[發明專利]帶有運動傳感器的超聲掃描器

有效

• 申請號: 200980112969.5
• 申請日: 2009-04-07
• 公開（公告）號: CN102016562A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 安德魯·邦德-索利
• 申請（專利權）人: 空中客車操作有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22;G01N29/265;G01N29/28
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黨曉林;王小東

技術領域

本發明涉及一種掃描器(scanner)。更具體地，本發明涉及一種用于無損地檢測金屬和復合結構等的超聲檢測(UT)掃描器。?

背景技術

可以使用超聲檢測來分析材料的不可見區域，諸如構件、焊縫和復合材料的內部。這種無損檢測(NDT)利用聲波的反射來探測在此工序中如果不破壞構件則非常難以探測的缺陷和特性。超聲檢測是在航空航天學領域中用于在制造和維修期間檢測材料的完整性的常用技術。?

掃描器通常是便攜式的(即更適于維修時的掃描)或者非便攜式的(尤其用于生產)。?

超聲檢測的特點在于，因為空氣與固體(即諸如待測樣品)之間的聲阻抗失配大，所以需要耦合劑來幫助超聲能量傳遞到待測樣品。如果不使用耦合劑，則會導致聲波的反射和掃描質量的降低。耦合劑通常呈水或凝膠或可變形固體的形式。?

傳統上，因為需要在逐點的基礎上來進行操作，超聲檢測在檢測速度方面受到限制。已改進研制出陣列掃描或者“畫筆(paintbrush)”掃描，該畫筆掃描允許在表面上連續掃描以產生待測構件的期望區域的二維圖像。然而這種設備笨重而限于在生產(與維修相對)環境中使用，并且被認為是不便攜的。?

便攜性問題已通過由NDT?Solutions公司出售的高速掃描(RapidScan)系統的開發得以解決。該系統采用底架，充水的橡膠鼓可旋轉地安裝到該底架。超聲陣列安裝到軸上并且容納在可變形的橡膠鼓內的水用作耦合劑。?

該高速掃描系統的特征還在于旋轉編碼器，該旋轉編碼器緊接鼓安?裝到所述底架。該底架包括沿該高速掃描系統的行進方向延伸的手柄。?

使用時，該底架由手柄保持成緊靠工件使鼓和編碼器接觸所述工件，并且該底架運動使得鼓和編碼器旋轉。此時，通過陣列發生掃描。掃描信號從所述陣列傳送到附近的計算機用于分析。同時，編碼器將信號傳遞到該計算機使得可以確定掃描位置并且因此確定所發現的任意特征的定位。?

該系統存在多種問題。首先，需要鼓和編碼器同時接觸就意味著該系統不能輕易地越過工件梯度的較大變化處。該裝置會變得“被接地”(即，在編碼器與鼓之間的一部分底架會接觸工件)。可替代地，鼓或編碼器會與表面部分地接觸，這導致丟失有用的結果或者丟失與行進距離相關的數據。?

此外，底架相對于工件表面的定向是固定的，因此手柄相對于工件表面也是固定的，從而使用者的手的位置在這方面被限制。這樣，在帶有非常不平坦表面的工件中，使用者不得不多次改變他們的手相對于他們的臂/身體的位置。這些多種位置也會讓使用者不舒適。?

另外，通常期望使用不同頻率的超聲陣列。因此，必需攜帶若干個系統，每個系統均具有不同的陣列以提供該功能。?

而且，鼓直接安裝到底架。這限制了陣列越過工件的速度，因為使用者必須非常小心以便防止陣列在例如表面梯度急劇變化處或者鼓可能“跳”起的缺陷處離開工件。如果鼓離開工件，則耦合劑不起作用而掃描器的有效性大大降低。?

另外，鼓與底架之間的不活動安裝布置意味著在工件與鼓之間傳遞的所有的力均被傳遞到使用者的手上，在沖擊或者反復加載的情況下這會是不舒適的。?

本發明的目的在于克服或者至少緩解上述問題中的至少一個問題。?

發明內容

根據以上發明的第一方面，提供了一種便攜式掃描器，該掃描器包括：底架；掃描組件，該掃描組件具有超聲掃描陣列和相對于所述底架?可旋轉地安裝的旋轉構件，所述旋轉構件包括超聲耦合劑并且具有用于接觸工件的表面的周緣接觸面以便在所述陣列與工件的表面之間提供超聲耦合，使得在所述接觸面與工件的表面接觸的情況下所述底架相對于工件的運動致使所述旋轉構件旋轉；以及編碼器，該編碼器包括運動傳感器，其中，所述傳感器被布置成檢測所述旋轉構件的運動。?

這樣，所述傳感器無需與工件的表面具有任何類型的關系，這種關系會影響傳感器繞某些特征的運動。?

根據以上發明的第二方面，提供了一種便攜式掃描器，該掃描器包括：底架；以及掃描組件，該掃描組件具有超聲掃描陣列和相對于所述底架可旋轉地安裝的旋轉構件，所述旋轉構件包括超聲耦合劑并且具有用于接觸工件的表面的周緣接觸面以便在所述陣列與工件的表面之間提供超聲耦合，使得在所述接觸面與工件的表面接觸的情況下所述底架相對于工件的運動致使所述旋轉構件旋轉，并且其中所述旋轉構件能相對于所述底架彈性地且平移地移動。?

因此提供了這樣一種懸架形式，其中，能夠調節所述旋轉構件的位置以便順應所述表面的變化而無需讓使用者經常調整他們保持掃描器的手的位置。?