超声方法和设备技术

一种用于校准超声探头的方法，该超声探头具有用于接合待检查物体的表面的耦合元件，其中该超声探头和校准人工制品被提供在具有至少一条轴线的定位设备上，该超声探头和校准人工制品关于该至少一条轴线的相对取向可以改变，该方法以任何适合的顺序包括：i)针对该超声探头与该校准人工制品之间关于该至少一条轴线的多个不同相对取向，测量由该超声探头接收到的信号；以及ii)根据所述测量，来确定指示该超声探头的至少一条最佳信号轴线的至少一个校准参数并且记录该至少一个校准参数以便后续使用。后续使用。后续使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声方法和设备
[0001]本专利技术涉及一种方法和设备，尤其是涉及可以获取物体的超声测量值的超声探头的方法和设备。本专利技术尤其涉及一种校准检查设备、尤其是包括脉冲回波探头比如超声探头的检查设备的方法。
[0002]测量所制造物体的尺寸以确保其符合容差是已知的。在高价值的部件(例如航空涡轮机叶片)的情况下，可以使用安装在坐标测量机(CMM)上的表面接触探头以亚微米的准确性测量物体的外部形状。US 5189806和WO 2009/024783中描述了使用装备有表面接触(例如扫描)探头的CMM来测量物体表面上的多个点的位置的技术的示例。
[0003]除表面测量值之外，常常需要测量物体的内部特征。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。这种中空涡轮机叶片的内部检查通常使用超声检查设备进行，例如超声浸没系统或超声测厚探头。
[0004]超声浸没系统通常涉及将测试件完全浸入水浴中。使用计算机控制的机械臂将单一脉冲回波换能器或一对发射/接收换能器相对于零件适当定位。水提供了与零件的良好的声学耦合，但这种布置既昂贵又复杂，尤其是对于较大的零件而言。在GB 2440959中描述了超声浸没系统的示例。
[0005]超声测厚探头不需要将零件浸没在水中，而是通常依赖于将耦合剂材料(例如耦合凝胶或液体)局部施加至零件。这样的探头倾向于是手持的，但先前已经描述了可以如何将这样的探头安装至CMM的套管轴。例如，US 2009/0178482描述了一种安装至CMM的套管轴上的超声探头。US 2009/0178482的超声探头包括云台安装件，其允许在建立与物体的接触时，传感器与物体的表面法线对准。如US 2009/0178482的第19段中解释的，必须在检查之前将耦合剂材料(例如凝胶或油脂)施加至物体的相关区域，以确保超声探头与物体之间足够的声耦合。由于需要施加局部耦合剂材料，加上云台安装件的角度范围有限，因此使得使用这种系统对零件的内部特性进行超声检查是一项耗时且复杂的任务。使用干耦合剂层的手持式超声测厚探头也是已知的，但这种装置的耦合效率和性能可能很差，尤其是在需要在更高超声频率下运行时。
[0006]WO 2016/051147描述了用于安装在诸如CMM等定位设备上的超声探头的各种配置。特别地，WO 2016/051147描述了包括可变形耦合元件的超声探头(与具有硬质/刚性耦合元件的超声探头形成对比)。可变形耦合元件既可以为零件提供超声耦合，又可以充当延迟线。WO 2016/051147还描述了耦合元件可以包括自润滑材料，其优选地以受控方式从其外表面释放润滑剂，例如水和/或油。自润滑材料可以包括亲油性弹性体，可选地亲水性弹性体。
[0007]本专利技术涉及校准和使用超声探头的方法的改进、以及相关设备的改进。例如，本文描述了一种校准超声探头的方法，其中该方法包括测量在超声探头和校准人工制品之间的多个不同取向下由超声探头接收到的信号，以找到超声波探头的最佳信号轴线。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于校准超声探头的方法，该超声探头具有用于接合待检查物体的表面的耦合元件，其中该超声探头和校准人工制品被提供在具有至少一条轴线的定位设备上，该超声探头和校准人工制品关于该至少一条轴线的相对取向可
以改变。该方法可以包括：i)针对该超声探头与该校准人工制品之间关于该至少一条轴线的多个不同相对取向，测量由该超声探头接收到的信号。该方法可以进一步包括：ii)根据所述测量，来确定指示该超声探头的至少一条最佳(换言之，优选)信号轴线的至少一个校准参数，并且记录该至少一个校准参数以便后续使用。
[0009]确定和记录该至少一个校准参数可以意味着，当超声探头随后用于检查人工制品时，校准参数可以用于帮助确定如何将探头定向以实现期望的信号。下面更详细地描述可以从本专利技术得到的各个具体优点。
[0010]优选地，步骤i)和/或ii)自动进行。相应地，该方法可以包括处理装置，例如电子器件，其被配置为执行步骤i)的获得测量值，和/或确定指示超声探头的至少一条最佳信号轴线的至少一个校准参数(即，步骤ii))。这样的处理装置、例如电子器件可以包括硬接线电子器件、现场可编程门阵列(FPGA)、在通用处理器上运行的软件、或其组合。处理装置、例如电子器件，可以是或可以不是定位设备的一部分。例如，定位设备可以包括用于控制定位设备的控制器。控制器可以包括处理装置/电子器件。可选地，除控制器之外的单元包括处理装置/电子器件。
