具有用多中心半径聚焦的圆角表面的结构的超声检查方法技术

本发明专利技术涉及具有用多中心半径聚焦的圆角表面的结构的超声检查方法，多中心半径聚焦用于检查具有变化的半径的圆角部分(10、22)的圆角表面(26)，而不需机械地调整阵列传感器(30、46)。多个聚焦定律经设计在与具有变化的半径的模拟的圆角表面的曲率中心对应的相应焦点处电子地转向和聚焦超声。承载该阵列传感器的机械探针(40)被定位到两个物理位置，这两个物理位置在半径区域的外部并具有小于圆角表面变化的半径而改变的空间关系。随着该探针沿圆角部分移动，该探针维持该阵列传感器处于相对于圆角部分的恒定位置。随着该阵列传感器扫描该圆角部分，对该阵列传感器进行电子调整，以依次地聚焦在相应的焦点处。

【技术实现步骤摘要】
具有用多中心半径聚焦的圆角表面的结构的超声检查方法
本公开通常涉及用于超声检查的方法和设备，并且特别地，涉及用于具有圆角表面的复合结构的超声检查的方法和设备。
技术介绍
最大化商用飞机的性能并最小化商用飞机的重量的需求导致了复合材料的广泛使用，如纤维增强塑料材料。各种细长的复合结构可以具有需要检查的相对狭窄的内部腔体，以便确保该结构满足生产和/或性能规格。在许多情况下，那些内部腔体部分地由加固件界定，每个加固件包括腹板和凸缘，腹板和凸缘在具有一个或多个圆角的交叉点处相遇。更通常地，由纤维增强塑料材料制成的组件可以具有内圆角或外圆角。在机械工程中，圆角是部件设计的内角或外角的倒圆角。圆角几何结构当在内转角上时是凹函数线，并且当在外转角上时是凸函数线。在复合部件的制造中，圆角通常称为“半径”，因为它们通常具有圆弧形轮廓。为了避免可能由于使用诸如“一个半径的半径”等术语而引起的混淆，本公开采用将具有圆形轮廓的圆角称为“圆角表面”以及将圆角表面的径向尺寸称为“半径”的惯例。如本文所用，术语“圆弧”是圆的圆周的一部分。本文所指的圆弧是理论的(例如，模拟的)构造，该构造可以在圆角部分的参照系中被数学地定义。例如，圆弧可以被数学地限定，使得在圆角部分的参照系中被数学地限定的圆角部分的非平行的第一平表面和第二平表面理论上在圆弧的相对端处与圆弧相切。在细长的复合结构的情况下，使用软工具的制造产生其半径沿复合部件的长度变化的圆角表面。也有许多单独的复合部件，它们的圆角表面具有独特半径的圆角表面。无论是检查具有不同半径的多个部件还是检查具有多个半径的单个部件，操作员都会花费大量时间将其探针调整为不同的半径。另外地，非破坏性检查(NDI)系统的设计者必须设计和制造独特的探针，这些探针包括用于圆角表面的各种轮廓的换能器元件阵列(以下称为“阵列传感器”)。用于复合结构的倒角的超声检查的现有方法包括以下几种：(1)当探针正沿着圆角表面移动时，由操作员物理地调整超声阵列传感器；(2)具有非常复杂的机械设计，以在检查期间移动阵列传感器，该设计可以包括电机机械调整、机器人铰接、尺寸反馈传感器等(由于系统可变性，缺点包括昂贵的检查探针、昂贵的维护和昂贵的机器人重新教学)；(3)对圆角表面进行多个扫描，每个扫描获得具有对设置文件的不同调整和/或对阵列传感器的调整的数据(这增加循环时间)；(4)使用放置在不同位置的不同阵列传感器进行单次扫描(这增加系统成本和检查探针复杂性)；(5)使用波束转向将超声波束引导到圆角表面(这在某种程度上工作，但是数据可能并不理想，因为进入部件的超声波的物理角度并非在所有位置处都理想地垂直于部件表面)；(6)使用超声波束转向方法以不同的角度将声音发送到该部件的圆角表面中，基于响应调整电子波束转向，并且然后用经调整的较新电子波束，再次将声音发送到该部件的表面中，重复此迭代过程几次，直到获得合适的信号响应(该过程可趋向于掩盖操作员将想要看到的表面不规则；另一个缺点是，软件算法因位于圆角附近的不期望的不规则反射而被混淆)。挑战是提供一种方法来检查复合部件的圆角表面，而不必机械地调整阵列传感器，即使半径发生变化。示例将是机翼蒙皮加固件、机身加固件或翼梁半径，其中在检查期间机械地调整阵列传感器变得非常昂贵、耗时，或者产生复杂的机械系统。
