使用超声波来检测部件的多元件方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于对包括细长微结构(M)的部件(P)进行无损检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将线性换能器(TT)移动至位于面对所述部件表面(S)的多个位置({P1,P2,...,Pm})，所述线性换能器包括沿着主方向(O)对齐的多个换能器元件({T‑1,T2,...,Tn})；发射多个基本超声波束({F1,F2,...,Fn})，由所述多个换能器元件中的每一个在所述表面的方向上发射所述多个基本超声波束中的每一个；测量多个回波信号({E1,E2,...,Em})和多个结构噪声({B1,B2,...,Bm})，由所述多个换能器元件中的每一个来测量所述多个回波信号中的每一个和所述多个结构噪声中的每一个，由在该部件表面之下的缺陷(Df)对基本超声波束的反向散射来产生所述回波信号中的每一个，由所述细长微结构对基本超声波束的反向散射来产生所述结构噪声中的每一个；以及当在所述多个位置上多个所测量的结构噪声中的一个的振幅最小时，确定该细长微结构的伸长方向(D)。本发明专利技术还涉及一种用于实现该检测方法的无损检测系统。

A Method and Device for Using Ultrasound to Detect Components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用超声波来检测部件的多元件方法及装置
本专利技术涉及具有多元件的超声换能器的一般领域。特别地，本专利技术应用于对包括细长微结构的部件进行的无损检测。
技术介绍
在航空领域中，检测要安装在航空器中的所有锻件是很重要的。这些部件由例如钛或钛合金的材料构成，该材料包括晶体结构和微结构。根据定义，部件的晶体结构在十分之一纳米左右的尺度下定义该部件的结构。部件的微结构在一纳米到一厘米之间的尺度下定义该部件的结构。通过使用基于电磁波衍射(例如X射线的衍射)的方法来检测部件的晶体结构。通过使用基于声波(例如，超声波)的反射、漫射和/或反向散射的方法来检测部件的微结构。因此，使用超声波来检测部件缺陷的检测方法是已知的。缺陷可以包括，例如，位于形成该部件的两层之间的叠层，或也可以包括所述部件的表面或体积不连续性。这些方法由以下步骤组成：在待检测部件的方向上产生超声波束，以及分析由位于该部件里的缺陷所反射、漫射和反向散射的信号。使用超声波进行检测的已知方法使用多个超声换能器，该超声换能器被配置为检测位于部件的不同深度的缺陷。F.J.Margetan、J.Umbach、R.Roberts等人的文件“钛锻件的检验开发”(NTIS，2007)从而提出了几种环形或扇形几何形状的超声换能器，该超声换能器可以被放置在待检测部件的表面。文件WO2005/06895描述了一种用于通过使用超声波的反射或衍射来检查物体内部材料的方法和器具。文件US9488573B2描述了一种通过使用声电磁波使物体成像以研究物体的物理性质的系统。文件CN104280455A描述了一种通过使用超声波的漫射来检测部件中缺陷的方法。然而，这些方法和设备无法检测到位于待检测部件中的细长微结构。实际上，待检测部件可以包括一个或更多的细长微结构。特别地，针对部件由钛或钛合金的圆柱形坯制成，情况就是这样。在这些部件的生产过程中，例如在锻造的过程中，在这些部件中形成有一个或多个细长微结构。但是，部件包括细长微结构的缺点在于，在使用超声波束检测该部件的过程中，该细长微结构对超声波束的反向散射产生噪声，被称为结构噪声。该结构噪声干扰了来自位于该部件中的缺陷对超声波束的反射、漫射和/或反向散射的信号，并且掩盖了一些在检测该部件的过程中所测量的信号。当待检测部件包括复杂的形状或内部各向异性结构时，该缺点更值得注意。在轴对称形状的部件，或由钛锻造金属或钛合金材料制成的部件的情况下尤其如此。令人惊讶的是，专利技术人已经证明了结构噪声的振幅取决于被用来检测该部件的超声换能器的相对位置和相对方向。另外，专利技术人已经证明了已知的超声换能器的几何结构无法精确检测位于待检测部件中的细长微结构的存在。
技术实现思路