[0011]校准参数可以以电子或非电子格式记录。例如，校准参数可以记录在电子存储设备中，例如电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中。
[0012]应理解的是，校准参数可以包括记录，例如数据记录。校准参数可以包括至少一个值。校准参数可以包括向量。如下文更详细解释的，定位设备和超声探头可以具有其自身的、不同的坐标空间。具体地，超声探头的坐标空间可以相对于定位设备的坐标空间(例如，绕该至少一条轴线)旋转。校准参数、例如校准向量可以在超声探头的坐标空间中定义。校准参数可以描述为未对准向量。如下文更详细解释的，校准参数可以是与已知的校准人工制品内的最佳信号轴线相关联的向量。
[0013]有利的是，超声换能器可以布置成以超声回波模式操作。由超声探头接收到的信号可以包括从进入该超声探头所耦合至的物体的投影波形反射的至少一个、例如至少两个、例如所有反射回波。方便地，可以分析超声返回信号以允许获得物体的厚度和/或缺陷测量值。这种分析可以基于用于分析存在于“A扫描”中的连续后壁反射的“模式
‑
3”方法，下文更详细地描述。然而，必要时可以使用替代性的分析技术(例如所谓的模式
‑
1或模式
‑
2技术)。该超声检查设备还可以被配置为在多个不同超声测量模式中的任一个模式下操作。基础模块优选地包括用于分析由超声换能器接收到的超声信号的处理器。替代性地，超声信号可以由探头外处理器(例如在外部接口中或使用离线计算机)进行分析。
[0014]超声探头可以包括至少一个用于发射超声波形的换能器。超声探头可以包括至少一个用于感测超声波形的换能器。可选地，超声探头包括该至少一个用于发射超声波形的换能器和该至少一个用于感测超声波形的换能器。可选地，该至少一个用于感测超声波形的换能器是用于感测超声波形的同一传感器。换能器可以包括压电元件。优选地，换能器激发纵向声波(L波)。如下文更详细解释的，优选地，该至少一个校准参数指示超声探头的超声轴线，例如L波轴线。超声探头可以包括单通道探头。例如，超声探头可以包括仅一个执行脉冲回波操作的有源元件/换能器。可选地，超声探头可以包括相控阵列探头。在这种情况下，可以使用合适的波束操控方法(例如，在阵列通道之间引起适当的相位/时间延迟，以便在最佳L波轴线上操控波束)在探头内的后续测量中补偿测得的未对准。
[0015]超声探头可以以任何已知的方式来激发和接收超声。超声探头/检查设备可以以高频率操作。例如，操作频率可以大于5MH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于校准超声探头的方法，所述超声探头具有用于接合待检查物体的表面的耦合元件，其中所述超声探头和校准人工制品被提供在具有至少一条轴线的定位设备上，所述超声探头和校准人工制品关于所述至少一条轴线的相对取向能够改变，所述方法以任何适合的顺序包括：i)针对所述超声探头与所述校准人工制品之间关于所述至少一条轴线的多个不同相对取向，测量由所述超声探头接收到的信号；以及ii)根据所述测量，来确定指示该超声探头的至少一条最佳信号轴线的至少一个校准参数并且记录该至少一个校准参数以便后续使用。2.如权利要求1所述的方法，其中，i)包括改变所述超声探头和所述校准人工制品的相对取向，同时所述超声探头的耦合元件保持与所述校准人工制品接合。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，对于所述多个不同的相对取向中的每个相对取向，所述超声探头的耦合元件在所述校准人工制品的表面上的位置基本上相同。4.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述定位设备包括至少两条轴线，所述超声探头和校准人工制品关于所述至少两条轴线的相对取向能够改变，并且其中，i)包括：针对所述超声探头与所述校准人工制品之间关于所述至少两条轴线中的至少两条轴线的多个不同相对取向，测量由所述超声探头接收到的信号。5.如任一前述权利要求所述的方法，包括确定由所述超声探头接收到的信号相对于所述超声探头与所述校准人工制品之间的相对取向的映射图。6.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个校准参数指示所述超声探头的纵向波轴线。7.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述耦合元件是可变形耦合元件。8.如任一前述权利要求所述的方法，其中，确定所述至少一个校准参数包括使用关于经校准的人工制品的取向和几何形状的已知信息。9.如任一前述权利要求所述的方法，进一步包括针对待检查物体上的给定点，确定期望的检查轴线并且使用所述至少一个校准参数来确定所述超声探头和物体的期望相对取向，使得最佳信号轴线和期望检查轴线是根据预定指标来布置，特别地其中，所述预定指标是所述最佳信号轴线和期望检查轴线基本上对准。10.如权利要求9所述的方法，包括根据所述超声...

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