißten oder gelöteten Verbindung 10 und den Wandlerelementen 52 übertragen werden.
Nachdem sich die Inspektionssonde 22 in Position befindet, werden gepulste Ultraschallwellen von einem oder einer Teilmenge der Wandlerelemente 52 emittiert und werden Signale von der Verbindung 10 zu den Wandlerelementen 52 zurück reflektiert. Die Inspektionssonde 22 wird dann um die Schwenklinie „L“ gedreht und wieder an der Verbindung stationär gehalten, woraufhin ein weiterer Datensatz von den Wandlerelementen 52 gesammelt wird. Daten (oder Datensätze, wie vorstehend dargelegt) von den Wandlerelementen 52 werden an das Signalverarbeitungsmodul 24 übertragen/kommuniziert, das Bilder erzeugt, die in unterschiedlichen Winkeln erlangt werden. Diese Bilder werden entweder zusammengefügt, um ein Inspektionsbild zu erzeugen, oder einzeln verwendet, um das Ausmaß der Inspektion/Abdeckung der Verbindung 10 zu bestimmen. Im Allgemeinen wird dieser Prozess wiederholt, bis das rekonstruierte Bild ausreichend detailliert und klar genug ist, um eine Bestimmung oder Bewertung der Qualität der Verbindung 10 zu ermöglichen.
Insbesondere werden unter Verwendung jedes Datensatzes (entweder durch Verarbeiten der Daten zu einem Bild oder Analysieren der reflektierten Rohsignale als eine Reihe von B-Scans, 2D-Intensitätsverläufen der Gesamtamplitude der reflektierten Ultraschallenergie) der Ort und die Geometrie der obere Fläche der Verbindung 10 in Bezug auf die Wandlerelemente 52 bestimmt. Unter Verwendung dieser Geometrie der oberen Fläche werden zusammen mit den akustischen Eigenschaften des sekundären Kopplungsmediums 62 und des primären Kopplungsmediums 60 und der Verbindung 10 eine Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren durch Simulieren der Ultraschallwellenausbreitung in die Verbindung 10 berechnet. Die Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren, die auch als Korrekturen erster bzw. zweiter Ordnung bekannt sind, werden verwendet, um die Rohdaten für die akustische Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem flexiblen, halbfesten Gel und dem Verbindungsmaterial zu korrigieren, wodurch die Analyse die Krümmung der oberen Fläche der Verbindung 10 kompensieren kann.
Unter Bezugnahme auf die 6A-6F sind nun Beispielbilder unter Verwendung des vorgenannten Verfahrens gezeigt. Als erstes sind minimal korrigierte rekonstruierte Bilder der Verbindung (die zwei Bilder entsprechen zwei unterschiedlichen Winkeln der Inspektionssonde 22 in Bezug auf dieselbe Verbindung 10) in den 6A und 6B gezeigt. In den 6A und 6B werden die akustische Impedanzfehlanpassung und die Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung an der vorderen Lötfläche nicht berücksichtigt. Jedes dieser rekonstruierten Bilder, die die in dieser Schrift dargelegten weiteren Korrekturen nicht beinhalten, wird nur genutzt, um die obere Verbindungsfläche in Bezug auf die Sonde zu lokalisieren, sodass die weiteren Korrekturen angewendet werden können. Zusätzlich wird die CAD-Geometrie der Komponenten 12 (durch die durchgezogenen Umrisse gezeigt) in den 6A und 6B unter Verwendung eines Starrkörper-Registrierungsprozesses automatisch an die beobachteten Flächen angepasst, um einem Bediener das Analysieren und Quantifizieren der Schnittgeometrie und der Diskontinuitäten zu erleichtern. Die gestrichelten Linien auf gegenüberliegenden Seiten der Verbindung 10 in den 6A-6F werden verwendet, um das Auge entlang der oberen und unteren Fläche der Schweißung oder Lötung zu führen.
