一种优选地在航空应用中用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体(5)的方法，所述纤维复合材料至少单层地设计，其中，通过发送换能器(2)在所述物体中产生超声信号，所述超声信号在其于所述物体(5)中传播后通过接收换能器(3)被探测到，其中，所述超声波信号由设计为EMUS换能器的至少一个发送换能器(2)通过布置在所述物体的表面上或所述物体中的导电层(13)生成为电磁的超声信号，其中通过评估装置(20)，借助设计为EMUS换能器的至少一个所述接收换能器(3)探测到的超声波信号用于确定分层、孔隙场或平面设计的其他不均匀性形式的缺陷(1)，以及一种用于执行所述方法的装置，该装置包括发送换能器(2)、接收换能器(3)和评估装置(20)，其中，所述接收换能器(2)被设计成探测不同的波长。(2)被设计成探测不同的波长。(2)被设计成探测不同的波长。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体的方法
[0001]本专利技术涉及一种优选地在航空应用中用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体的方法，所述纤维复合材料至少单层地设计，其中，通过发送换能器在物体中产生超声信号，超声信号在其于物体中传播后通过接收换能器被探测到。
技术介绍
[0002]在航空应用中，但也在其他工业领域中，碳纤维增强塑料(CFK)或玻璃纤维增强塑料(GFK)形式的纤维复合材料多年来越来越多地被使用，以便能够实现特别轻的结构。由于飞机的空载重量很轻，因此可以最大限度地减少燃料消耗和相关的运营成本。然而，这些至少有一层纤维的纤维复合材料比传统金属材料更难检查，无论是在制造过程中还是在任何重复检查期间。根据目前的技术水平，这些纤维复合材料主要使用传统的超声波检查技术进行检查，例如通过将设有压电材料的换能器，使用合适的载体介质例如水，声学地耦合到要检查的平面物体，例如一架飞机的机身区段或机翼区段。然而，这里已表明不利的是，在现有材料中，强烈的声音衰减，特别是在较高工作频率下，使得检查更加困难。这会导致较差的信噪比，从而难以评估在缺陷处反射或传输的信号分量的幅度。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是，改进对缺陷的探测，缺陷特别是在由纤维复合材料制成的平面地设计的物体中以分层、孔隙场或其他平面地设计的不均匀性的形式。
[0004]该目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求11的主题来实现。本专利技术的有利设计可以在从属权利要求以及以下描述中得到。
[0005]在根据本专利技术的方法中，超声波信号由设计为EMUS换能器的至少一个发送换能器通过布置在物体表面上或物体中的导电层生成为电磁超声信号，其中通过评估装置，借助设计为EMUS换能器的至少一个接收换能器检查到的超声波信号用于确定分层、孔隙场或平面设计的其他不均匀性形式的缺陷。
[0006]EMUS换能器是电磁超声换能器，也称为EMAT换能器，其中“EMAT”代表“电磁声学换能器”。与传统的超声波技术相比，这里使用电磁相互作用能够将超声波信号耦合到物体中，或者从物体中获取超声波信号。本质上，洛伦兹力有贡献，并且在铁磁测试体的情况下磁致伸缩也有贡献。原则上，这种EMUS探头或换能器由特殊成型的高频线圈和磁化机构组成，磁化机构优选采用永磁体制成的磁轭形式。在发送情况下，高频线圈被施加电流脉冲信号，该信号在靠近表面的导电物体中感应出涡流。由于与静磁场叠加，振荡的洛伦兹力作用在载流子上，这些力与材料晶格耦合，从而用作为超声波信号的来源。在接收情况下，则整个过程相反地进行。
[0007]根据本专利技术，涡流在特别接近于表面或特别是形成表面的导电层中产生，导电层在待测试区域中平面地延伸，并且为了测试而首先被敷设或已经存在。优选地，根据本发
明，作为用于航空应用的纤维复合材料中的导电层，使用经常存在于平面待测物体表面上或表面中的防雷格栅，该防雷格栅例如作为铜格栅被嵌入物体的顶层。在本专利技术的范围内发现，该防雷格栅作为导电层确保足够的声学耦合。当导电组件的材料厚度比电磁场的穿透深度厚时，这种耦合效果特别好。
[0008]检查的对象是平面地构造的物体，即其在测试方向上的延伸明显大于与测试方向垂直的方向的物体。出于分析的考虑，这些物体是无限延伸的平面，实际上是例如一到几十平方米大的板。这样的板，例如用于飞机机身，至少在待测试的外侧面上由纤维复合材料制成，即具有至少一层纤维复合材料。该板不必完全平坦，而是也可以为应用目的弯曲或弯折。
[0009]纤维复合材料可以单层或多层地构造。航空应用通常涉及五到十层或甚至更多的由一种或各种不同的纤维复合材料构成的薄层，这些薄层相互连接，特别是相互粘接或焊接。
[0010]根据本专利技术的方法的结果是在x和y方向上对缺陷的定位，即沿着物体的表面，以及它的深度位置。在下文中，还指定了相对于待测层总厚度的深度位置，例如，对于由纤维复合材料制成的4mm厚的板，12.5％或25％的位置对应于如下表面以下0.5mm或1mm的深度，在该表面上设置有发送换能器和接收换能器。
