一种检测具有内部开口部分的结构的无损检测装置和方法包括具有多个外部探头单元壁的检测装置外部探头单元，每个外部探头单元壁具有对应于相应结构壁的多个外部表面中相应一个的表面，外部探头单元包括第一外部探头元件和第二外部探头元件，该第一和第二外部探头元件通过在第一外部探头单元元件上的磁体和第二外部探头单元元件上的磁体之间的磁吸引力相互之间磁耦合；以及磁平衡体，其被定位为通过磁平衡体上的磁体与第二外部探头单元元件上的磁体之间的磁排斥力沿着增强第二外部探头单元元件与第一外部探头单元元件的磁耦合的方向推动第二外部探头单元元件。还公开了磁吸引到外部单元的内部探头单元和用于结构无损测试的换能器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及用于检测结构的装置和方法，特别是涉及用于对结构例如桁条的接近受限特征的无损测试的装置和构造。
技术介绍
结构的无损检测(NDI)涉及在没有损坏结构或没有要求结构显著分解的情况下对结构的彻底检查。通常无损检测是优选的，以避免为了检测而拆除部件相关的计划、劳力、成本，并避免损坏结构的潜在风险。无损检测在需要对结构外部/或内部彻底检查的许多应用中是可取的。例如，无损检测通常用于飞行器工业以检测飞机结构任何类型内部或外部损坏或结构中的瑕疵。NDI还用于飞机构造组件的初始制造。其用于确保在制造该部件时没有程序问题或可能的外来材料嵌入到该部件中。在结构制造期间和/或一旦结构投入使用后，可对其执行检测。例如，对于制造和将来进行的使用，可能需要检查从而验证结构的完整性和合适性。不过，在没有分解结构的情况下对其接触内表面常常是比较困难或不可能的，例如从飞机拆除部件以便检查。通常进行无损检测的结构包括复合结构，例如，复合夹层结构和其他粘合面板和组件，例如帽状桁条或由碳纤维和石墨环氧树脂(Gr/Ep)材料增强的帽状桁条或帽状加强件以及共同固化或共同粘结的帽状桁条。在这方面，由于工程质量、设计灵活性和低重量(例如硬度重量比)，复合结构通常用于所有飞行器工业。因此，检测复合结构以识别任何缺陷常常是可取的，例如裂纹、孔洞或孔隙，这些会严重影响复合结构的性能。可使用各种类型传感器来执行无损检测。一个或更多传感器可在要检查的结构部分上面移动，并接收关于该结构的数据。例如，脉冲回波(PE)、透射传输(TT)或剪切波传感器可用于获得超声波数据，例如结构中的厚度测量、层缺陷和孔隙的探测、外来材料的探测和/或裂纹探测。共振、脉冲回波或机械阻抗传感器可用于提供孔洞或孔隙的指示，例如在结构粘合线中。飞机结构的高分辨率检测通常利用半自动超声波检验(UT)来执行，以提供被检测结构或被检测部件的平面图像。例如，可利用单面脉冲回波超声波(PEU)检验来检测实心层压板以及可利用双面透射超声波(TTU)检验来检测复合夹层结构。在脉冲回波超声波(PEU)检验中，超声波传感器，例如超声波换能器，被定位在毗邻或接近待检测结构的一个表面。例如，PEU换能器发送超声波信号到被检测结构里并从该结构接收超声波信号的反射。在透射传输超声波检测中，配对的超声波传感器(例如换能器或换能器和接收器的配对)，被定位为彼此面向并接触在结构的相反侧。由换能器中的至少一个发送超声波信号，穿透该结构并由另一个换能器接收。由传感器(例如PEU和TTU换能器)采集的数据通常由处理元件处理，并且处理的数据可通过显示器展示给用户。数据采集板和数据管理软件可用于检测数据的收集和显示，例如在计算机监视器上显示该数据作为被检测结构(例如帽状桁条)的图像表示，补充以该检测的相应色彩和/或图形数据以允许合格的检查员进行检查。无损检测通常可由技术员在结构上移动适当的传感器来手动执行。手动扫描要求训练有素的技术员在需要检测的结构部分上移动传感器。