專利名稱：無損檢測探頭的定位的制作方法
技術領域：
本發明涉及無損檢測領域，特別涉及在現場執行的測量。本發明涉及不使用笨重的對測量探頭定位的工具來對材料進行局部化分 析，甚至以繪圖的形式進行分析的可能性。因此，本發明涉及確定測量位置的 方法，以及允許確定測量位置的系統。
背景技術：
在許多領域，例如在醫學領域，對材料進行分析和檢查而不改變材料的屬 性可能顯得是必不可少的。無損檢測裝置(CND， contr6皿enondestructif)通常包括測量探頭，其具有一 個或多個物理特性或物理-化學特性的發射器和接收器，該測量探頭和信號處 理模塊相連。該處理模塊通常工作連接到用來將所獲得的各種特性顯示出來的 顯示器.然而在所分析的材料中，所要追查的異質成分可能具有變化的尺寸，外形 千變萬化，于是希望繪圖。而且所檢測的材料可能是一個組件的一部分，而出 于工藝成本的原因，經常希望不將這部分分離出來。特別是在航空領域，用CND ^險測材料的屬性，例如組成機身的材料的 屬性，并核實這些屬性和現行的標準傳度、裂縫或裂紋的出現、腐蝕點、…) 的兼容性。為此，利用超聲和渦流進行的各種檢測對于估計機身的抗沖擊的能 力，例如定位和測量樣本的缺陷，是特別有用的。繪制圖形是將探頭，例如CND的探頭，所給出的物理量與其位置相聯系的 結果。另夕卜，在使用超聲波檢測缺陷的框架中，存在定位系統，其使用壓電陶 瓷型的發射器和接收器(例如Tecnatom的BAT 系統)，根據發射的聲波而對探頭的位置進行編碼。通常由探頭移動臂或斜面型;iafe定位系統得到位置。然而這種系統使用起來太笨重，而且通常還需要移動待分析件以將其定位在定位系 統處，因此需要能將接收器固定在上面的框架。發明內容除了其它優點外，本發明提出一種系統和方法，可以緩解現有設備中存在
的上述缺陷，而且可以實現例如對待分析材料的現場繪圖。特別是，借助于本 發明，可以采集測量探頭的坐標，例如笛卡爾坐標，以建立被分析材料的狀態 圖。在其一方面，在本發明涉及一種定位系統，包括信號發射器和兩個信號接 收器，以及允許測量發射和接收之間的延遲的裝置。最好將這些延遲的測量值， 即與信號之間的偏移相應的持續時間傳輸到用來例如通過三角測量法測量發 射器位置的裝置。根據本發明的系統是非常容易應用的，因為其中的每個接收器和發射器都 是可以獨立定位。例如，當用來確定持續時間的信號由聲波組成時，則接收器 和用來以可逆方式固定到表面上的裝置例如吸盤相連，而彼此之間不耦合。發 射器例如可以是壓電膜，帶有自動膠粘劑，以便和意欲確定其位置的裝置耦合。發射器和接收器之間的距離的確定最好借助于同步脈沖實現。在考慮繪困 的情況下，可以以固定的頻率發射同步脈沖。接收器可以例如和時間測量裝置 耦合，所述時間測量裝置由所述脈沖在發射器被激活的同時觸發，并且當接收 器在脈沖期間接收到所發射的信號時停止。這種結構允許例如僅僅用兩個接收器^Mt發射探頭的位置進行二維定位。 最好，用來確定持續時間的各個元件都裝在殼體里面，發射器和接收器通 過有線連接耦合到所述殼體。最好，將和持續時間有關的這些信息通過數據通信(例如用USB連接)傳輸到位置確定程序.最好，該確定程序和測量裝置相聯系，亦及和與探頭耦合的分析裝置相聯系。最好對定位進行預先的校準.本系統可以包括校準裝置，特別是導引該步 驟的裝置，例如程序。可能希望設置定位輔助裝置，以在校準時加快佳發射器 到位，在另一方面，本發明涉及一種用于定位測量探頭的方法，這種方法利用探 頭和發射器的耦合，并利用借助于兩個接收器的三角測量法對該發射器定位。 優選地使用根據本發明的系統。在一個優選的方面中，該方法用在一種用于對表面繪圖的方法中，在這種 方法中，以最好^Jl則的頻率來定位探頭，并且定位數據與探頭的測量相關聯。 為了增加精度，接收器置于所要繪圖的表面之外。在根據本發明的方法之前優選地有校準，該校準不需要對兩個接收器之間 的距離進行測量。最好，通過將發射器定位在沿兩個接收器的垂直平分線均勻 間隔開的三個點上來執行校準。可以使用程序和定位輔件來輔助該校準。
通過閱讀后面的描述并參照附圖可以更好地理解本發明的特征和優點，后 面的描述是示例性的，不具有任何限制性。圖1示意性地示出根據本發明的優選實施方式的定位和繪圖系統。圖2示出根據本發明的一種實施方式的繪圖前的校準方法。