[0011]根据本专利技术的方法优选地适用于检查在声音传播方向上比横向于该声音传播方向更长的缺陷，即在平行于物体平面伸展的方向上比在物体厚度方向上更大的缺陷。特别地，用于确定深度位置的在声音传播方向上的不均匀性的长度至少是所产生的超声波信号的波长的二到三倍。
[0012]不言而喻，探测到的超声波信号不必与生成的超声波信号相同。在超声波信号于介质内传播期间，由于存在缺陷，超声波信号发生变化，从而超声波信号的变化可以提供关于相应异常的推断。
[0013]不言而喻，为了通过发送换能器激发超声波，使用相应的控制电子设备。该控制电子设备可以与评估装置组合，或至少部分地与其分离。EMUS换能器因此通常借助于具有这种控制电子设备的用于控制发送换能器的控制单元以及借助于用于一个或多个接收换能器的评估装置来操作。根据本专利技术的装置的这些部分可以至少部分地在公共电子单元中工作，其中，评估装置也可以附加地具有单独的EDP器件。
[0014]与使用传统压电探头的无损毁的检查相比，使用EMUS换能器特别地无需耦合剂进行检查，即在待测物体上使用EMUS换能器比现有技术更容易进行，其中，例如将浸没槽用于待测物体，以实现在发出超声波信号的探头与物体之间的良好声学耦合。还应当理解，在根据本专利技术使用的EMUS换能器和物体之间通常存在空气或气隙，并且空气或可能存在的保护气体并不是耦合剂。根据本专利技术，声学信号不是在发送换能器中产生的，而是通过导电层在待测物体本身中产生的，尽管该导电层由纤维复合材料组成。
[0015]优选地，通过发送换能器产生被引导的波，该波可以在平面物体中很好地传播。与传统的压电探头相比，EMUS换能器特别擅长生成和探测单模的和选择性的板波模式。
[0016]优选地，利用用于无损毁地检查的发送换能器产生λ波或被引导的SH波，其中，特别是产生A0模式或S0模式。对于所使用的纤维复合材料来说，在10kHz(含)和1000kHz(含)之间的激发频率已被证明特别有效。此外，激发频率有利地在50至500kHz的范围内，进一步
特别是在200至220kHz的范围内，这尤其适用于厚度为2至8mm、优选4mm且波长为4至8mm、优选6mm的板。
[0017]优选地，为了在评估装置中确定缺陷，接收的超声波信号的局部相速度和/或局部波长在接收换能器的位置被确定，并且用于确定缺陷的深度。局部波长是在接收换能器位于物体表面上或上方的物体位置处超声波信号的波长，即接收换能器与属于局部波长的超声波信号垂直于物体的表面。类似的情况适用于局部相速度。在表面相对于地面水平地朝向时，换能器例如位于待测物体的顶侧，其中，超声波信号于是直接位于其下方。本专利技术利用了如下事实：当被引导的波的超声波信号遇到板中的不均匀处并且该不均匀处也沿声音传播方向伸展时，物理边界条件发生变化，从而对波模式或超声波信号传播产生影响。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种优选地在航空应用中用于无损毁地检查由纤维复合材料制成的特别是平面设计的物体(5)的方法，所述纤维复合材料至少单层地设计，其中，通过发送换能器(2)在所述物体中产生超声信号，所述超声信号在其于所述物体(5)中传播后通过接收换能器(3)被探测到，其特征在于，所述超声波信号由设计为EMUS换能器的至少一个发送换能器(2)通过布置在所述物体的表面上或所述物体中的导电层(13)生成为电磁的超声信号，其中通过评估装置(20)，借助设计为EMUS换能器的至少一个所述接收换能器(3)探测到的超声波信号用于确定分层、孔隙场或平面设计的其他不均匀性形式的缺陷(1)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检查在没有耦合剂的情况下进行。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述发送换能器(2)产生被引导的波。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了在所述评估装置(20)中确定所述缺陷(1)，在所述接收换能器的位置确定所接收的超声波信号的局部相速度和/或局部波长，并且用于确定所述缺陷(1)的深度。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用所述缺陷(1)的深度与所述相速度和/或与所述波长的特定于材料的相关性来确定所述缺陷深度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述缺陷(1)，沿所述接收换能器(3)的测量路径的至少一部分对探测到的所述超声信号执行至少一个空间傅里叶变换。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，从在不同时间点对所确定的光谱的特别是统计的观察来确定波数和/或相速度的最大值。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了检查在所述物体(5)的厚度的0％和特别是50％之间的深度位置处的缺陷(1)，采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：罗森瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：
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