为克服以上所述的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于对部件进行超声检测以确定位于部件中的细长微结构的伸长方向的方法。相关地，本专利技术的另一个目的在于提出一种用于对部件进行超声检测的设备，所述设备被配置为以精确检测和定位位于部件中的缺陷和细长微结构。在本说明书和所附权利要求中，表述“位置”用于同时意指空间中的元件的空间定位和方向。特别地，本领域的技术人员将理解的是，可以使用六个自由度来定义空间中元素的位置，该三个坐标(X，Y，Z)表示在正交坐标系(X，Y，Z)中的笛卡尔坐标系的元素的空间定位，三个角度表示在角坐标系中元素的方向。因此本专利技术的一个目的在于提供一种用于对包括细长微结构的部件进行无损检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：-在位于面对所述部件的表面的多个位置上移动线性换能器，所述线性换能器包括沿着所述线性换能器的主方向对齐的多个换能器元件；-发射多个基本超声波束，由所述多个换能器元件中的每一个在所述表面的方向上发射所述多个基本超声波束中的每一个；-测量多个回波信号和多个结构噪声，由所述多个换能器元件中的每一个来测量所述多个回波信号中的每一个和所述多个结构噪声中的每一个，所述回波信号中的每一个由在该部件表面以下的缺陷对基本超声波束的反向散射来产生，以及所述结构噪声中的每一个由所述细长微结构对基本超声波束的反向散射来产生；以及-当根据所述多个位置所测量的多个结构噪声中的一个的振幅最小时，确定细长微结构的伸长方向。有利地，该检测方法使得能够精确地检测和定位位于部件中的细长微结构。有利地，该检测设备使得能够通过对由在部件中因细长微结构对超声波束的反向散射所生成的结构噪声进行最小化以检测部件。有利地，在实施该检测方法之前，该检测方法无需已知该部件的形状。有利地，该检测方法易于实施、有效和经济。在本专利技术的具体实施例中，在多个位置中的每一个上所发射的所述多个基本超声波束被定位从而形成聚焦区域。在本专利技术的具体实施例中，沿着平行于所述主方向的方向确定该细长微结构的所述伸长方向。相关地，本专利技术的目的在于提供一种用于对包括细长微结构的部件进行无损检测的系统，所述系统的特征在于，其包括：-线性换能器，所述线性换能器包括沿着所述线性换能器的主方向对齐的多个换能器元件，所述多个换能器元件中的每个换能器元件能够发射超声波束；以及-检测设备，包括：·位于面对所述部件表面的多个位置上的线性换能器的位移装置；·多个基本超声波束的发射装置，所述多个基本超声波束中的每一个由所述多个换能器元件中的每一个在所述表面的方向上发射；以及·多个回波信号和多个结构噪声的测量装置，所述多个回波信号中的每一个和所述多个结构噪声中的每一个由所述多个换能器元件中的每一个来测量，由在该部件表面以下的缺陷对基本超声波束的反向散射来产生所述回波信号中的每一个，以及由所述细长微结构对基本超声波束的反向散射来产生所述的结构噪声中的每一个；以及·用于当根据所述多个位置所测量的多个结构噪声中的一个的振幅最小时确定细长微结构的伸长方向的装置。有利地，该检测系统使得能够有效且迅速地检测部件，所述部件包括缺陷和细长微结构。在本专利技术的具体实施例中，所述多个换能器元件具有基本矩形形状，所述基本矩形形状包括大尺寸和小尺寸，所述换能器元件沿着所述大尺寸彼此连续地布置。在本专利技术的具体实施例中，所述发射装置包括聚焦装置以对在所述多个位置中的每一个上所发射的所述多个基本超声波束进行聚焦从而形成聚焦区域。在本专利技术的具体实施例中，所述多个换能器元件中的每一个包括沿着所述大尺寸布置的预聚焦镜头。在本专利技术的具体实施例中，所述位移装置被配置为沿着三个正交轴平移移动并围绕三个正交轴旋转移动。在本专利技术的具体实施例中，所述多个换能器中的每一个的发射频率大于等于1MHz且小于等于20MHz。在本专利技术的具体实施例中，换能器元件的数量选自16、64、96或128。在本专利技术的具体实施例中，所述多个换能器元件中的每一个的所述大尺寸和所述小尺寸分别等于A毫米和B毫米。附图说明在以下的说明中，参照在图中表示的三面体(X，Y，Z)，根据惯例并以非限制性的方式，采用纵向、横向和垂直方向。所述垂直方向用作为几何参考，和地球引力的方向无关。