專利名稱：超聲波檢查工具的制作方法
超聲波檢查工具本發(fā)明涉及一種超聲波檢查工具。更具體地，本發(fā)明涉及一種利用柔性陣列來應(yīng)對(account for)倒圓部件的尺寸可變性的超聲波檢查工具。通過倒圓部件，我們指的是具有彎曲的或圓弧形截面的部件。這種部件通常包括倒圓部，其中，倒圓部與從倒圓部任一端的延伸的、彼此垂直的平面凸緣成90度延伸。飛行器部件(諸如縱梁、翼梁)為倒圓部件。組合式倒圓部件會(huì)在半徑(radius)內(nèi)具有各種缺陷。例如，纖維波紋和過度空隙度會(huì)不利地影響材料的機(jī)械性能。因此，為了解決該問題，必須事先設(shè)計(jì)材料厚度的增加，這將增大部件的重量和成本。檢測這種缺陷的傳統(tǒng)方法涉及提供一種超聲波元件的剛性彎曲陣列，該剛性彎曲陣列被導(dǎo)向至與部件的表面垂直以檢測其中的任何缺陷。在許多應(yīng)用中，特別是在航空航天部門，部件的半徑和“開口角度”(即，從倒圓部的任意端延伸的凸緣之間的角度)沿著部件的長度變化。這種變化會(huì)由于部件的形狀而不可避免地發(fā)生，或由于制造公差而偶然地發(fā)生。無論是哪一種，這通常會(huì)對已知的陣列探頭引發(fā)問題，這是因?yàn)?由于超聲波脈沖不以預(yù)期的方式進(jìn)入和離開材料，部件尺寸的變化可能產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。此外，如果使用者希望檢查具有變化的半徑和開口角度的寬范圍的倒圓部件，那么使用者通常必須使用不同的探頭。這是昂貴的并且意味著必須儲(chǔ)存相當(dāng)大數(shù)量的陣列探頭以應(yīng)對部件尺寸的變化。本發(fā)明的目的是克服或至少緩解上述問題之一。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種超聲波檢查探頭，包括:柔性超聲波陣列，柔性耦合部件，其被設(shè)置成將所述柔性超聲波陣列超聲地耦合至工件，所述柔性耦合部件具有工件耦合表面以及與所述工件耦合表面相對的加載表面，加載部件，其被設(shè)置成對所述加載表面施加壓力，以在使用時(shí)保持所述工件耦合表面與工件之間的接觸。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種對工件進(jìn)行超聲檢查的方法，所述方法包括以下步驟:提供工件，提供柔性超聲波陣列，提供柔性耦合部件，將所述柔性耦合部件至少部分地放置于所述陣列與所述工件之間，對所述陣列和/或所述耦合部件施加壓力，以確保所述耦合部件與所述工件之間的接觸，利用所述柔性超聲波陣列對所述工件進(jìn)行超聲波掃描。有利地，提供這種檢查探頭和方法允許使用者在工件方向上保持壓力，以使得耦合部件變形并因而與工件保持恒定接觸?？梢赃x擇耦合部件的材料性能，以確保在整個(gè)柔性陣列上保持相等的壓力。由于超聲波陣列探頭是柔性的，隨著工件的半徑和/或開口角度的變化，超聲波陣列探頭隨耦合部件而變形。此外，上述組件可以使用于更寬范圍的部件幾何形狀，從而消除了對于多個(gè)探頭的需要?，F(xiàn)在參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的超聲波檢查探頭，在附圖中:

圖1為根據(jù)本發(fā)明的超聲波檢查探頭的立體分解圖；圖2為根據(jù)圖1的超聲波檢查探頭的分解側(cè)視圖；以及圖3為所采用的抵靠工件的圖1的超聲波檢查探頭的側(cè)視圖。參照圖1，超聲波檢查探頭100包括柔性耦合部件102、柔性超聲波陣列探頭104以及加載部件106。柔性耦合部件102通常為棱柱形，并且沿著第一軸X具有基本上恒定的截面。柔性率禹合部件由低超聲衰減明顯的娃橡膠(low ultrasonic attenuation clear siliconerubber)構(gòu)成。柔性耦合部件102包括安裝塊108和耦合部110。安裝塊108通常為長方體形狀，且包括下面將描述的、用于接納探頭體的探頭體腔112。安裝塊108還限定了延伸至與耦合部110相接的通常的平面部114。耦合部110包括從安裝塊108的平面部114延伸的第一腿部116。第一腿部116是平面且平坦的。倒圓部118從第一腿部116延伸以限定在橫截面上大致為90度的圓弧段，其接合至相對于第一腿部116約90度延伸的第二腿部120上。換言之，耦合部110包括第一腿部116，第一腿部116與第二腿部120垂直且兩者通過90度倒圓部118連接。因此，耦合部110適于與相似形狀的工件嚙合。耦合部110限定了工件耦合表面122和與其相對的加載表面124。耦合部110還包括與X軸垂直的端表面126，128。工件耦合表面122和加載表面124兩者均限定了由第一腿部限定的第一平面部，由第二腿部120限定的第二平面部，以及限定在第一平面部與第二平面部之間的通常為部分-圓柱表面區(qū)域(倒圓段)。耦合部110限定了在耦合部110內(nèi)與加載表面124鄰近且平行延伸的陣列探頭槽130。該槽130從面對安裝塊108的開口端132延伸。閥131與該槽流體連通。柔性超聲波陣列探頭104包括探頭體134，探頭體134經(jīng)由傳輸超聲波信號的數(shù)據(jù)連接136連接至包括計(jì)算機(jī)的超聲波分析系統(tǒng)。探頭體134還包括用于安裝旋轉(zhuǎn)編碼器137且連接至旋轉(zhuǎn)編碼器137的編碼器安裝部138。柔性超聲波傳感器陣列140從探頭體134延伸并且包括一系列超聲波元件(未示出)，從探頭體134的區(qū)域到超聲波傳感器陣列140的自由端142，以通常的線性形式間隔開這些超聲波元件。加載部件106是通常為棱柱形的半柔性的實(shí)心橡膠塊，其具有加載表面144，加載表面144的輪廓與柔性耦合部件102的加載表面124的輪廓基本相同。加載部件106的不與柔性耦合部件102面對的剩余表面通過人體工程學(xué)手柄146限定。參照圖3，如下裝配超聲波檢查探頭100。從探頭體134移除編碼器安裝部138，使得探頭體134能夠被插入至在安裝塊108的探頭體腔112中。當(dāng)探頭體134插入時(shí)，柔性超聲波傳感器陣列140通過在柔性耦合部件102的耦合部110中的開口端132滑至槽130中。對于閥131施加真空泵以從槽130排出空氣，從而使得槽130的側(cè)面與超聲波傳感器陣列140接觸。槽130比陣列140略寬以便從陣列140的面對耦合表面122的底側(cè)去除所有空氣。在插入之后，將編碼器安裝部138重新連接至探頭體134，并且將適合的編碼器輪(encoder wheel)137附接至編碼器安裝部138的一側(cè)或兩側(cè),使其延伸至平面部114的底表面并且能夠與其鄰近的工件接觸，以超聲波檢查探頭100檢測在X軸方向上沿工件行進(jìn)的距離。在使用時(shí)，定位超聲波檢查探頭100，使得工件耦合表面122與工件10鄰近且耦
口 ο工件10包括第一腿部12、倒圓部14以及第二腿部16。可以將諸如凝膠或水的適合的耦合材料置于柔性耦合部件102與工件10之間以增強(qiáng)耦合。超聲波陣列探頭104可以被致動(dòng)，并且超聲波檢查探頭100在與X軸平行的方向上沿著工件10移動(dòng)。可以以這種方式創(chuàng)建工件的詳細(xì)掃描。如之前提到的，工件10可以包括開口角度(S卩，第一腿部12與第二腿部16之間角度)的變化，此外，倒圓部14的內(nèi)部半徑可以變化。當(dāng)探頭100沿著工件10的長度滑動(dòng)時(shí)，使用者抓住加載部件106并且朝向倒圓部14施加力。該力將作用于推動(dòng)柔性耦合部件102的工件耦合表面122使其抵靠工件10，并且該柔性將應(yīng)對開口角度或半徑的任何變化。這樣，由于柔性耦合部件102的柔性，保持柔性超聲波陣列探頭與工件10之間的耦合。因此，能夠進(jìn)行可靠的耦合和測量。變型落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，該布置可以描述與凸部相對的凹形工件耦合表面。此外，可以使用任何形狀的工件耦合表面，諸如波紋狀、平面的以及曲面的。代替真空，可以對閥131施加正風(fēng)壓。在該情形下，陣列140應(yīng)與槽130的側(cè)面形成緊配合，使得當(dāng)施加正壓力時(shí)推壓陣列140使其抵靠槽130的最靠近耦合表面122的面。這將確保能夠保持良好的超聲波耦合。耦合部件可以為由柔性膜狀材料構(gòu)成的水填充部件。該耦合部件通常與耦合部件102具有相同的大小和形狀。該實(shí)施方式允許使用略硬的材料(由于該材料被構(gòu)造為柔性結(jié)構(gòu)膜，其硬度被抵消)。因此，在該實(shí)施方式中可以使用低摩擦力材料，這在由于工件-硅接口具有高摩擦系數(shù)而使掃描變得困難的情況下變得有用。可選地，水可以從除了工件接觸側(cè)之外的一側(cè)饋給至水填充耦合部件，并且在工件接觸側(cè)中創(chuàng)建的若干孔允許水排出。這對于部件在工件表面上的運(yùn)動(dòng)提供了額外的潤滑和奉禹合。這種方法對于必須使用較小耦合力的、薄的或弱的工件也是有用的。
權(quán)利要求
1.一種超聲波檢查探頭，包括: 柔性超聲波陣列， 柔性耦合部件，其被設(shè)置成將所述柔性超聲波陣列超聲地耦合至工件，所述柔性耦合部件具有工件耦合表面以及與所述工件耦合表面相對的加載表面， 加載部件，其被設(shè)置成對所述加載表面施加壓力，以在使用時(shí)保持所述工件耦合表面與工件之間的接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波檢查探頭，其中，所述柔性耦合部件和所述超聲波陣列是機(jī)械耦合的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波檢查探頭，其中，所述超聲波陣列至少部分地被置于所述柔性耦合部件內(nèi)限定的腔體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波檢查探頭，其中，所述腔體包括槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超聲波檢查探頭，所述超聲波檢查探頭包括與所述腔體流體連通的閥，并且所述閥被設(shè)置成允許將空氣引入所述腔體和/或從所述腔體去除空氣。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波檢查探頭，其中，所述柔性耦合部件限定了第一腿部、第二腿部以及在所述第一腿部與所述第二腿部之間的倒圓段。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波檢查探頭，其中，所述加載部件為手持塊。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波檢查探頭，其中，所述加載部件限定了具有與和所述耦合邊界表面相對的表面大致相同的形狀的加載表面。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超聲波檢查探頭，其中，所述柔性耦合部件是實(shí)心材料塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的超聲波檢查探頭，其中，所述柔性耦合部件被構(gòu)造為流體填充的膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲波檢查探頭，其中，所述流體填充的膜包括在所述工件耦合表面上的用于排出流體的孔。
12.—種對工件進(jìn)行超聲波檢查的方法，所述方法包括以下步驟: 提供工件， 提供柔性超聲波陣列， 提供柔性耦合部件， 將所述柔性耦合部件至少部分地置于所述陣列與所述工件之間， 對所述陣列和/或所述耦合部件施加壓力，以確保所述耦合部件與所述工件之間的接觸， 利用所述柔性超聲波陣列對所述工件進(jìn)行超聲波掃描。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的對工件進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中，所述將所述柔性耦合部件至少部分地置于所述陣列與所述工件之間的步驟包括:將所述陣列至少部分地放置于所述耦合部件內(nèi)的腔體中的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要 求13所述的對工件進(jìn)行超聲波檢查的方法，包括以下步驟: 改變所述腔體內(nèi)的氣壓，以確保所述陣列與所述耦合部件之間的耦合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的對工件進(jìn)行超聲波檢查的方法，其中，所述改變氣壓的步驟包括降低所述腔體中的壓力的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的對工件進(jìn)行超聲波檢查的方法，包括以下步驟: 提供加載部件， 將所述陣列和所述耦合部件放置于所述工件與所述加載部件之間， 對所述加載部件手動(dòng)施加壓力以將所述耦合部件擠壓至所述工件，從而增加所述耦合部件與所述工件之間的接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的對工件進(jìn)行超聲波檢查的方法，包括沿著所述工件滑動(dòng)所述耦合部件和所述陣列以逐漸地掃描所述工件的步驟。
18.—種 對飛行器部件進(jìn)行超聲波檢查的方法，所述方法包括權(quán)利要求12至17中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
一種超聲波檢查探頭(100)，包括柔性超聲波陣列(140)；柔性耦合部件(102)，其被設(shè)置成在耦合邊界表面(122)處將柔性超聲波陣列超聲地耦合至工件(10)；加載部件(106)，其被設(shè)置成對所述耦合部件的與所述耦合邊界表面相對的表面施加壓力，以保持所述耦合邊界表面與所述工件之間的接觸。
文檔編號G01N29/22GK103189742SQ201180052642
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者安德魯·邦德-索利, 理查德·弗里曼特爾 申請人:空中客車營運(yùn)有限公司