超声矩阵检验制造技术

一种用于执行对实质上圆柱形物体的超声扫描的装置和方法，该装置包括：一个环带，被适配成用于配合在该物体的一个圆周周围；一个载体，被可滑动地安装在该环带上并且被适配成用于横穿该物体的该圆周；一个超声探头，被安装在该载体上并且被定位成用于在该载体横穿该物体的该圆周时扫描该物体的该圆周；一个载体电动机，被安装在该环带或该载体上并且用于围绕该物体的该圆周驱动该载体的移动；以及一个或多个数据连接件，提供用于该载体电动机和该超声探头的控制信息并且从该超声探头接收扫描数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声矩阵检验相关申请的交叉参考本申请要求2011年9月26日提交的第61/539,208号美国临时专利申请和2011年10月12日提交的第61/546,217号美国临时专利申请的益处和优先权。以上专利申请的内容通过引用明确地结合到本专利技术的详细说明中。专利
本专利技术涉及用于实行超声检验以及用于管道检验的方法和装置。
技术介绍
沃克(Volker)的第2011/0087444号美国申请公开案(下文中为‘444公开案)是针对一种“清管器”，用于蠕动通过一根管道的孔并执行对内部管道表面的超声检验。该参考案披露了一种基于反向散射信号对管道表面进行成像的算法。’444公开案涉及确定具有最短行进时间的声音路径的费马原理。建模涉及首先建立一个网格并确定该网格中的每一点的行进时间。‘444参考案要求从内部扫描一根管道，其中将要确认的主要信息是关于该管道的内表面的3D信息。这未解决使用定位于外表面上的一个扫描设备对一根管道的内表面准确地建模的问题。布兰德斯特罗(Brandstrom)的US7,685,878(下文为‘878专利)涉及一种用于围绕管道圆周旋转一对超声换能器以用于管道焊接检验的装置。它允许电缆和其他设备延伸远离换能器而保持静止，仅在一个单个方向上延伸到远处。‘878教导了一种设备，该设备可以安装在管道上位于邻近焊接处的位置，并且承载换能器并围绕管道旋转那些换能器，请记住通常仅可以从管道的一侧有效地接近管道。两个换能器在一个圆柱体上围绕一个圆周位置旋转以用于本体的结构测试，承载在包括一个磁性附件的一个安装和驱动设备上，该磁性附件可以从一侧被手动地带到一根管道，仅用于在该侧上在与一个焊接处轴向间隔的一个位置处固定连接到该管道上。用于该对换能器的项圈形支撑件由一行单独的片段形成，这些片段从该一侧包裹在管道周围并且围绕该管道的轴线旋转以围绕圆周焊接处承载换能器。这些片段承载多个辊以在该表面上滚动，并通过多个磁体抵靠着管道被固持。这些换能器在固定的角位置中被承载在该支撑件上以跟踪它们的位置，但承载方式允许相对于该管道的稍微轴向或径向移动。约翰逊(Johnson)的US7,412,890(下文为‘890专利)涉及一种用于检测管道焊接处中的裂缝的方法和设备，包括用水冲刷邻近于外部管道表面的一个体积，随后使用相控阵列超声来扫描管道表面。该设备具有一个矩形腔，该矩形腔的开放底部表面压抵管道表面并且被水冲刷。该超声阵列定位于该腔的顶部处。使用相控阵列数据收集方法。比茨(Bicz)的US5,515,298(下文为‘298专利)涉及一种用于对指纹或放置于凹入表面上的其他物体执行超声扫描的设备。该设备通过针孔(每个换能器一个)阵列并且对着指纹所在的表面的凹入内部从换能器阵列投射超声。换能器随后从由针孔产生的球面波形的反射和散射得到指纹的特性。该设备显得依赖于指纹所在的支撑件的凸-凹透镜结构的已知结构。邓波尔(DenBoer)等人的US6,896,171(下文为‘171专利)涉及一种用于在仍热时对新形成的管道焊接处执行EMAT(电磁声换能器)扫描的设备。该设备可以包括定位在管道外表面周围的一个环结构上的EMAT发射器和接收器线圈的一个阵列。未披露后处理算法细节。该设备被描述为能够检测焊接处缺陷的存在，并给出关于它们的大小的一些信息，但没有图像、精确位置，也没有在本说明中讨论的缺陷的任何进一步的细节。阿里恩(Alleyne)等人的第2009/0158850号美国申请公开案(下文为‘850公开案)涉及一种用于检验管道的方法和设备，其中将清管器设备插入到管道的孔中。将超声换能器压抵管道的内壁，并在管道壁材料内使用超声导波(例如，兰姆波)来检测缺陷。数据收集和处理似乎是基于一种全矩阵俘获技术，可以从该技术提取不同的波型，但也可以使用相控阵列数据收集技术。