手动扫描通常涉及技术员沿一个方向重复地从一侧向另一侧移动传感器而同时沿另一个方向指引(index)传感器。另外，因为传感器通常不使位置信息和采集的数据关联，所以当扫描结构时，正手动扫描结构的相同技术员还必须观察传感器显示器以确定是否有任何缺陷存在于结构中。因此检测质量很大程度取决于技术员的表现，不仅与传感器运动有关，而且与技术员解释显示数据的专注程度有关。因此，结构的手动扫描是耗时、劳动强度大且容易出现人为错误。半自动检测系统也已经开发出来。例如，移动式自动扫描系统(MAUS )通常是采用固定框架且具有通常适用于超声波检测的一个或更多自动扫描头的移动式扫描系统。MAUS系统可使用脉冲回波、剪切波以及透射传输传感器。该固定框架可通过真空吸盘，磁体或类似固定方法附着在被检测结构的表面。小型化MAUS (微型MAUS)系统可以是由技术员在结构表面手动移动的便携式装置。自动检测系统也已经开发出来。例如自动超声波扫描系统(AUSS )是可采用透射传输超声波检测的综合机械扫描系统。AUSS系统也能够执行脉冲回波检测以及同时 进行的双频检测。该AUSS系统具有机器人控制的探头臂，例如，对于TTU检测，结构可被定位为最接近经受检测的结构的相反表面，由一个探头臂沿着结构的一个表面移动超声波发射器，而另一个探头臂沿着该结构相反表面相应地移动超声波接收器。为了保持超声波发射器和接收器相互之间适当的对齐和间距以及他们和被检测结构之间的适当对齐和间距，传统的自动检测系统可具有在多个轴向上提供运动控制的复杂的定位系统，例如AUSS-X系统具有沿十个轴线方向的运动控制。不过，自动检测系统以及类似的机器人可能过于昂贵。进一步地，对于TTU检测，结合带有非平面形状的结构，相对于结构定传感器的方位和间距，以及相对于彼此定传感器的方位和间距，将会非常困难，例如检测弯曲结构和帽状桁条。而且，传统自动扫描系统，例如AUSS-X系统，可能需要接近结构的两面，这在一些情况下即使不是不可能也是非常困难的，尤其是对于非常大的结构或非常小的结构。而且，扫描系统检测达到几平方米的受限区域。需要检测结构和特定特征的可接近性也是重要的需要考虑的事项。接近是如此受限以致手动检测或自动检测都是不可能的。例如，飞机机身帽状桁条的内部的检测接近是受限的，尤其是远离末端的位置。上述背景讨论来自美国专利No. 7249512和No. 7263889。也可参见美国专利No. 7231826和No. 6722202，这些专利描述了用于无损地检测形成有由例如帽状桁条环绕的一段内部空间的结构的多种装置和方法，其中帽状桁条形成为例如飞机机翼和机身主体的支撑元件。这样的无损检测(NDI)探头有检测元件，例如超声波换能器，布置为最接近结构的一个或更多表面，顶面和底面或侧壁。通常这样探头的换能器需要与在该结构壁反侧的换能器相互作用，从而内部换能器保持探头磁耦合至该结构(例如帽状桁条)外部的外部探头装配件，并和外部探头一起运动。针对帽状桁条的各种形状、尺寸和配置，已知使用与一个或两个探头的铰接或挠性角的磁耦合来相对于帽状桁条中的变化的重新定一个或两个探头的位置、形状、配置和/或对齐。磁耦合对在内部保持件探头元件和外部换能器支架探头组件单元上的相对磁体之间的距离是非常敏感的。因此，传统系统提供内部和外部探头组件的形状和/或内部探头宽度的可调节性以试图保持探头侧壁以尽可能近地接触结构的内部和外部的各自壁表面。尽管需要例如再耦合和再运行再磁耦合的内部探头和外部组件的检测，但磁解耦会发生。应当明白这种现象的主要造成因素是结构的表面粗糙和/或表面不规则。随着分离磁体的距离有相对小的增加，在内部探头上的耦合磁体和外部换能器支架组件之间的磁耦合力下降非常明显。
技术实现思路
