增强的导波热成像检查系统和使用其的方法技术方案

基于导波热成像的用于检测可能在结构（15）中的结构缺陷的非破坏性检测系统（10）和方法。该方法可以包括例如5经由多个致动器扫描频率‑相位空间以使跨结构的超声能量分布最大化，同时使输入能量最小化。该系统可以包括换能器元件（12，14，16，17），其被配置成在结构中主要产生剪切水平型导波，以使来自任何缺陷的热响应最大化。

Enhanced guided wave thermography system and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强的导波热成像检查系统和使用其的方法
本公开一般地涉及非破坏性检查系统的领域，并且更特别地，涉及用于检查可能位于结构中的结构的结构缺陷（flaw）的导波热成像（thermography）检查系统。
技术介绍
热成像成像已证明是用于检测结构异常的普遍有用的技术。例如，当使用相对高的超声功率激励具有缺陷的结构时，在缺陷处可能产生摩擦发热。然后该缺陷可以变得在热红外相机下可检测的。然而，当经受这样高的超声功率时，可能是结构的部分的结构薄弱区域可能是脆弱的，这可能导致被检查的结构的破裂（breakup）。因此，存在对与用于检查结构的系统和方法相关的进一步改进的需要。因此，仍然存在对与用于检查结构的系统和方法相关的进一步改进的需要。
技术实现思路
应当理解，本专利技术人已经认识到上述限制，并且现在公开用于超级合金（superalloy）的增材制造（additivemanufacturing）的新的固态焊接工艺，例如，电磁脉冲焊接。在一个实施例中，提供了一种用于检查结构的系统。该系统可以包括可操作地连接到至少一个换能器元件和至少一个热成像传感器的至少一个控制器。换能器元件可以被配置成贯穿结构主要产生剪切水平型引导声波或超声波，这对在与结构缺陷撞击（impingement）时引起热响应可能是有效的。应当理解，缺陷可以位于结构中。热成像传感器可以被布置和配置成感测指示缺陷的热响应，并且控制器可以被可操作地配置成控制由热成像传感器对热响应的感测和定相，并且还控制被施加或发射到换能器元件的信号的参数。在又一进一步的示例性实施例中，该系统可以包括多个发射换能器元件，以贯穿结构发射引导声波或超声波，其中能量对在与结构缺陷撞击时引起热响应是有效的。该系统还可以包括用于同时向多个换能器元件施加多个信号的装置。信号可以包括独立的相对相位，使得可以实现多个预定的定相矢量。该系统还可以包括：至少一个热成像传感器，其被布置成感测指示缺陷的热响应；以及控制器，其可操作地连接到换能器元件和传感器，以例如控制由热成像传感器对热响应的感测和定相，并控制多个预定定相矢量，以便通过改变超声振动响应来跨结构提供增强的超声能量覆盖。在又一示例性实施例中，提供了一种检查结构的方法。该方法可以包括以下步骤：通过向多个发射换能器元件施加多个信号，在结构中发射引导声波或超声波。该方法还包括根据第一预定定相矢量控制多个信号中的一个或多个信号的相对相位。该方法包括感测指示结构中的缺陷的热响应，其中缺陷的附近内的能量足以引起热响应。此外，该方法包括针对预定的多个定相矢量重复该过程的步骤，其中目的是通过改变超声振动响应来跨结构提供增强的超声能量覆盖。附图说明图1是根据本文中提供的公开内容的导波热成像系统的示例性实施例的示意性表示；图2是和根据本文中提供的公开内容的多元件发射换能器的示例性实施例的等距视图，该多元件发射换能器可以被用于通过被检查的结构发射超声导波；图3是多元件发射变换器的另一个示例性实施例的等距视图；图4是根据本文中提供的公开内容的示例性实施例的示意性表示，该示例性实施例用于对施加到发射换能器以产生超声导波的激励信号实现定相延迟；图5和图6图示了在图5中没有定相和图6中具有定相的相同结构上引起的净超声能量场的比较；图7图示了实验结果的图，其展示了使用单频率致动、频率扫描和具有定相的频率扫描的超过阈值水平的超声能量覆盖；图8和图9图示了具有两个结构缺陷的结构中的热响应的比较示例，所述两个结构缺陷接近该结构中的开口来布置，其中图8中所示的响应以适当的激励频率定相组合来驱动，并且示出了两个结构缺陷，而图9中所示的响应提供了第一缺陷的更好指示但省略了缺陷中的第二个；图10图示了剪切水平波色散曲线的非限制性示例，其图示了针对给定结构的相速度和导波模式与频率之间的相应关系；图11-13图示了包括不同的振动特性的导波的非限制性示例，包括图11中的A型波、图12中的S型波和图13中的SH型波；图14图示了由于剪切摩擦而产生热的裂纹；图15图示了横向极化压电剪切棒（shearbar）元件的非限制性示例；图16图示了横向极化压电剪切棒元件的可能的变形模式；图17图示了圆周极化压电剪切环元件的示例性实施例；图18图示了圆周极化压电剪切环元件的可能的变形模式；图19和图20图示了根据本文中提供的公开内容的作为导波热成像系统的一部分的剪切换能器的示例性实施例；以及图21-23图示了根据本文中提供的公开内容的用导波热成像系统的示例性实施例产生的涡轮叶片结构中的裂纹缺陷的热图像。具体实施方式应当理解，本文中公开的示例性本专利技术导波热成像系统的各方面可以由使用任何适当的编程语言或编程技术的任何适当的处理器系统来实现。该系统可以采取任何适当的电路的形式，诸如可以涉及硬件实施例、软件实施例或包括硬件和软件元件两者的实施例。在一个实施例中，可以通过软件和硬件（例如，处理器、传感器等）来实现该系统，该软件和硬件可以包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。此外，处理器系统的部分可以采取可从处理器可用或处理器可读介质访问的计算机程序产品的形式，该介质提供用于由处理器或任何指令执行系统使用或与处理器或任何指令执行系统结合使用的程序代码。处理器可读介质的示例可以包括非暂时性有形处理器可读介质，诸如半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、硬磁盘和光盘。当前的光盘的示例包括压缩盘--只读存储器（CD-ROM）、压缩盘--读/写（CD-R/W）和DVD。本专利技术人已经发现（identify）现有声学/超声热成像系统的局限性，并且认识到对如下系统和方法的需要，该系统和方法可以被选择性地优化，以在结构缺陷处以相对低的激励功率高效地引起热响应。本专利技术人提议了创新性地利用声波或超声导波用于对多种结构执行热成像检查，在一个非限制性应用中，所述结构可以包括燃气涡轮发动机的部件，诸如叶片、轮叶等。超声导波包括在有界（bounded）结构中传播的多模式结构共振，该有界结构有效地用作波导。本专利技术的各方面利用至少一个致动器来贯穿该结构传递声学声能量或超声能量，这可以在与可能位于结构中的结构缺陷撞击时引起热响应（例如，发热）。如下面更详细地详细说明的，由声能量或超声能量引起的热响应可以用热成像系统来检测，这对于高缺陷检测灵敏度可能是有效的，同时利用频率扫描、致动器定相和剪切能量激励中的至少一种，以便使引入到被测试结构的超声能量最小化。对于一般背景信息，参考美国专利US9,410,853，该专利通过引用被整体地并入本文中。现在参考附图，其中附图仅是用于说明本文中主题的实施例的目的，而不是用于限制本文中主题的实施例，图1图示了导波热成像系统10的示意性表示，该导波热成像系统10可被用于实施本公开的各方面。在一个示例性实施例中，系统10可以包括耦合到结构15（被检查的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检查系统（10），包括：/n控制器（20），其可操作地连接到换能器元件（12，14，16，17）和热成像传感器（33）；其中，换能器元件被配置成接收至少一个信号，用于贯穿结构（15）产生剪切水平型引导声波或超声波，以在与结构缺陷撞击时引起热响应；其中热成像传感器被配置成感测指示结构缺陷的热响应；并且其中控制器被配置成控制至少一个信号的一个或多个参数及其定相，并用于控制热响应的感测。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种检查系统（10），包括：
控制器（20），其可操作地连接到换能器元件（12，14，16，17）和热成像传感器（33）；其中，换能器元件被配置成接收至少一个信号，用于贯穿结构（15）产生剪切水平型引导声波或超声波，以在与结构缺陷撞击时引起热响应；其中热成像传感器被配置成感测指示结构缺陷的热响应；并且其中控制器被配置成控制至少一个信号的一个或多个参数及其定相，并用于控制热响应的感测。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，换能器元件是横向极化压电d15剪切棒。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，换能器元件是圆周极化压电d15剪切环。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，换能器元件是磁致伸缩换能器或电磁声学换能器之一。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，换能器元件包括：
面板，其用于经由机械压力耦合将剪切水平型引导声波或超声波耦合到结构中。


6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
多个换能器元件，其可操作地连接到控制器并被配置成多元件阵列换能器。


7.一种系统，包括：
控制器，其可操作地连接到多个换能器元件中的一个或多个；用于将信号施加到换能器元件（30）的装置；以及至少一个热成像传感器；其中，多个换能器元件中的每个被可操作地配置成贯穿结构发射引导声波或超声波，以在与结构的缺陷撞击时引起热响应；其中热成像传感器被可操作地布置成感测指示缺陷的热响应；其中，经由用于施加多个信号的装置施加的信号中的一个或多个包括独立的相对相位，使得可以实现多个预定的定相矢量；以及
其中，控制器被配置成控制热响应的感测和定相，并控制多个预定的定相矢量，以便跨结构提供增强的超声能量覆盖。


8.根据权利要求7所述的系统，其中，通过改变超声振动响应来提供增强的超声能量。


9.根据权利要求7所述的系统，其中，多个信号被同时施加到多个换能器元件。


10.根据权利要求7所述的系统，进一步包括用于确定多个换能器元件的机电阻抗的装置。


11.根据权利要求7所述的系统，进一步包括用于监视至少一个信号源与多个换能器元件之间的正向功率和反射功率的装置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：JF兰迪，PJ宗波，CJ博里戈，JL罗斯，SE欧文斯，
申请(专利权)人：西门子能源公司，未来商业资讯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US