具體實施方式
如圖l所示，操作員使用探頭4分析某個部件2上的區域1。此處的"操 作員"應理解為既可指操作的人，也可以，例如如果部件2的環境是^t保護的， 是指遠程手動激勵的操縱臂.從其提出要分析的部分1的部件2可以例如是飛機機身的一個區域、發動 機的一個組件等，部分1還可以是部件2的不可分割的組成部分。部件2和區 域1可以具有不同的配置，但它們通常具有甚至是零的平均曲率和不規則性。 區域1的表面可以例如是大約50到400 cm 2，并且其一般小于一個平方米事 實上，對于太大的部件，手動移動探頭4可能顯得麻煩。優選地將要分析的區 域1設在部件2內的功能位置處例如，在有對飛機的沖擊的情況下，在維護 操作期間直接進行分才斤，在這樣的航空應用中，探頭4優選地使用超聲或渦流來確定材料1的特性。 通常探頭4連接到用于分析檢查數據的裝置，如果可能所述裝置還用于存儲所 述數據、顯示所述數據；更常見地是探頭4連接到具有適當處理程序的微機6。 這兩個組件4和6之間的連接8可以是任何已知類型的連接。同樣地，根據操 作員與計算機6是在同一房間內還是有一距離，測量與數據分析和/或存儲操 作之間的距離可較大或較小，實際上，不管CND儀器4、 6、 8是什么，都可以 使用根據本發明的定位系統10。定位系統10包括可檢測的物理現象(優選為聲波)的發射器12。發射器 12最好為壓電膜(例如PVDF (聚偏氟乙烯)或一種共聚物)的形式，其可以 例如通過自粘附裝置的存在與任何CND探頭4耦合。可以根據探頭4的大小和 可用于耦合發射器12的位置來選^L發射器12的大小，而發射器12大小的選 #^要能在其被激勵時發射足夠量的超聲，以不致使檢測過度變慢。具體地， cm 2級別例如5 x 10咖2的PVDF膜是比較合適的。可以根據所進行的測量選擇 發射器12:根據本發明的系統10可以包括多個發射組件12,在根據探頭4進
行分析時只可4吏用其中的一個。發射器12發射的信號要由多個接收器感測。具體地，優選使用兩個市場 上可買到的壓電陶瓷型超聲波接收器14、 16。最好，接收器14、 16上裝有將 它們可拆卸地附著到表面(具體地是部件2)上的裝置，例如吸盤。發射器12和接收器14、 16優選地通過線連接18連接到定位系統10的殼 體20。在根據本發明的裝置10中，接收器14、 16彼此完全獨立，并且獨立于 發射器12:每個組件14、 16可以位于不存在支持框架或導軌的任何可接近位 置，并JLiC射器12可以相對于接收器在,方向移動。優選地將兩個接收器14、 16定位在要分析的區域1之外，與部件2在同 一表面上。使用三角測量法執行CND探頭2的定位，就是說用^UL射膜12到每個接 收器14、 16的距離來確定發射器12的坐標。特別地，每個發射和接收之間的定位。因此測量之間的同步是所期望的。' 、在辦公室自動化領域中，對于位置的識別，使用例如通過紅外二極管 (Mimi(^系統)實現的同步是4^p的。根據本發明，同步是借助于激勵壓電膜12的電脈沖實現的；優選地，每 個接收器14、 16與計數器、秒表或^其它用于確定持續時間的裝置耦合。 當發送電脈沖時，接收器14、 16的計數器在壓電膜12發射超聲波信號的同時 被觸發。當兩個壓電陶乾接收器14、 16接收到壓電膜12發射的信號時，計數 器停止。如果超聲波的速率是已知的，則借助計數器的值可以確定探頭4與每 個接收器14、 16分開的距離；通過三角測量法，可以確定在基于兩個探頭的 參照系中探頭4的坐標X、 Y。可以直接在定位系統10的殼體20處例如4吏用電子卡來執行坐標的計算。 最好，為了減輕裝置10的負荷，存在于殼體20內的電子卡僅僅是用來確定計 數器的值，而其余的計算都可以遠程進行。為此，在殼體20帶有通信端口 22， 它允許數據從電子卡傳輸給計算裝置。最好，尤其是為了使配置更靈活和減少成本，通信端口 22為USB端口， 這允許根據本發明的裝置10用作輕便的和容易攜帶的計算機外設，其能夠與 任何計算^M目連。優選地，USB連接24也用來處理同步脈沖。然而要傳輸的數 據并不需要有使這種類型的連接必不可少的流量。特別地，使用與用于分析由探頭4發射的數據的裝置同樣的裝置進行三角
測量法計算被證明是特別有利的。因此殼體20的USB端口 22可以連接到連接 了探頭4的計算機6，在這種情況下計算機6裝有定位程序。如果希望繪圖， 即如果探頭4給出的結果與區域1的呈示對應地展示，此耦合24是特別有利 的。繪圖需要位置的連續值。根據發射器12與接收器14、 16間的距離(即接 收的最小持續時間)、所需繪圖精度及探頭4的移動速度，可以使用不同的脈 沖頻率，但優選地低于150或200 Hz，以避免兩個發射/接收序列的重疊。對 于超聲波，已證明使用80Hz的值是適當的。特別是在繪圖的情況下，也包括如果僅僅是需要對探頭4的定位的精確確 定，可執行校準校正計數器的同步，確定接收器14、 16的位置，以隨后從 所述結果獲得"絕對"定位(即受到物理限制).最好，根據本發明，校準是在沒有測量兩個接收器14、 16之間的距離的 情況下執行的，在如下的情況下結果會有誤差如果所述兩個接收器是彼此完 全獨立的，特別是在沒有耦合軌道的情況下，并且所述兩個接收器位于例如彎 曲表面2上。優選地，對校準進行輔助，即，定位程序具有例如引導不同校準步驟的模 塊。具體地，在測量之前，將發射器12定位在待分析區域1中沿垂直平分線 分開固定長度的至少兩點上，然后確定其距離的值.最好，將定位輔件或量規 30 (比如圖2所示者)與梠^據本發明的系統IO相聯系，以在此步驟期間輔助 定位探頭。根據一種優選實施方式，該校準方法允許避開"溫度"這個參數使用三 個點以獲得一方程組，借助該方程組可以通過計算來確定超聲波或聲波的速 率，因此不必知道執行測量時的溫度。il^航空領域中當溫度可能根據涉及到 的部件和工作現場的位置而強烈變化時是特別有利的。借助此步驟，通過省去用于測量溫度的裝置可以4吏系統變輕，并且通過消除額外的不精確源而增加了 結果的可靠性。象這樣的對區域1的特性的測量即使在繪圖的情形中也是足夠 快的，使得可以在整個過程期間將溫度視為常數。但是，可以進行定期校準。 具體地，在CND開始時，發射器12被聯結到探頭4上；兩個接收器14、 16被"粘"在要分析的材料的表面2上。量規30，例如帶有三個等距的平行 分支34的尺子32,基本沿兩個接收器14、 16的垂直平分線36定位。探頭4 相繼沿三個分支34定位在垂直平分線36上每個定位通過程序的輔助并根據 與接收器14、 16相聯系的計數器提供的時間而祐 阮化。于是得到兩個已知長
度的同樣的時間間隔由此可以推算出確定定位所需的超聲波速，以及允許繪 圖的發射器之間的距離。這個步驟很快，僅將測量本身(狹義的測量)延長幾 秒，對于技術人員/操作者來說小于20 s。隨后可以用探頭4進行狹義的測量.探頭4通常以掃描的方式在區域1上 移動，由計算機6存儲和分析材料2的特性，計算機6可以將材料2的特性與 系統10的數據結合，并按照任何已知的形式(尤其是曲線圖)呈現這些特性。上面所描述的定位系統IO使用聲波發射，但也存在其它可能性。其適用 于任何無損檢測技術，同時無論是在空間上還是在重量上都并不笨重(例如其 可以放在工作服或甚至夾克的口袋里)，特別地，其可以適合于任何現有的用 于維護的探頭4，包括超聲波探頭，定位和分析兩種操作的工作頻率非常不同， 檢查區域1的尺度和凹度在儀器IO和探頭4的性能范圍內可以是隨意的。根據本發明的系統10的應用特別簡單，尤其是在使用USB連接的實施方 式中。其并不需JH^何昂貴的設備，特別是在使用線連接18的情況下；可以 使用針對此類計算的當前數據處理程序。可以想到例如通過使用第三接收器來實現三維繪圖，這時系統10變重了。 但是，這種替代方案會損害使用的容易性和快速性。
權利要求
1、一種對裝置(4)定位的系統(10)，所述裝置例如是測量探頭，所述系統包括●信號發射器(12)；●所發射信號的兩個接收器(14、16)；●用于激勵發射器(12)的裝置；●用以確定所述激勵產生的信號發射和每個接收器(14、16)對信號的接收之間的持續時間的裝置；其特征在于所述發射器(12)和接收器(14、16)可以彼此獨立地定位。
2、 根據權利要求1的系統，其中所iOL射器12包括用于與裝置(4) 耦合的裝置，并且/或者每個接收器(14、 16)包括用于與表面(2)相聯的裝 置。