帕斯夸里(Pasquali)等人的第2009/0078742号美国申请公开案(下文为‘742公开案)涉及一种用于检验多壁管道的方法和设备，这些管道例如是用于热流体或冷流体的海底输送的管道。该方法涉及将一个超声探头抵靠内部管道表面放置，并在该探头围绕管道壁的内部圆周旋转时以各种间隔进行扫描。该设备是定位在一个可旋转的臂的末端处的一个探头，该臂将探头定位在管道内并随后使探头围绕内壁的圆周旋转。‘742公开案还披露了相对于管道表面以各种角度定位探头的方法。然而，该案似乎仅教导了使用在管道的轴向方向上从焊接处移位并且朝向管道焊接处的位置向前或向后成角度的探头。另外的现有技术参考案包括：乌姆·菲安义·C(Ume,IfeanyiC.)等人的US7762136，教导了用于实时和离线测量焊接穿透深度的超声系统和方法；麦克格拉斯·马修(McGrath,Matthew)等人的US7694569，教导了一种相控阵列超声水楔设备；布林格纳克·贾克斯·L(Brignac,JacquesL.)等人的US7694564，教导了一种具有定心机构的锅炉管检验探头及其操作方法；普劳斯·雷恩哈德(Prause,Reinhard)的US6935178，教导了一种使用超声检验管道的装置；巴特勒·约翰·V(Butler,JohnV.)等人的US6734604，教导了一种多模合成束换能设备；帕格诺·多米尼克·A(Pagano,DominickA.)的US4872130，教导了一种自动化直列式管道检验系统；古河·T(Furukawa,T.)等人的JP2004028937，教导了一种用于测量焊接管道的形状的方法。
技术实现思路
在本文献中描述的示例实施例涉及用于使用全矩阵数据俘获技术执行物体的超声检验的方法和装置。在第一方面中，申请是针对一种用于执行对导管的超声扫描的装置，该装置包括：一个环带，被适配成用于配合在该导管的一个圆周周围；一个载体，可滑动地安装在该环带上并且被适配成用于横穿该导管的该圆周；一个超声探头，安装在该载体上并且被定位成用于在该载体横穿该导管的该圆周时扫描该导管的该圆周；一个载体电动机，安装在该环带或该载体上并且用以围绕该物体的圆周驱动该载体的移动；以及一个或多个数据连接件，提供用于该载体电动机和该超声探头的控制信息以及从该超声探头接收扫描数据。在另一方面中，该环带形成该导管的该圆周周围的一个防液密封件；并且该装置进一步包括一个液体馈送，用于接收一种液体扫描介质并且用该液体扫描介质填充该环带的内部与该导管的外部之间界定的体积。在又一方面中，该装置进一步包括一个电力连接件，用于接收用于该载体电动机的电力。在又一方面中，该环带在允许该环带配合在该导管周围的一个开放配置与环绕该导管的一个封闭配置之间是可配置的。在又一方面中，该装置进一步包括一个可调整的反射器，安装到该载体上；以及一个反射器电动机，用于控制该可调整的反射器在实质上垂直于该物体的一条纵轴的一个平面中的一个角度；其中该超声探头被定位成用于经由超声信号从该可调整的反射器的反射来扫描该物体；并且该一个或多个数据连接件提供用于该反射器电动机的控制信息。在又一方面中，该装置进一步包括一个电力连接件，用于接收用于该反射器电动机的电力。在又一方面中，该导管是一个圆柱体。在又一方面中，该超声探头是一个超声收发器阵列。在又一方面中，该环带包括一个关节，该关节将所述环带的一个第一半部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行对导管的超声扫描的装置，包括：一个环带，被适配成用于配合在该导管的一个圆周周围；一个载体，被可滑动地安装在该环带上并且被适配成用于横穿该导管的该圆周；一个超声探头，被安装在该载体上并且被定位成用于在该载体横穿该导管的该圆周时扫描该导管的该圆周；一个载体电动机，被安装在该环带或该载体上并且用于围绕物体的圆周驱动该载体的移动；以及一个或多个数据连接件，提供用于该载体电动机和该超声探头的控制信息并且从该超声探头接收扫描数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.26 US 61/539,208;2011.10.12 US 61/546,2171.