通过阅读以下描述，结合若干附图，将最好地理解本专利技术及其技术特征，该附图表示为：-图1a和图1b分别表示根据本专利技术实施例的用于对部件进行无损检测的方法的若干剖面示意图；-图2a和图2b分别表示根据本专利技术实施例的用于对部件进行无损检测的方法的若干透视示意图；-图3以图表的形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对包括细长微结构(M)的部件(P)进行无损检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)在位于面对所述部件的表面(S)的多个位置({P1,P2,…,Pm})上移动线性换能器(TT)，所述线性换能器包括沿着所述线性换能器的主方向(O)对齐的多个换能器元件({T1,T2,…,Tn})；b)发射多个基本超声波束({F1,F2,…,Fn})，由所述多个线性换能器元件中的每一个线性换能器元件在所述表面的方向上发射所述多个基本超声波束中的每一个；c)测量多个回波信号({E1,E2,…,Em})和多个结构噪声信号({B1,B2,…,Bm})，由所述多个换能器元件中的每一个换能器元件来测量所述多个回波信号中的每一个回波信号和所述多个结构噪声中的每一个结构噪声，由在所述部件的所述表面之下的缺陷(Df)对基本超声波束的反向散射来产生所述回波信号中的每一个回波信号，由所述细长微结构对基本超声波束的反向散射来产生所述结构噪声中的每一个结构噪声；以及d)当根据所述多个位置所测量的多个结构噪声中的一个的振幅最小时，确定所述细长微结构的伸长方向(D)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.25 FR 17505851.一种用于对包括细长微结构(M)的部件(P)进行无损检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)在位于面对所述部件的表面(S)的多个位置({P1,P2,…,Pm})上移动线性换能器(TT)，所述线性换能器包括沿着所述线性换能器的主方向(O)对齐的多个换能器元件({T1,T2,…,Tn})；b)发射多个基本超声波束({F1,F2,…,Fn})，由所述多个线性换能器元件中的每一个线性换能器元件在所述表面的方向上发射所述多个基本超声波束中的每一个；c)测量多个回波信号({E1,E2,…,Em})和多个结构噪声信号({B1,B2,…,Bm})，由所述多个换能器元件中的每一个换能器元件来测量所述多个回波信号中的每一个回波信号和所述多个结构噪声中的每一个结构噪声，由在所述部件的所述表面之下的缺陷(Df)对基本超声波束的反向散射来产生所述回波信号中的每一个回波信号，由所述细长微结构对基本超声波束的反向散射来产生所述结构噪声中的每一个结构噪声；以及d)当根据所述多个位置所测量的多个结构噪声中的一个的振幅最小时，确定所述细长微结构的伸长方向(D)。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在所述多个位置{P1,P2,…,Pm}中的每一个位置上所发射的所述多个基本超声波束{F1,F2,…,Fn}被聚焦从而形成聚焦区域{R1,R2,…,Rm}。3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，沿着平行于所述主方向(O)的方向确定所述细长微结构(M)的所述伸长方向(D)。4.一种用于对包括细长微结构(M)的部件(P)进行无损检测的系统，其特征在于，所述系统包括：-线性换能器(TT)，所述线性换能器包括沿着所述线性换能器主方向(O)对齐的多个换能器元件({T1,T2,…,Tn})，所述多个换能器元件中的每个换能器元件能够发射超声波束；以及-检测设备，包括：·位于面对所述部件表面(S)的多个位置({P1,P2,…,Pm})上的所述线性换能器(TT)的位移装置(MA)；·多个基本超声波束({F1,F2,…,Fn})的发射装置(MB)，所述多个基本超声波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥雷利安·巴埃尔德，弗雷德里克·詹森，马赛阿斯·芬克，杰罗姆·劳伦特，克莱尔·普拉达，
申请(专利权)人：赛峰集团，国家科学研究中心，巴黎高等物理化学工业区，
类型：发明
国别省市：法国,FR