技术实现思路
下面详细公开的主题涉及一种用于使用相控超声换能器阵列(在下文中称为“阵列传感器”)超声检查具有圆角表面的复合部件的方法和设备。该方法设计有多个焦点，多个焦点对应于模拟的圆角表面的变化半径的模拟的弯曲轮廓(例如，圆弧)的曲率中心。与检查具有变化半径的圆角表面的结构或部分(以下称为“圆形部分”)的传统方法不同，本文提出的方法不需要机械探针调整。相反，该方法采用基于圆角部分的尺寸设计(模拟)的超声波(以下称为“超声波”)的聚焦的电子调整。因为开发了扫描以将超声波聚焦在不同焦点(参考模拟的圆角表面的不同半径)处，所以该扫描在本文中称为“多中心半径聚焦”。根据下面公开的实施例，多中心半径聚焦可以用于检查具有变化半径的圆角部分，而不需机械地调整探针。多个聚焦定律经设计电子地转向并将超声波聚焦在与具有变化半径的模拟的圆角表面的曲率中心相应的各自的焦点处。将承载阵列传感器的机械探针定位到两个物理地点，这两个物理地点在圆角区域外部并且具有比圆角表面的半径变化更小的变化的空间关系。随着探针沿圆角部分移动，该探针维持阵列传感器处于相对于圆角部分的恒定位置处。随着阵列传感器扫描圆角部分，该阵列传感器经电子调整以依次聚焦在各自的焦点处。表示圆角表面的轮廓的圆弧的中心位置随着半径尺寸沿圆角表面的长度改变而改变，但是阵列传感器相对于腹板和凸缘的位置不需要改变。因为具有不同半径的圆角表面也具有不同的曲率中心，所以为多个指定半径中的每个半径创建相应聚焦定律。创建每个聚焦定律，以电子地转向并将超声波束聚焦在相应焦点处。选择多个焦点，以涵盖所制造的可变半径的圆角部分中的预期的半径范围。本文公开的多中心半径聚焦检查技术也可以适应不同聚焦定律的重叠，使得当应用一个聚焦定律时在传感器数据中看到的缺点也将在应用下一个聚焦定律时在传感器数据中看到。多中心半径聚焦可以应用于内圆角表面和外圆角表面。虽然为了最佳性能，本公开集中在弯曲的阵列传感器上，但是该方法也可以使用线性(平坦)阵列传感器进行应用。虽然本文稍后详细地描述了用于使用多中心半径聚焦的复合部件的超声检查的方法和设备的各种实施例，但是那些实施例中的一个或多个实施例可以由以下方面中的一个或多个方面表征。本文详细公开的主题的一方面是一种用于检查具有由圆角表面连接的非平行的第一平坦表面和第二平坦表面的圆角部分的方法，该方法包括：(a)将探针主体放置在相对于圆角部分位置中，使得由探针主体支撑的换能器元件的阵列传感器的扫描平面与圆角表面的纵轴相交并且垂直于圆角表面的纵轴；(b)对阵列传感器的换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第一焦点处并在扫描平面中以相应转向角转向的第一多个波束，其中第一多个波束撞击在圆角表面的相应区域上；(c)在第一多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的换能器元件的换能器输出信号，以导出相应参数值，该相应参数值表征在撞击圆角表面上的第一多个波束中的每个波束之后从圆角部分返回的相应回波的强度；(d)对阵列传感器的换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第二焦点处并在扫描平面中以相应转向角转向的第二多个波束，第二多个波束撞击在圆角表面的相应区域上；以及(e)在第二多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的换能器元件的换能器输出信号，以导出相应参数值，该相应参数值表征在撞击圆角表面上的第二多个波束中的每个波束之后从圆角部分返回的相应回波的强度，其中第一焦点并置在具有第一半径的第一圆弧的第一曲率中心处，第二焦点并置在具有与第一半径不同的第二半径的第二圆弧的第二曲率中心处，并且第一圆弧和第二圆弧在圆角部分的参照系中被计算，使得圆角部分的第一平坦表面和第二平坦表面与第一圆弧和第二圆弧中的每个相切。...