3、 根據權利要求1或2的系統，包括用于發射同步脈沖的裝置，該裝 置用作激勵發射器(12)的裝置，其中，用于確定持續時間的裝置在IMt上,與 用于發射脈沖的裝置耦合。
4、 根據權利要求3的系統，其中所述信號為超聲波，并且所述接收器 (14、 16)與計數器相聯，所述計數器用來測量所述脈沖和所述接收器(14、16)接收到超聲波之間的延遲。
5、 根據權利要求4的系統，其中，發射器(12)為壓電膜的形式。
6、 根據權利要求3至5中任何一項的系統，其中，所述用于發射脈沖 的裝置被配置為重復發射脈沖，尤其是以固定頻率發射脈沖。
7、 根據權利要求1至6中任何一項的系統，包括殼體(20),該殼體包 括用于激勵發射器(12)的裝置、確定所述激勵產生的信號發射與每個接收器(14、 16)對信號的接收之間的持續時間的裝置，并且所i^L射器(12)和所 述接收器(14、 16 )通過線連接(18 )與所述殼體耦合。
8、 根據權利要求1至7中任何一項的系統，還包括根據所確定的持續 時間通過三角測量法確定所i^射器(12)的位置的裝置。
9、 根據權利要求7的系統，還包括根據所確定的持續時間通過三角測 量法確定所i^射器(12)的位置的裝置，其中，所述殼體包括通信端口 (22)， 所述用于確定位置的裝置連接到所述通信端口 。
10、 根據權利要求9的系統，其中，所述通信端口 (22)為USB端口。
11、 根據權利要求8至10中任何一項的系統，包括用于校準所itiL射器 (12)和接收器(14、 16)的相對位置的裝置。
12 、 根據權利要求11的系統，其中所述校準裝置包括定位輔件(3 0 )和 導引所述校準過程的裝置。
13、 一種用于確定測量探頭(4)在待分析區域(l)上的定位的方法，包括參將所述測量探頭(4)與信號發射器(12)耦合；*將兩個獨立的接收器(14、 16 )置于包括所述待分析區域(1)的表面 (2)上； 發射用于激勵所述信號發射器(12 )的脈沖；*測量所*沖與所述接收器(14、 16 )對所述信號的接收之間的持續時間； 工具所測得的持續時間通過三角測量法確定所述探頭(4)的位置。
14、 根據權利要求13的方法，其中，所述待分析的區域(l)是一種材料 表面的一部分，并且所述接收器(14、 16)定位在所i^面(2)的所述待分 析部分(1)之外的部分上。
15、 根據權利要求13至14中任何一項的方法，包括對兩個接收器(14、 16)的定位的校準。
16、 根據權利要求15的方法，其中，所述校準包括將所述探頭(4)定 位在至少基本位于兩個接收器(14、 16 )之間的垂直平分線(36 )上的兩個點 中。
17、 根據權利要求16的方法，其中所述校準包括將所述探頭(4)定位 在沿所述垂直平分線(36)以均勻距離間隔開的至少三個點上。
18、 根據權利要求16至17的任何一項的方法，其中所述探頭(4 )的定 位借助定位輔件(30)來執行。
19、 一種使用根據權利要求13至18中任何一項的方法對表面繪圖的方 法，其中，對每個繪圖點重復執行發射、測量持續時間以及確定步驟。
20、 根據權利要求13至19中任何一項的方法，其中所^射器(12)及 接收器(14、 16)使用超聲波信號。
21、 根據權利要求13至20中任何一項的方法，其中，所iiiL射器和接 收器是根據權利要求1至12中任何一項的系統的一部分。
22、 根據權利要求13至21中任何一項的方法，其中，所述探頭(4 )的 位置的確定是與對所述探頭(4)的測量的分析相聯系的。
全文摘要
傳統的無損檢測探頭(4)可與根據本發明定位系統(10)耦合以確定任意時刻儀器(4)在待分析表面(1)上的位置。定位系統(10)包括超聲波發射器(12)和兩個超聲波接收器(14、16)，它們都與用于確定所述發射器(12)和所述接收器(14、16)之間的距離的裝置耦合，每個所述組件相對于彼此都是可以自由移動的。發射器(12)和探頭(4)之間的耦合允許通過三角測量法確定探頭(4)的位置。還描述了定位和繪圖方法。
文檔編號G01S5/30GK101120267SQ200680005326
公開日2008年2月6日 申請日期2006年2月22日 優先權日2005年2月25日
發明者卡皮西納·卡彭鐵爾, 塞巴斯蒂安·羅萊 申請人:歐洲航空防務與空間公司-Eads法國