[发明专利]具有用多中心半径聚焦的圆角表面的结构的超声检查方法

说明书

本发明涉及具有用多中心半径聚焦的圆角表面的结构的超声检查方法，多中心半径聚焦用于检查具有变化的半径的圆角部分(10、22)的圆角表面(26)，而不需机械地调整阵列传感器(30、46)。多个聚焦定律经设计在与具有变化的半径的模拟的圆角表面的曲率中心对应的相应焦点处电子地转向和聚焦超声。承载该阵列传感器的机械探针(40)被定位到两个物理位置，这两个物理位置在半径区域的外部并具有小于圆角表面变化的半径而改变的空间关系。随着该探针沿圆角部分移动，该探针维持该阵列传感器处于相对于圆角部分的恒定位置。随着该阵列传感器扫描该圆角部分，对该阵列传感器进行电子调整，以依次地聚焦在相应的焦点处。

技术领域

本公开通常涉及用于超声检查的方法和设备，并且特别地，涉及用于具 有圆角表面的复合结构的超声检查的方法和设备。

背景技术

最大化商用飞机的性能并最小化商用飞机的重量的需求导致了复合材料 的广泛使用，如纤维增强塑料材料。各种细长的复合结构可以具有需要检查 的相对狭窄的内部腔体，以便确保该结构满足生产和/或性能规格。在许多情 况下，那些内部腔体部分地由加固件界定，每个加固件包括腹板和凸缘，腹 板和凸缘在具有一个或多个圆角的交叉点处相遇。更通常地，由纤维增强塑 料材料制成的组件可以具有内圆角或外圆角。

在机械工程中，圆角是部件设计的内角或外角的倒圆角。圆角几何结构 当在内转角上时是凹函数线，并且当在外转角上时是凸函数线。在复合部件 的制造中，圆角通常称为“半径”，因为它们通常具有圆弧形轮廓。为了避免 可能由于使用诸如“一个半径的半径”等术语而引起的混淆，本公开采用将 具有圆形轮廓的圆角称为“圆角表面”以及将圆角表面的径向尺寸称为“半 径”的惯例。如本文所用，术语“圆弧”是圆的圆周的一部分。本文所指的 圆弧是理论的(例如，模拟的)构造，该构造可以在圆角部分的参照系中被 数学地定义。例如，圆弧可以被数学地限定，使得在圆角部分的参照系中被 数学地限定的圆角部分的非平行的第一平表面和第二平表面理论上在圆弧的 相对端处与圆弧相切。

在细长的复合结构的情况下，使用软工具的制造产生其半径沿复合部件 的长度变化的圆角表面。也有许多单独的复合部件，它们的圆角表面具有独 特半径的圆角表面。无论是检查具有不同半径的多个部件还是检查具有多个 半径的单个部件，操作员都会花费大量时间将其探针调整为不同的半径。另 外地，非破坏性检查(NDI)系统的设计者必须设计和制造独特的探针，这些 探针包括用于圆角表面的各种轮廓的换能器元件阵列(以下称为“阵列传感 器”)。

用于复合结构的倒角的超声检查的现有方法包括以下几种：(1)当探针 正沿着圆角表面移动时，由操作员物理地调整超声阵列传感器；(2)具有非 常复杂的机械设计，以在检查期间移动阵列传感器，该设计可以包括电机机 械调整、机器人铰接、尺寸反馈传感器等(由于系统可变性，缺点包括昂贵 的检查探针、昂贵的维护和昂贵的机器人重新教学)；(3)对圆角表面进行多 个扫描，每个扫描获得具有对设置文件的不同调整和/或对阵列传感器的调整 的数据(这增加循环时间)；(4)使用放置在不同位置的不同阵列传感器进行单次扫描(这增加系统成本和检查探针复杂性)；(5)使用波束转向将超声波 束引导到圆角表面(这在某种程度上工作，但是数据可能并不理想，因为进 入部件的超声波的物理角度并非在所有位置处都理想地垂直于部件表面)； (6)使用超声波束转向方法以不同的角度将声音发送到该部件的圆角表面 中，基于响应调整电子波束转向，并且然后用经调整的较新电子波束，再次 将声音发送到该部件的表面中，重复此迭代过程几次，直到获得合适的信号 响应(该过程可趋向于掩盖操作员将想要看到的表面不规则；另一个缺点是， 软件算法因位于圆角附近的不期望的不规则反射而被混淆)。

挑战是提供一种方法来检查复合部件的圆角表面，而不必机械地调整阵 列传感器，即使半径发生变化。示例将是机翼蒙皮加固件、机身加固件或翼 梁半径，其中在检查期间机械地调整阵列传感器变得非常昂贵、耗时，或者 产生复杂的机械系统。

发明内容