【技术保护点】
1.一种用于检查圆角部分(10、22)的方法，所述圆角部分具有由圆角表面(26)连接的非平行的第一平坦表面和第二平坦表面(24、28)，所述方法包括：/n(a)将探针主体(40)放置在相对于所述圆角部分的位置中，使得包括多重换能器元件(32)并且由所述探针主体支撑的阵列传感器(30、46)的扫描平面与所述圆角表面的纵轴相交并且垂直于所述圆角表面的纵轴；/n(b)对所述阵列传感器的所述换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第一焦点(FP1)处并在所述扫描平面中以相应转向角转向的第一多个波束(36)，所述第一多个波束撞击在所述圆角表面的相应区域上；/n(c)在所述第一多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的所述换能器元件的换能器输出信号，以导出表征在撞击所述圆角表面上的所述第一多个波束中的每个波束之后从所述圆角部分返回的相应回波的强度的相应参数值；/n(d)对所述阵列传感器的所述换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第二焦点(FP2)处并在所述扫描平面中以相应转向角转向的第二多个波束(36)，所述第二多个波束撞击在所述圆角表面的相应区域上；以及/n(e)在所述第二多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的所述换能器元件的换能器输出信号，以导出表征在撞击所述圆角表面上的所述第二多个波束中的每个波束之后从所述圆角部分返回的相应回波的强度的相应参数值，/n其中所述第一焦点被并置在具有第一半径的第一圆弧的第一曲率中心处，所述第二焦点被并置在具有与所述第一半径不同的第二半径的第二圆弧的第二曲率中心处，并且所述第一圆弧和第二圆弧在所述圆角部分的参照系中被计算，使得所述圆角部分的所述第一平坦表面和第二平坦表面与所述第一圆弧和第二圆弧中的每个相切。/n...

【技术特征摘要】
20200220 US 16/796,2801.一种用于检查圆角部分(10、22)的方法，所述圆角部分具有由圆角表面(26)连接的非平行的第一平坦表面和第二平坦表面(24、28)，所述方法包括：
(a)将探针主体(40)放置在相对于所述圆角部分的位置中，使得包括多重换能器元件(32)并且由所述探针主体支撑的阵列传感器(30、46)的扫描平面与所述圆角表面的纵轴相交并且垂直于所述圆角表面的纵轴；
(b)对所述阵列传感器的所述换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第一焦点(FP1)处并在所述扫描平面中以相应转向角转向的第一多个波束(36)，所述第一多个波束撞击在所述圆角表面的相应区域上；
(c)在所述第一多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的所述换能器元件的换能器输出信号，以导出表征在撞击所述圆角表面上的所述第一多个波束中的每个波束之后从所述圆角部分返回的相应回波的强度的相应参数值；
(d)对所述阵列传感器的所述换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第二焦点(FP2)处并在所述扫描平面中以相应转向角转向的第二多个波束(36)，所述第二多个波束撞击在所述圆角表面的相应区域上；以及
(e)在所述第二多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的所述换能器元件的换能器输出信号，以导出表征在撞击所述圆角表面上的所述第二多个波束中的每个波束之后从所述圆角部分返回的相应回波的强度的相应参数值，
其中所述第一焦点被并置在具有第一半径的第一圆弧的第一曲率中心处，所述第二焦点被并置在具有与所述第一半径不同的第二半径的第二圆弧的第二曲率中心处，并且所述第一圆弧和第二圆弧在所述圆角部分的参照系中被计算，使得所述圆角部分的所述第一平坦表面和第二平坦表面与所述第一圆弧和第二圆弧中的每个相切。


2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
(e)对所述阵列传感器的所述换能器元件的相应孔进行脉动，以传输聚焦在第三焦点处并在所述扫描平面中以相应转向角转向的第三多个波束，所述第三多个波束撞击在所述圆角表面的相应区域上；以及
(f)在所述第三多个波束中的每个波束已经被发射之后，处理来自每个孔的所述换能器元件的换能器输出信号，以导出表征在撞击所述圆角表面上的所述第三多个波束中的每个波束之后从所述圆角部分返回的相应回波的强度的相应参数值，
其中所述第三焦点被并置在具有与所述第一半径和第二半径不同的第三半径的第三圆弧的第三曲率中心处，并且所述第三圆弧在所述圆角部分的所述参照系中被计算，使得所述圆角部分的所述第一平坦表面和第二平坦表面与所述第三圆弧相切。


3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一半径和第二半径相差第一增量半径，所述第一半径和第三半径相差第二增量半径，并且所述第一增量半径等于所述第二增量半径。


4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述参数是振幅。


5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：
确定所述圆角表面的半径的变化范围，所述范围包括相差一个增量半径的所述第一半径和所述第二半径；
在所述圆角表面的所述半径是所述第一半径的情况下，将所述第一焦点定位在表示所述圆角表面的轮廓的第一圆弧的中心将位于的位置；以及
在所述圆角表面的所述半径是所述第二半径的情况下，将所述第二焦点定位在表示所述圆角表面的轮廓的第二圆弧的中心将位于的位置。


6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中换能器元件的所述阵列传感器是弯曲的或线性的。


7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中在将探针主体(40)放置在相对于所述圆角部分的位置中的步骤之前，所述方法进一步包括：
(a)生成与包括由圆角表面(26)连接的第一表面和第二表面(24、28)的所述圆角部分(10、22)接触的探针(30、40、...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·菲泽，J·P·宾汉姆，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US