專利名稱：檢測設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測部件的設備。更具體地，本發明涉及一種用于復合飛行 器部件的超聲掃描的設備。
背景技術：
能夠利用超聲測試來分析材料的不可見區域，諸如部件、焊接部和復合材料的內 部。這種無損測試(NDT)利用聲波的反射來探測很難通過不破壞部件的其它方式探測的故 障和特征。在航天航空領域超聲測試是在生產和服務期間探測材料的完整性的常用技術。掃描器往往是便攜式(即，更適于服務中掃描)或者非便攜式(特別用于生產) 的。超聲測試的一個特征是由于空氣與固體(諸如測試樣本)之間的聲阻抗失配很 大，因此需要耦合劑以幫助超聲能量傳送到測試樣本。如果不使用耦合劑，該失配便造成聲 波反射以及掃描質量的下降。耦合劑通常采取水或凝膠或諸如低聲損彈性體的可變形固體 的形式。超聲測試的另一個特征是需要將超聲換能器相對于實體或者待探測的故障正確 定向(通常垂直定向)。在層狀復合材料中，這些故障與工件表面基本平行地定向。這樣， 重要的是掃描器正確定向以使掃描方向垂直于工件的表面。傳統上，由于該操作必須在逐點的基礎上執行，因此超聲測試受到檢測速度方面 的限制。已經改進研發了陣列掃描，或者允許在一個表面上方持續掃描的“畫筆”掃描，以產 生測試部件期望區域的二維圖像。然而這種裝置笨重并且限于使用在生產(與服務相對) 環境中，并且不被認為是便攜的。—個問題是低聲損彈性體具有相對高的摩擦系數，使得很難將其橫跨待掃描的表 面移動。一般來說，較低摩擦材料通常不具有期望的聲學特性。本發明的目的是提供一種改進的檢測設備。
發明內容
根據本發明提供了一種用于掃描工件的超聲掃描器，該掃描器包括超聲換能器；固體耦合部件，該固體耦合部件限定用于與所述換能器相接觸的換能器接觸表面 以及用于與待掃描的工件相接觸的工件接觸表面；其中所述固體耦合部件至少部分地圍繞所述換能器以便相對于所述工件接觸表 面定位所述換能器。有利地，所述換能器與所述耦合部件之間的界面用于將所述換能器相對于所述待 掃描表面正確地定向(例如垂直定向)。根據本發明的第二方面，提供了一種用于超聲掃描器的耦合部件，該耦合部件包 括由彈性聚合物構成的本體，并且包括至少部分地覆蓋所述本體的低摩擦材料層，以形成摩擦系數小于0. 5的工件接觸表面。有利地，低摩擦材料層幫助耦合部件橫跨工件的表面移動。對于“摩擦系數”，我們指的是以對于聚合物的標準方式(S卩，抵靠拋光鋼)測得的
摩擦系數。
下面將參照附圖詳細地描述掃描器的一個實例，在附圖中圖Ia是根據本發明的第一掃描器的立體圖；圖Ib是圖Ia中掃描器的立體圖；圖Ic是圖Ia中的掃描器在使用中的側視圖；圖加是根據本發明的第二掃描器的立體圖；圖2b是圖加中的掃描器在使用中的側視圖；圖3a是根據本發明的第三掃描器的分解立體圖；圖北是圖3a中掃描器的立體圖；圖3c是圖3a中的掃描器在使用中的俯視圖；圖3d是圖3a中的掃描器的一部分的側視圖；以及圖如至圖如根據本發明的第四掃描器的低摩擦涂層方法的立體圖。
具體實施例方式參見圖Ia至圖lc，掃描器100包括耦合劑塊102和超聲陣列104。耦合劑塊102 由低聲損的彈性體構成，并且通常為長方體形狀。耦合劑塊102限定工件接觸表面106。長 方體凹槽形狀的陣列容納結構108限定在模塊102中并且通向插入孔110。超聲陣列104是本技術領域公知的類型并且通常是長方體，該陣列包括用于連接 數據線114的孔112。如下所述，陣列104能夠發射并接收超聲以掃描部件。所述陣列具有 掃描方向116。通過將陣列104經由插入孔110滑入到陣列容納結構108中來裝配掃描器100。 陣列容納結構108的尺寸設計為接近陣列104的外部尺寸，并且這樣能夠將陣列104支撐 到期望的位置中。理想的是掃描方向116與接觸表面106垂直，并且所述容納結構考慮到 這點定向。可以將少量耦合劑液體(例如水或者凝膠)加入到孔110以幫助超聲能量橫跨陣 列-耦合劑的邊界傳遞，并且還有助于陣列104的插入和移除。參見圖lc，工件10包括增強件12，該增強件包括與基板16成90度突出的凸緣 14。凸緣14與基部16在一對相對的2度半徑的圓角半徑18處接合。凸緣14包括用于檢測的故障部20。掃描器100定位在凸緣14上以檢測故障部20，接觸面106完全抵靠凸緣14。這 樣掃描方向116垂直于凸緣14。這提供了在陣列104與故障部20之間用于檢測和分析的 最佳定向。通過線114收集數據并且對其進行適當分析。掃描器100還可以用于檢測基部16中的故障。細水噴霧(未示出)也被應用到掃描器與工件以減少摩擦，并且增加在兩個部件
5之間的超聲傳輸效率。參見圖加至2b，示出了掃描器200。與掃描器100近似的部件的附圖標記加上 100。耦合劑模塊202通常是長方體并且包括與接觸面206相對的弧形表面218。弧形 表面使掃描器200更加舒適地握在用戶手中。耦合劑模塊限定在定位有旋轉編碼器222的凹槽220中。旋轉編碼器222包括編 碼器輪2M和編碼器數據線226。編碼器222用于確定掃描器200行進的距離。圖2b示出了使用中的掃描器。與掃描器100相比，掃描器200利用編碼器輪2M 與凸緣14之間的接觸來確定掃描器200在凸緣14上方行進的距離。掃描器200還可以用 于探測基部16中的故障。參見圖3a至3c，示出了掃描器300。與掃描器100相近似的部件的附圖標記加上 200。掃描器300包括由塑料材料制成的殼體328。殼體3 通常是C形，該殼體包括基 部330、第一臂332和第二臂334。每個臂332、334分別地限定編碼器安裝結構336、338。 所述殼體按照人體工程學成型，以舒適地容納在用戶手中。掃描器300包括第一編碼器340和第二編碼器342，每個都與編碼器222相似。編 碼器340、342通過編碼器安裝結構336、338安裝到殼體328。編碼器安裝結構336、338布 置為允許編碼器340、342在使用中移動但是保持朝向工件彈性地偏轉以保持與其接觸。允 許編碼器340、342相對于殼體3 移動可以允許掃描器300更加有效地橫過不均勻表面， 因為在接觸表面306與工件10之間保持接觸。在使用中，如圖北所示殼體3 安裝在耦合劑模塊302的周圍。殼體3 成形為 在第一臂332與第二臂334向內逐漸收縮時保持耦合劑模塊302。這樣臂332、334保持逐 漸收縮的耦合劑模塊302。如圖3c所示，掃描器300沿著工件10的凸緣14朝D方向運動。在大部分掃描操 作中，編碼器340、342都與凸緣14接觸，然而接近端部時編碼器340、342中的一個將會失 去接觸。在這些情況下，在凸緣14上方行進的距離由單個編碼器來確定。通過這種方式， 掃描器300能夠掃描工件10的整個長度。掃描器100還可用于檢測基部16中的故障。圖3d示出了掃描器300的耦合劑模塊302的側視圖。如圖所示，耦合劑模塊302 包括具有角度A的倒角端部344。從而端部344允許與基部16成小于90度角度地掃描凸 緣14。圖如示出了包括耦合劑模塊402和換能器404的掃描器400。掃描器400包括多 個柔性自粘PTFE(聚四氟乙烯)帶406。所述帶粘附到耦合劑模塊402的底部以便在耦合 劑模塊與工件之間提供低摩擦層(未示出)。已經表明，盡管PTFE對于超聲波的傳播通常并未顯示出令人滿意的聲特性，但使 用0. 05mm至0. 2mm級別的PTFE薄層也并未嚴重妨礙掃描器的性能。參見圖4b，示出了另選的結構，其中PTFE帶406被疊置。參見圖如，提供了 PTFE護套408，其大致與耦合劑模塊402的外部輪廓相符。這 樣提供了均勻的PTFE層，該層消除了可能由在掃描區域內具有PTFE帶406的邊緣所造成 的任何影響。
權利要求
1.一種用于掃描工件的超聲掃描器，該超聲掃描器包括超聲換能器；固體耦合部件，該固體耦合部件限定用于與所述換能器相接觸的換能器接觸表面、以 及用于與待掃描的工件相接觸的工件接觸表面；其中所述固體耦合部件至少部分地圍繞所述換能器，以便相對于所述工件接觸表面定 位所述換能器。
2.根據權利要求1所述的超聲掃描器，其中，所述換能器接觸表面和所述工件接觸表 面大致是平面，并且大致平行。
3.根據權利要求2所述的超聲掃描器，其中，所述換能器是限定陣列線的超聲陣列，所 述陣列線平行于所述換能器接觸表面和所述工件接觸表面。
4.根據上述權利要求中任一項所述的超聲掃描器，其中，所述換能器在所述耦合部件 中可滑動，以便插入和移除。
5.根據權利要求4所述的超聲掃描器，其中，所述換能器限定大致棱柱狀的外表面，并 且所述耦合部件限定相應的孔，以容納所述換能器。
6.根據權利要求5所述的超聲掃描器，其中，所述換能器包括多邊形橫截面。
7.根據上述權利要求中任一項所述的超聲掃描器，該超聲掃描器包括至少部分地覆蓋 所述工件接觸表面的低摩擦材料層，該低摩擦材料的摩擦系數小于0. 5。
8.根據權利要求7所述的超聲掃描器，其中，所述低摩擦材料的摩擦系數接近0.1。
9.根據權利要求8所述的超聲掃描器，其中，所述低摩擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)。
10.根據權利要求中7至9中任一項所述的超聲掃描器，其中，所述低摩擦材料呈膠帶 的形式。
11.根據權利要求中7至9中任一項所述的超聲掃描器，其中，所述低摩擦材料呈圍繞 所述耦合部件的至少一部分的護套的形式。
12.根據上述權利要求中任一項所述的超聲掃描器，該超聲掃描器還包括安裝有所述 耦合部件的殼體，所述殼體限定用于在使用中被用戶抓握的表面。
13.根據上述權利要求中任一項所述的超聲掃描器，該超聲掃描器還包括第一編碼器， 該第一編碼器安裝到所述掃描器，以接觸所述工件，并且在使用中確定相對于該工件的行 進距離。
14.根據權利要求13所述的超聲掃描器，該超聲掃描器還包括另一編碼器，該另一編 碼器大致與所述第一編碼器相似，并且安裝在所述掃描器的與所述第一編碼器相反的一側 上。
15.根據權利要求13或14所述的超聲掃描器，其中，所述第一編碼器和/或所述另一 編碼器彈性地安裝到所述掃描器，以朝向工件彈回。
16.根據上述權利要求中任一項所述的超聲掃描器，該超聲掃描器包括定位設備，以接 合工件并且將所述掃描器定向地相對于該工件保持。
17.根據權利要求16所述的超聲掃描器，其中，所述定位設備包括定位成與所述工件 接觸表面大致相對的第一輥，所述第一輥可移動地安裝到所述掃描器并且朝向所述工件接 觸表面彈性地安裝，以在所述第一輥與所述工件接觸表面之間夾持所述工件的平坦部分。
18.根據權利要求17所述的超聲掃描器，該超聲掃描器包括第二輥，該第二輥與所述第一輥相對定位并且安裝到所述掃描器，以便在與所述工件接觸表面相同的一側上與所述 工件相接觸。
19.根據權利要求18所述的超聲掃描器，該超聲掃描器包括第三輥，該第三輥與所述 第一輥相對定位并且安裝到所述掃描器，以便在與所述工件接觸表面相同的一側上與所述 工件相接觸，所述第三輥被定位在所述掃描器的與所述第二輥相反的一側上。
20.一種用于超聲掃描器的耦合部件，該耦合部件包括由彈性聚合物構成的本體，并 且包括至少部分地覆蓋所述本體的低摩擦材料層，以形成摩擦系數小于0. 5的工件接觸表
21.根據權利要求20所述的用于超聲掃描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料的摩 擦系數接近0.1。
22.根據權利要求21所述的用于超聲掃描器的耦合部件，其中，所述低摩擦材料是聚 四氟乙烯(PTFE)。
23.根據權利要求中20至22中任一項所述的用于超聲掃描器的耦合部件，其中，所述 低摩擦材料呈膠帶的形式。
24.根據權利要求中20至22中任一項所述的用于超聲掃描器的耦合部件，其中，所述 低摩擦材料呈圍繞所述耦合部件的至少一部分的護套的形式。
25.根據權利要求中20至M中任一項所述的用于超聲掃描器的耦合部件，其中，所述 低摩擦材料層具有0. 05mm至0. 2mm的厚度。
全文摘要
檢測設備(300)具有超聲換能器(304)，該超聲換能器封裝在安裝于殼體(328)中的耦合劑模塊(302)中。殼體(328)安裝有一對編碼器(340，342)。換能器(304)安裝成垂直于模塊(302)的接觸表面(306)掃描。在接觸表面上還提供具有PTFE層的耦合模塊。
文檔編號G01N29/22GK102105784SQ200880130464
公開日2011年6月22日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者安德魯·邦德-索利 申請人:空中客車操作有限公司