测量探针制造技术

本发明专利技术描述一种超声探针(40；56；200；330；464；546；600；620；700；802)，其包括用于发射和接收超声的变换器(92；210；248；260)。该探针还包含耦合元件(42；104；208；270；462；548；622；702)，例如自润滑或水凝胶材料的球面球(208；270；462；548)，用于接触和声学地耦合到待检查物件(62；218；272；450)。该超声探针(40；56；200；330；464；546；600；620；700；802)还包含分析仪，其被布置以分析由该变换器(92；210；248；260)接收的超声信号且借此确定该耦合元件(42；104；208；270；462；548；622；702)与物件(62；218；272；450)的表面之间是否存在接触。该探针可因此用于物件的内部(超声)检查以及测量该物件的表面上的点的位置。该探针可以是可安装到坐标测量机(50)或其它可移动平台(800、810)。

Measuring probe

The present invention describes an ultrasound probe (40; 56; 200; 330; 464; 546; 600;; 620; 700; 802) comprising a converter for transmitting and receiving an ultrasound (92; 210; 248; 260). The probe also includes a coupling element (42; 104; 208; 270; 462; 548; 622; 702), such as spherical or self lubricating hydrogel materials (208; 270; 462; 548), for contact and acoustic coupled to the object to be inspected (62; 218; 272; 450). The ultrasonic probe (40; 56; 200; 330; 464; 546; 600; 620; 700; 802) also contains analyzer, which is arranged in the analysis by the converter (92; 210; 248; 260) received ultrasonic signal and to determine the coupling element (42; 104; 208; 270; 462; 548; 622; 702) and objects (62; 218; 272; 450) whether there is contact between the surface. The probe can therefore be used for internal (ultrasonic) inspection of objects and for measuring the position of points on the surface of the object. The probe may be mounted to a coordinate measuring machine (50) or other removable platforms (800, 810).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量探针本专利技术涉及超声检查设备，且尤其是涉及一种可获得物件的超声和表面接触测量结果的超声探针。已知的是，测量所制造物件的尺寸以确保其符合容差。在高价值的组件(例如航空涡轮机叶片)的情况下，可使用安装在CMM上的表面接触探针以亚微米准确性测量物件的外部形状。US5189806和WO2009/024783中描述用于使用装备有表面接触(例如扫描)探针的CMM测量物件的表面上的多个点的位置的技术的实例。除表面测量结果之外，常常需要测量物件的内部特征。举例来说，涡轮机叶片通常为中空的以使其能够既重量轻又坚固地用于极端温度和压力下的操作。这些中空涡轮机叶片的内部检查通常使用超声检查来进行。通常依赖于耦合剂材料(例如耦合凝胶或液体)到零件的局部应用的超声厚度计量探针是已知的。这些探针倾向于为手持型且当放置成接触正被检查物件的表面上的点时提供厚度测量结果。先前已描述超声探针可如何安装到CMM的套管轴。举例来说，US2009/0178482描述安装到CMM的套管轴的超声探针。US2009/0178482还描述CMM可如何可互换地分别使用超声探针和标准表面接触探针用于内部和外部(表面位置)测量。根据本专利技术的第一方面，提供一种超声探针，其包括；变换器，其用于发射和接收超声，以及耦合元件，其用于接触和声学地耦合到待检查物件，其中该超声探针包括分析仪，该分析仪被布置以分析由变换器接收的超声信号且借此确定耦合元件与物件的表面之间是否存在接触。本专利技术因此涉及一种包含用于发射和接收超声的变换器的超声探针。该超声变换器可例如包括脉冲回波超声变换器，该脉冲回波超声变换器包含用于发射高频率时间离散纵向波形(下文中被称为“L-波”)的压电元件。该超声探针还包含被设计以接触和声学地耦合待检查物件的耦合元件(例如亲水性球面或如下文所描述的其它尖端)。还提供分析仪以分析由变换器接收的超声信号(例如在激发脉冲之后传回的回波)，且使用所接收信号来确立耦合元件与物件表面之间是否存在接触。本专利技术的超声探针在安装到坐标定位设备时特别有利，因为其准许测量物件的表面上的点的位置。本专利技术因此提供一种超声探针，其不仅允许测量物件的内部特征(例如厚度)，而且允许确定何时探针接触物件或移动成脱离与物件的接触。这允许探针用于厚度和表面位置测量两者。换句话说，本专利技术的超声探针不需要使用单独的表面接触(例如触摸触发)测量探针与超声探针结合。本专利技术的超声探针可执行内部和外部任务两者，借此增加零件检查的速度。变换器可被配置以在任何合适的模式中操作。超声探针可以高频率操作。举例来说，操作频率可大于5MHz、大于10MHz或更优选地大于15MHZ。在优选实施例中，操作频率大约为20MHz。可包括压电元件的变换器优选地激发纵向声波(L-波)。有利的是，变换器被布置以周期性地发射激发脉冲且随后接收传回的超声信号(即，脉冲回波模式操作)。