一种用于执行对导管的内表面和外表面的超声扫描的方法，包括：提供一个超声阵列，该超声阵列具有实质上平行于该导管的一条纵轴排列的多个超声元件；将该超声阵列定位成在围绕该导管的外圆周的一个第一点处朝向物体的一个外表面投射超声信号；执行围绕该导管的该外圆周的该第一点的一次全矩阵俘获扫描，包括：从该超声阵列中的一个第一超声元件发射一个超声信号；感测和记录该超声阵列中的超声元件彼此接收的超声信号；并且重复发射、感测和记录的步骤，其中该超声阵列中除了该第一超声元件之外的每一超声元件依次执行该发射步骤；在围绕该导管的该外圆周的一个第二点处重新定位该超声阵列；执行围绕该导管的该外圆周的该第二点的一次全矩阵俘获扫描；并且重复重新定位和执行一次全矩阵俘获扫描的这些步骤；并且进一步包括在执行每一次全矩阵俘获扫描之前：从该超声阵列中的至少一个超声元件发射至少一个超声信号；感测由该超声阵列中的至少一个超声元件接收的至少一个超声信号；在一个处理器处评估该至少一个所感测信号的质量；并且基于该评估的结果调整该超声阵列的一个扫描角度。2.如权利要求1所述的方法，其中：该超声阵列通过从一个可调整的反射器反射超声信号而朝向该物体的该外表面投射超声信号；并且调整该超声阵列的该扫描角度包括调整该可调整的反射器的角度。3.一种在穿过物体的近表面和远表面的扫描平面内对该物体的近表面和远表面进行建模的方法，包括：根据权利要求1至2中任一项执行对导管的超声扫描；通过基于该全矩阵俘获超声扫描数据来计算超声信号通过该扫描介质的行进时间，而构造该扫描区域的一个第一强度图，包括该扫描区域内具有相关联强度值的多个点；对该第一强度图进行滤波以对该扫描区域内的该近表面的边界进行建模；通过应用费马原理基于该全矩阵俘获超声扫描数据来计算超声信号通过该扫描介质和该物体的行进时间，而使用该近表面的该经建模边界作为一个透镜来构造一个第二强度图，包括该扫描区域内具有相关联强度值的多个点；并且对该第二强度图进行滤波以对该扫描区域内的该远表面的边界进行建模。4.如权利要求3所述的方法，其中构造该扫描区域的一个第一强度图包括计算在该扫描区域内的多个点r处的一个强度I，其中将I界定为在时间t针对所有i和j从超声阵列发射器元件i到超声阵列接收器元件j的分析时域信号的数据集的振幅的总和，其中针对每一i,j对将t界定为声音行进通过该扫描介质所花费的时间。5.如权利要求4所述的方法，其中构造该扫描区域的一个第一强度图包括计算在由等式I(r,a)＝Σi,j∈aII(r,a)I＝Σi,j∈aIg(i)j(t)(t＝Ie(i)–rI/c+Ie(j)–rI/c)I界定的该扫描区域内的多个点r处的一个强度I并且其中g(i)j(t)是在时间t从超声阵列发射器元件i到超声阵列接收器元件j的分析时域信号的该数据集的该振幅，r是相对于一个坐标原点来界定点r的向量，e(i)是界定超声阵列发射器元件i相对于该坐标原点的位置的一个向量，ej是界定超声阵列接收器元件j相对于该坐标原点的一个向量，a是由该超声阵列中的固定多个邻近超声元件界定的一个孔径，并且c是声音行进通过该扫描介质的速度。6.如权利要求3所述的方法，其中构造该扫描区域的一个第一强度图包括计算该扫描区域内的多个点r处的一个强度I，每一点强度是在由固定多个超声阵列元件界定的多个孔径处计算的，并且针对一个单个孔径计算的点r的最高强度用于表示在该强度图中的点r的强度。7.如权利要求4所述的方法，其中构造该扫描区域的一个第一强度图包括计算在由等式I(r,a)＝Σi,j∈aII(r,a)I＝Σi,j∈aIg(i)j(t)(t＝Ie(i)–rI/c+Ie(j)–rI/c)I界定的该扫描区域内的多个点r处的一个强度I其中并且其中g(i)j(t)是在时间t从超声阵列发射器元件i到超声阵列接收器元件j的分析时域信号的该数据集的该振幅，r是相对于一个坐标原点来界定点r的向量，e(i)是界定超声阵列发射器元件i相对于该坐标原点的位置的一个向量，ej是界定超声阵列接收器元件j相对于该坐标原点的位置的一个向量，c是声音行进通过该扫描介质的速度，a是由该超声阵列中的固定多个邻近超声元件界定的一个孔径，并且A是包括多个这些孔径的一个集合。8.如权利要求4所述的方法，其中使用该近表面的该经建模边界作为一个透镜来构造一个第二强度图包括计算在由等...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞文·谭格腾郝斯，安德鲁·洪，陈珍祥，马特·马迪尔，谢迪·谢克瑞拉，成·村·本内迪克特·黄，斯科特·普勒斯顿，亚历山大·萨库塔，
申请(专利权)人：安大略发电有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA