[發明專利]檢查零件的裝置和方法

有效

• 申請號: 201710255430.1
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107305197B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 基思·D·洪費爾德;莫爾塔扎·薩法伊
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01N29/26
• 分類號: G01N29/26;G01N29/06;G01N29/34
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 田喜慶;王紅艷

本發明涉及檢查零件的裝置和方法。使用碳納米管(CNT)將相位陣列中的多個微機電系統(MEMS)換能器耦接到柔性基板以用于共形超聲掃描。每一個換能器包括懸臂、沉積在懸臂上的磁性材料和相對于磁性材料定位的螺線管。碳納米管在懸臂上生長并且將換能器機械地耦接到柔性基板的一側。柔性基板的另一側被施加到被檢查零件的表面，并且當螺線管被處理器通電時，換能器電連接到處理器以引起懸臂的運動。懸臂的運動導致碳納米管的運動，從而將力施加到柔性基板，導致透過該零件的超聲波。來自超聲波的返回被處理器解釋以產生零件的圖像。

相關申請的交叉參考

本申請涉及以下共同未決和共同轉讓的申請：

于2014年10月10日提交的題為“多像素間距超分辨率”的美國專利申請NO.14/519839，案號60070/14-0944-US-NP，

該申請通過引用并入本文。

技術領域

本申請主要涉及超聲波換能器(UT)領域，并且更具體地涉及用于共形超聲掃描的使用碳納米管(CNT)耦接到柔性基板的相位陣列中的微機電系統(MEMS)換能器。

背景技術

超聲掃描通常用于生產零件的非破壞性檢查。例如，超聲掃描裝置可以由使用超聲波對零件成像的換能器的一維(1D)或二維(2D)陣列組成。

通常，超聲掃描裝置必須在零件的整個表面上來回移動，以便詢查零件上不同的位置。然而，這樣的裝置最好在平坦的表面上工作，并且當試圖掃描彎曲的表面，尤其是那些包含小半徑的彎曲表面時可能有問題。

例如，如果超聲波掃描裝置不能緊貼著小半徑安裝，則超聲掃描裝置就不能沿著半徑將其聲波的能量(壓力波)施加到零件，其不能接收到返回，并且不能測量孔隙率或檢測裂縫。這個問題的出現是因為超聲波掃描裝置和包含小半徑的零件之間的間隙填充有衰減信號的凝膠。

因此，需要能夠實現用于成形零件研究的高分辨率、高對比度、非破壞性、超聲掃描的改善的裝置和方法。本發明滿足這些需要。

發明內容

為了克服上述現有技術中的限制，并且克服在閱讀和理解本申請時將會變得明顯的其它限制，本申請公開了用于零件的超聲檢查的掃描裝置，以及使用該裝置和制造該裝置的方法。

該掃描裝置由以下組成：柔性基板，其中，柔性基板的第一側被施加到零件的表面；以及通過一個或多個碳納米管機械地耦接到柔性基板的與第一側相對的第二側的一個或多個MEMS換能器。MEMS換能器中的每一個由懸臂、沉積在懸臂上的磁性材料和相對于磁性材料定位以在通電時引起懸臂的偏轉的螺線管組成。碳納米管從懸臂生長，使得懸臂的偏轉導致碳納米管的運動，從而將力施加到柔性基板，并且產生透過該零件的超聲波。

在一個實施例中，磁性材料包括磁性硬材料，并且將電流施加到螺線管，以產生與磁性材料的偶極子相一致或相抵抗(aligned with or against)的磁場，該磁場使懸臂彎曲到平面外，并且碳納米管通過懸臂的偏轉來移位，從而將力施加到柔性基板。

在另一個實施例中，磁性材料包括磁性軟材料，并且將電流施加到螺線管，以產生使磁性材料極化的磁場，該磁場使懸臂彎曲到平面外，并且碳納米管通過懸臂的偏轉來移位，從而將力施加到柔性基板。

使用該裝置的方法包括：將掃描裝置置于零件的表面上，命令掃描裝置操作MEMS換能器，其中，操作MEMS換能器以引起碳納米管的運動，從將力施加到柔性基板以產生超聲波；使用超聲波掃描穿過零件的表面；并且捕獲超聲波的返回，其中，捕獲的返回被處理成一個或多個零件的圖像。

命令步驟包括將電流施加到螺線管以產生施加到懸臂上的磁性材料的磁場，其中，懸臂在偏轉的正方向上或負方向上響應。命令步驟還包括基于捕獲的返回的分析來命令MEMS換能器的懸臂的偏轉的改變，或基于捕獲的返回的分析來命令MEMS換能器的相位和頻率的改變。