本专利技术公开了一种适于检测具有内部开口部分的结构的无损检测装置和方法，内部开口部分由具有外部和内部表面的多个壁限定，该装置和方法可以包括具有多个外部探头单元壁的检测装置外部探头单元，每个外部探头单元壁具有对应于相应结构壁的多个外部表面中相应一个的表面，包括第一外部探头元件和第二外部探头元件，该第一外部探头 元件和第二外部探头元件相互之间磁耦合，以便通过在第一外部探头单元元件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.18 US 12/642,4781.一种适于检测具有内部开口部分的结构的无损检测装置，所述内部开口部分由具有外部和内部表面的多个壁限定，该无损检测装置包括 具有多个外部探头单元壁的检测装置外部探头单元，每个外部探头单元壁具有对应于相应结构壁的多个外部表面中相应一个的表面，所述外部探头单元包括第一外部探头元件和第二外部探头元件，该第一外部探头元件和第二外部探头元件相互之间磁耦合，以便通过在所述第一外部探头单元元件上的磁体和所述第二外部探头单元元件上的磁体之间的磁吸引力，迫使所述第一外部探头单元元件上的至少一个外部探头单元壁和所述第二外部探头单元元件上的至少一个外部探头单元壁紧密靠近所述结构的相应外部表面；以及 磁平衡体，其被定位为通过所述磁平衡体上的磁体与所述第二外部探头单元元件上的磁体之间的磁排斥力沿着增强所述第二外部探头单元元件与所述第一外部探头单元元件的磁耦合的方向推动所述第二外部探头单元元件。2.根据权利要求I所述的无损检测装置，其进一步包括具有多个内部探头单元壁的检测装置内部探头单元，每个内部探头单元壁具有与所述结构的内部表面中的相应一个对应的表面； 通过所述内部探头单元上的磁体与所述外部探头单元上的磁体的磁吸引力，所述内部探头单元通过所述结构磁耦合于所述外部探头单元，以便通过所述结构的内部部分与所述外部探头单元一起运动。3.根据权利要求2所述的无损检测装置，其中所述内部探头单元包括第一内部探头单元元件和第二内部探头单元元件，通过所述第一内部探头单元元件及所述第二内部探头单元元件中相应一个上的磁体与所述第一外部探头单元元件及所述第二外部探头单元元件中相应一个上的磁体之间的磁吸引力，所述第一内部探头单元元件和所述第二内部探头单元元件中的至少一个磁耦合到所述第一外部探头单元元件和所述第二外部探头单元元件中的至少一个，以维持所述第一内部探头单元元件和所述第二内部探头单元元件中相应一个以及所述第一外部探头单元元件和所述第二外部探头单元元件中相应一个中的每一个都与所述结构的相应壁紧密靠近。4.根据权利要求3所述的无损检测装置，其中通过所述第一内部探头单元元件上的磁体和所述第二内部探头单元元件上的磁体之间的磁排斥力迫使所述第一内部探头单元元件和所述第二内部探头单元元件分开。5.根据权利要求I所述的无损检测装置，其中磁平衡体导杆从所述第一外部探头单元元件延伸穿过所述第二外部探头单元元件达到所述磁平衡体，引导所述第二外部探头单元元件在所述第一外部探头单元元件和所述磁平衡体之间的运动。6.根据权利要求I所述的无损检测装置，其中所述第一外部探头单元元件和所述第二外部探头单元元件中的至少一个承载无损检测仪器换能器。7.根据权利要求2所述的无损检测装置，其中所述第一外部探头单元元件和所述第二外部探头单元元件以及所述内部探头单元中的至少一个承载无损检测仪器。8.根据权利要求3所述的无损检测装置，其中所述第一外部探头单元元件和所述第二外部探头单元元件以及所述第一内部探头单元元件和所述第二内部探...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·萨尔，J·C·肯尼迪，H·T·布依，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：
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