Nachdem die Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren berechnet wurden und die Rohdaten für die akustische Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem primären Kopplungsmedium 60 und der Verbindung 10 korrigiert wurden, werden hochauflösende Bilder der Innen- und Außenflächen der Verbindung 10 erzeugt, wie in den 6C und 6D gezeigt. In den 6C und 6D werden die Korrekturen erster und zweiter Ordnung unter Berücksichtigung der Wirkung der akustischen Impedanzfehlanpassung und der Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung an der Verbindungsfläche angewendet. Das Einbeziehen der Amplitudenskalierungsfaktoren in die Bildrekonstruktion ist eine neuartige Ergänzung, die die erforderliche Verbesserung der Abbildung des Verbindungsinnenraums von stark gekrümmten Schweiß- oder Lötverbindungen 10 bereitstellt. Insbesondere wird die Ausbreitung der Ultraschallwelle, die von jedem Wandlerelement 52 übertragen wird, unter Verwendung numerischer Techniken simuliert, um die Signaleigenschaften zu bestimmen, die zwischen den Wandlerelementen 52 und jedem Punkt im Raum vorhanden wären. Für jedes Signal entsprechen die Korrekturen erster und zweiter Ordnung der Zeit, für die das Signal eine maximale Amplitude bzw. die entsprechende Amplitude anzeigt. Diese Berechnungen können unter Verwendung einer Strahlreihenerweiterung, von Finite-Elemente-Verfahren oder Spektraltechniken, neben anderen möglichen Ansätzen, durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf die 6E und 6F wird als nächstes die Gesamtamplitude von Ultraschallwellen, die von der Verbindung 10 reflektiert werden, verwendet, um die Energiemenge zu berechnen, die in die Verbindung 10 eingedrungen ist, wodurch es einem Bediener (oder dem Verarbeitungsmodul 27 in dem Signalverarbeitungsmodul 24) ermöglicht wird, die Menge der Verbindung zu bestimmen, die durch die Datensätze inspiziert wurde. Wenn die Amplitudenverteilung unzureichend ist, um die Verbindung 10 vollständig zu inspizieren, wird die Inspektionssonde 22 anschließend erneut geschwenkt, um zusätzliche Datensätze zu sammeln, bis eine ausreichende Amplitudenverteilung erreicht ist. Dieser Prozess kann manuell durch einen Bediener oder automatisch durch das Verarbeitungsmodul 27 erreicht werden, zum Beispiel durch Steuern eines Motors (nicht gezeigt) oder einer Dreh-/Verschiebungsvorrichtung (nicht gezeigt), die an der Sonde 22 angebracht ist, oder einer Kombination davon. Dementsprechend werden jedes Merkmal der Verbindung 10 und beliebige mögliche Diskontinuitäten oder Mängel durch den Bediener und/oder das Verarbeitungsmodul 27 gemäß einer anwendbaren Konstruktions-/Qualitätsspezifikation beurteilt, was einen quantitativen Vergleich der gemessenen Merkmale und möglichen Diskontinuitäten mit der Spezifikation ermöglicht, um die Verbindungsqualität zu bestimmen.
Wie vorstehend offenbart, stellt die vorliegende Offenbarung innovative Systeme und Verfahren zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung bereit. Diese Systeme und Verfahren lösen Probleme beim Koppeln, Scannen und bei der Bildkonstruktion von Verbindungen mit kleiner Größe und/oder stark gekrümmten Flächen durch Nutzung der innovativen Inspektionssonde 22 (zur einfachen und kontrollierten Ausrichtung der Inspektionssonde 22 mit der Verbindung 10 in einer breiten Vielfalt von Verbindungen) kombiniert mit einem primären oder flexiblen, halbfesten Kopplungsmedium 60 (das unter Verwendung einer sekundären Einhausung 44 sicher an die Wandlerelemente 52 gekoppelt ist) und einem Fluidkopplungsgel oder einem sekundären Kopplungsmedium 62 und zusätzlich verbesserten Datenanalysealgorithmen, die Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren verwenden, wie vorstehend dargelegt.
Die in dieser Schrift offenbarten Systeme und Verfahren können die Kosteneffizienz von Schweiß- und Lötvorgängen erhöhen, indem sie die Kosten der zerstörenden Inspektion reduzieren. Ausschusseinsparungen und Durchsatzverbesserungen können mit der Umsetzung des vorgenannten robusten zerstörungsfreien Bewertungsverfahrens realisiert werden.
Ferner gehen die Lehren der vorliegenden Offenbarung über den aktuellen Stand der Technik hinaus, bei dem die akustische Impedanzfehlanpassung und die Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem primären Kopplungsmedium 60 und der Verbindung 10 nur durch Berechnen der Zeitverzögerungen kompensiert werden, die durch eine obere Verbindungsfläche verursacht werden, während eine Amplitudenänderung ignoriert wird. Dieser Ansatz stellt nur eine Korrektur erster Ordnung für einen Strahlengang bereit, die möglicherweise keine Abbildung eines Verbindungsinnenraums über eine ausreichend große seitliche Ausdehnung der Verbindung ermöglicht, um eine angemessene Inspektion bereitzustellen. Die offenbarten Systeme und Verfahren, wie in dieser Schrift offenbart, beinhalten sowohl die Zeitverzögerungskompensation erster Ordnung als auch die Amplitudenkompensation zweiter Ordnung, um ein Ultraschallbild des Verbindungsinnenraums zu verbessern. Diese zusätzlichen Korrekturen spielen eine bedeutende Rolle beim Erlangen eines genauen Bildes des Verbindungsinnenraums über ein größeres Ausmaß der Verbindung, insbesondere wenn die Krümmung der Verbindungsfläche zunimmt.
Sofern in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Eigenschaften angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind, wenn sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen gewünscht, die industrielle Praxis, Material, Herstellung und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit beinhalten.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer umgesetzt werden, der durch Konfigurieren eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen verkörpert sind, erstellt wurde. Die vorstehend beschriebenen Funktionsblöcke, Ablaufdiagrammkomponenten und anderen Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Beschreibung der Offenbarung ist rein beispielhafter Natur und somit ist beabsichtigt, dass Variationen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der Offenbarung zu betrachten.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren: Bewegen der Inspektionssonde entlang der geschweißten oder gelöteten Verbindung zu einer anderen Stelle in einem vorbestimmten Abstand von der anfänglichen Inspektionsposition; und Wiederholen der Schritte (c) bis (f) für eine vorbestimmte Anzahl von Stellen entlang einer Länge der geschweißten oder gelöteten Verbindung.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Aufbringen eines sekundären Kopplungsmediums zwischen der geschweißten oder gelöteten Verbindung und dem primären Kopplungsmedium.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Berechnen einer Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren, um von der Vielzahl von Wandlerelementen empfangene Rohdaten zu korrigieren, um akustische Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem flexiblen, halbfesten Material und der geschweißten oder gelöteten Verbindung zu kompensieren.
In einem Aspekt der Erfindung wird die Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren durch Simulieren einer Signalausbreitung in die geschweißte oder gelötete Verbindung berechnet.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Erzeugen einer Amplitudenverteilungskarte und Bestimmen, ob die geschweißte oder gelötete Verbindung ausreichend inspiziert ist.

Claims

Inspektionssonde, umfassend: ein Gehäuse, das einen proximalen Endabschnitt und einen distalen Endabschnitt aufweist, wobei das Gehäuse einen inneren Hohlraum, der an dem proximalen Endabschnitt angeordnet ist, und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter, die an dem distalen Endabschnitt angeordnet sind, definiert, wobei distale Enden der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter Schwenkflächen definieren und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter voneinander beabstandet sind, um eine sekundäre Einhausung zu definieren; und eine Vielzahl von Wandlerelementen, die innerhalb des inneren Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist.
Inspektionssonde nach Anspruch 1, ferner umfassend ein primäres Kopplungsmedium, das aus einem flexiblen, halbfesten Material hergestellt ist, wobei das primäre Kopplungsmedium zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern innerhalb der sekundären Einhausung gesichert ist.
Inspektionssonde nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Verzahnungen, die an Innenflächen der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter angeordnet ist.
Inspektionssonde nach Anspruch 1, wobei die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter bogenförmige Außenprofile definieren.
Inspektionssonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Wandlerelementen eine eindimensionale Anordnung bildet.
Inspektionssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vielzahl von Wandlerelementen eine zweidimensionale Anordnung bildet.
Inspektionssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter flexibel sind.
Inspektionssystem zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung, wobei das System Folgendes umfasst: eine Inspektionssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4; ein Signalverarbeitungsmodul in Kommunikation mit der Vielzahl von Wandlerelementen; und eine Datenerfassungseinheit in Kommunikation mit der Vielzahl von Wandlerelementen.
System nach Anspruch 8, ferner umfassend eine grafische Benutzeroberfläche, die in Kommunikation mit dem Signalverarbeitungsmodul steht und dazu konfiguriert ist, mindestens ein rekonstruiertes Bild der geschweißten oder gelöteten Verbindung anzuzeigen.
System nach Anspruch 9, wobei das rekonstruierte Bild eines von einem 2D-Bild und einem 3D-Bild ist.
System nach Anspruch 8, wobei das Signalverarbeitungsmodul Algorithmen umfasst, die Bilder, die in verschiedenen Winkeln erlangt werden, wenn die Inspektionssonde gedreht oder über die geschweißte oder gelötete Verbindung verschoben wird, zusammenfügen.
System nach Anspruch 11, wobei die zusammengefügten Bilder zur Anzeige auf einer grafischen Benutzeroberfläche auf CAD-Geometrie (computer aided design) abgebildet werden.
System nach Anspruch 8, wobei eine gepulste Energiewelle von mindestens einem der Vielzahl von Wandlerelementen emittiert wird und von der geschweißten oder gelöteten Verbindung reflektierte Signale von mindestens einem der Vielzahl von Wandlerelementen aufgezeichnet werden.
System nach Anspruch 13, wobei das Signalverarbeitungsmodul eine Reihe von Zeitverzögerungen und Amplitudenskalierungsfaktoren berechnet, um von der Vielzahl von Wandlerelementen empfangene Rohdaten zu korrigieren, um akustische Impedanzfehlanpassung und Schallgeschwindigkeitsfehlanpassung zwischen dem primären Kopplungsmedium und der geschweißten oder gelöteten Verbindung zu kompensieren.
Verfahren zum Inspizieren einer geschweißten oder gelöteten Verbindung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Platzieren einer Inspektionssonde in einer anfänglichen Inspektionsposition, wobei die Inspektionssonde Folgendes umfasst: ein Gehäuse, das einen proximalen Endabschnitt und einen distalen Endabschnitt aufweist, wobei das Gehäuse einen inneren Hohlraum, der an dem proximalen Endabschnitt angeordnet ist, und gegenüberliegende verjüngte Abstandshalter, die an dem distalen Endabschnitt angeordnet sind, definiert, wobei distale Enden der gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter Schwenkflächen definieren und die gegenüberliegenden verjüngten Abstandshalter voneinander beabstandet sind, um eine sekundäre Einhausung zu definieren; eine Vielzahl von Wandlerelementen, die innerhalb des inneren Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist; und ein primäres Kopplungsmedium, das ein flexibles, halbfestes Material umfasst, das zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern gesichert ist, (b) Kommunizieren von Daten von der Vielzahl von Wandlerelementen an ein Signalverarbeitungsmodul in der anfänglichen Inspektionsposition; (c) Drehen der Inspektionssonde über die geschweißte oder gelötete Verbindung um eine Schwenklinie, die sich zwischen den gegenüberliegenden verjüngten Abstandshaltern erstreckt, in eine stationäre Inspektionsposition; (d) Kommunizieren von Daten von der Vielzahl von Wandlerelementen an das Signalverarbeitungsmodul in der stationären Inspektionsposition; (e) Zusammenfügen von Bildern, die in verschiedenen Winkeln erlangt werden, um ein Inspektionsbild zu erzeugen; und (f) optionales Wiederholen der Schritte (c) bis (e), bis ein rekonstruiertes Bild eine vorbestimmte Detailgenauigkeit erreicht.