每一激发脉冲之后所接收的超声信号的振幅接着可作为时间的函数而被测量以提供振幅扫描(又称为A-扫描)。多个此类扫描可视需要组合和平均。分析仪可依据相继A-扫描中的差异而确定耦合元件与物件之间是否存在接触。有利的是，每一振幅扫描包含振幅峰值，振幅峰值与来自探针内的超声的内部反射有关。内部反射可起因于延迟线、耦合元件或探针内的不同类型的材料之间的其它界面。分析仪可依据相继振幅扫描之间的内部反射的振幅的改变而确定耦合元件与物件之间是否存在接触。或者，分析仪可通过评估来自所接触物件的内部反射是否存在于每一振幅扫描中而确定耦合元件与物件之间是否存在接触。举例来说，额外反射峰值的出现可用于指示存在来自物件的后壁反射，且因此已建立与物件的接触。除确定是否已建立与物件的接触外，还可能以类似方式确定何时已丢失与物件的接触。方便地，超声探针输出触发信号，其指示何时分析仪已确定耦合元件正与物件接触。换句话说，超声探针可在物件被接触时发布触发信号。举例来说，触发信号输出线可保持较高的(状态“1”)以指示何时存在与物件的接触，且保持较低的(状态“0”)以指示无物件接触。从低到高的转变因此指示已作出接触，且高到低指示已丢失接触。此触发信号可馈送到坐标定位设备的控制器且用于以与利用传统触摸触发探针采取的测量类似的方式确定物件的表面上的点的位置。除确定何时丢失或建立与物件的接触外，超声探针还可确定何时获得与物件的最佳声学耦合。确切地说，分析仪可通过随着以增加或减小的力将探针按压到物件中来监视来自物件的反射而评估何时获得“耦合有效点(sweetspot)”。确切地说，分析仪优选地通过随着耦合元件移动成与物件较紧密地接合来监视来自所接触物件的内部超声反射而确定何时实现与物件的最佳超声耦合。一旦获得“耦合有效点”，接着就可获取超声测量结果(例如厚度测量结果、裂纹检测测量结果等)。超声探针还可使用耦合到物件中的超声探测物件的内部结构。有利的是，分析仪依据来自所接触物件的内部超声反射而确定所接触物件的厚度。优选地，分析仪依据来自物件的后壁的相继反射而评估所接触物件的厚度。换句话说，探针可使用下文更详细描述的所谓的模式-3操作测量厚度。当然，将可能使用不同操作模式(例如模式-1或模式2)用于超声检查。探针可因此被配置以在多个不同超声测量模式中的任一个中操作。厚度测量可需要执行校准步骤(例如以测量正被检查的零件的材料中的声速)。超声探针可包括探针外壳，其中提供变换器和耦合元件。分析仪可提供在探针外壳内或探针外壳外部的界面中。有利的是，耦合元件包括可弹性变形材料。如果来自耦合元件的内部反射正被监视，那么耦合元件的变形更改此类反射。弹性变形性还意味着耦合元件在移除变形力之后返回到相同形状。此弹性因此为有益的，因为其允许作出可重复且准确的触摸接触测量。其对于耦合元件为大体上球面也是优选，因为表面接触测量随后很大程度上可重复。探针的耦合元件可包括干燥耦合剂材料，例如硅橡胶等。耦合元件可需要应用耦合材料(例如水或凝胶)以确保良好声学耦合。耦合元件可包括具有低声学衰减性质的可压缩且可容易弯曲的油基热软化塑料。有利的是，耦合元件包括自润滑材料。此自润滑材料优选地以受控方式从其外表面释放例如水和/或油等润滑剂。自润滑材料可包括亲油性弹性体。有利的是，自润滑材料包括亲水性弹性体。举例来说，亲水性弹性体可包括不可压缩的胶状亲水性弹性体材料，例如轻度交联亲水性乙烯基弹性体或高吸水性聚合水凝胶。高含水量亲水性聚合链化合物的实例为MMA:VP(即，N-乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酸甲酯的共聚物)。对于此化合物，含水量可在约35％到95％的范围内变化，且展现极好的声学性质，但随着含水量增加，撕裂强度减小。方便地，自润滑材料提供为球面。优选实施例因此包括包含亲水性弹性体球面的耦合元件。包括亲水性弹性体球面的耦合元件的提供具有若干优点。举例来说，水膨胀亲水性聚合物球面从其表面释放有限量的水(即，其“渗出”水)。此释放的水通过填充超声探针与物件的粗糙表面之间的任何空气穴而提供改进的与物件的声学耦合。从亲水性弹性体球面释放的水的量可通过聚合材料的化学性质的适当选择来控制。举例来说，释放的水量可被布置为最小且因此将在大气中非常容易地蒸发，而不会留下任何残余污染物。此外，此类亲水性弹性体球面可柔软且有弹性以提供抵靠着弯曲检查表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声探针，包括；变换器，其用于发射和接收超声，以及耦合元件，其用于接触和声学地耦合到待检查物件，其中所述超声探针包括分析仪，所述分析仪被布置以分析由所述变换器接收的超声信号且借此确定所述耦合元件与物件的表面之间是否存在接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.29 GB 1417164.91.一种超声探针，包括；变换器，其用于发射和接收超声，以及耦合元件，其用于接触和声学地耦合到待检查物件，其中所述超声探针包括分析仪，所述分析仪被布置以分析由所述变换器接收的超声信号且借此确定所述耦合元件与物件的表面之间是否存在接触。2.根据权利要求1所述的超声探针，其中所述变换器被布置以周期性地发射激发脉冲且随后接收传回的超声信号，每一激发脉冲之后所接收的所述超声信号的振幅作为时间的函数而被测量以提供振幅扫描。3.根据权利要求2所述的超声探针，其中每一振幅扫描包括振幅峰值，所述振幅峰值与来自所述探针内的超声的内部反射有关，所述分析仪依据相继振幅扫描之间的所述内部反射的所述振幅的改变而确定所述耦合元件与所述物件之间是否存在接触。4.根据权利要求2所述的超声探针，其中所述分析仪通过评估来自所接触物件的内部反射是否存在于每一振幅扫描中而确定所述耦合元件与所述物件之间是否存在接触。5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的超声探针，其中所述超声探针输出指示何时所述分析仪已确定所述耦合元件正接触物件的触发信号。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的超声探针，其中所述分析仪通过随着所述耦合元件移动成较紧密地接合所述物件来监视来自所接触物件的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：里尔姆·哈尔，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB