[发明专利]用于成形工件的超声波检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描器。更具体地讲，本发明涉及用于无损测试金属和复合结构等的超声波测试(UT)扫描器。

背景技术

能够利用超声波测试来分析材料的不可见区域，诸如部件、焊接部和复合材料的内部。这种无损测试(NDT)利用声波的反射来探测很难通过不破坏部件的其它方式探测的故障和特征。在航天航空领域超声波测试是在生产和服务期间探测材料的完整性的常用技术。

扫描器趋于是便携式的(即更适于在使用中扫描)或非便携式的(具体用于生产)。

超声波测试的特征在于需要耦合剂以帮助将超声能传输到试样，这是因为空气和固体(即诸如试样)之间的声阻抗失配大。假如不使用耦合剂这将导致声波反射和扫描质量下降。耦合剂通常采取水或凝胶体或可变形固体的形式。

传统上，因为操作必须在逐点基础上执行，所以超声波测试在检测速度方面受限。改进已经导致阵列扫描或“画笔”扫描的发展，该阵列扫描或画笔扫描允许在表面上方连续扫描以产生测试部件的希望区域的二维图像。然而这种设备体积大并且限于在生产(如与维修相对)环境中使用并且不认为是便携式的。

圆角和紧密弯曲区域的扫描是个问题。例如层状复合材料中的缺陷常常平行于工件的表面出现。因而，超声换能器需要具有垂直于工件的表面定向的扫描矢量以有效地扫描。

这在紧密弯曲区域中产生问题，并且特别是例如在桁条腹板的根部建立的紧密的圆角处产生问题。该圆角大约是5mm半径并且在该区域使用传统的大扫描器是无效的。特别地，线性扫描阵列不能发射垂直于弯曲部件的表面的超声能。

理想的是以大约1mm的最低分辨率扫描该圆角。

本发明的目的在于提供一种改进的检测装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于扫描成形工件的超声波扫描器，所述扫描器包括：

主体，

具有第一扫描方向的第一超声换能器；

具有第二扫描方向的第二超声换能器，以及

耦合部件，所述耦合部件构造成在耦合表面将所述换能器超声地耦合至所述工件，

其中所述换能器被安装于所述主体，使得所述第一扫描方向和所述第二扫描方向基本上垂直于所述耦合表面并且该第一扫描方向和该第二扫描方向相互成非零角。

优选地，所述耦合表面大致是棱形的。

所述耦合表面可以包括两个大体上的平坦表面之间的圆角半径。所述平坦表面可以大体上成直角。

优选地，所述耦合部件包括限定用于容纳耦合剂液体的空腔的可变形膜。优选地，所述膜由胶乳橡胶构成。优选地，所述超声波扫描器包括与所述空腔成流体连通的耦合剂阀，以选择性地引入和除去所述耦合剂液体。

可替代地，所述耦合部件由固体耦合剂材料构成。

多个所述超声换能器可以形成为整体的超声扫描阵列。

优选地，所述换能器是单独地安装于所述主体的不连续的超声换能器。

优选地，所述换能器被安装于所述主体，使得所述扫描方向均大体上通过单个焦点轴线，并且其中每个所述扫描方向均垂直于所述焦点轴线。所述换能器可以被安装于所述主体，使得扫描矢量均大体上通过单个焦点。所述耦合表面可以包括圆角半径并且所述焦点轴线被大体上定位于所述圆角半径的原点。所述圆角半径可以是凸起的。

优选地，提供一种液体耦合剂输送系统，该液体耦合剂输送系统构造成在扫描期间将液体耦合剂引入所述耦合表面。

优选地，提供一种定位成在扫描期间与工件的表面接触的辊子元件。

优选地，所述超声波扫描器包括第一旋转编码器，所述第一旋转编码器安装于所述主体的第一侧，定位成在扫描期间接触工件并且测量所述扫描器相对于该工件的移动。

优选地，所述超声波扫描器包括第二旋转编码器，所述第二旋转编码器安装于所述主体的大体上与所述第一侧相对的第二侧，定位成在扫描期间接触工件并且测量所述扫描器相对于该工件的移动。

优选地，所述耦合部件是可更换的。

优选地，所述耦合部件被保持在第一主体部件和第二主体部件之间，并且所述第一主体部件和所述第二主体部件通过卡扣接合。

根据本发明的第二方面，提供一种用于扫描工件的扫描组件，所述组件包括主体、均具有扫描矢量的多个超声换能器，其中所述换能器被安装于所述主体，使得所述扫描矢量大体上通过单个焦点轴线，并且每一个扫描矢量均大体上垂直于所述焦点轴线。

优选地，所述换能器被安装于所述主体，使得所述扫描矢量均大体上通过单个焦点。

根据本发明的第三方面，提供一种超声扫描工件的表面的方法，所述方法包括如下步骤：