专利名称：用于孔隙度测量和缺陷检测的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于在复合结构中无损测量孔隙度并检测缺陷的方法和设备。
背景技术：
基于聚合物基复合材料的结构的新产品设计和制造方法越来越普遍。但复合结构的体积孔隙度水平可能无法接受，而且未检测到的孔隙度和缺陷会导致部件过早损坏。一种用于在复合结构中测量孔隙度的已知方法为使用酸消解法。使用酸消解法时，基体材料和纤维材料的重量百分数通过使用酸溶解其中一种成分而分开测量。使用不同材料的这些数据以及质量密度信息，可轻松确定孔隙度百分数。但酸消解法有破坏性，因为复合物必须要溶解才能测量出孔隙度大小。酸消解作为过程控制工具很有价值，其中牺牲整个部分或部分的某些段来测量制造过程的性能。但对于某些部件而言，这种有损测试 方法并不合适，因为应测量实际结构。某些用于在玻璃纤维制成的复合结构中测量孔隙度的已知方法依据的是，观察到复合结构中的孔隙造成穿过该结构的声音出现频率偏移。这些已知方法使用多个超声换能器来测量穿过浸溃槽中的复合制品的透射传输，以便确定声衰减，从而估计出复合物中的孔隙度量。通常情况下，这些已知方法需要以多个频率对浸溃槽中的两个换能器进行精确扫描，从而收集数据。为了收集分析孔隙度所需的超声信息，需要对该部分进行两次或更多的扫描，具体取决于所用的衰减斜率计算方法、制造生产率的严格限制。此外，需要两个换能器，以通过它们的定位轴来进行这些测量。但针对此类检查所设计的多数浸溃槽只有一个换能器操作器。另一用于测量由树脂注入玻璃纤维制成的复合结构的孔隙度的已知方法使用单个换能器来确定由浸溃槽中的复合结构造成的声衰减。在此方法中，将浸溃槽中的复合结构的前壁反射的声音与穿过复合结构后由浸溃槽中的后壁反射的声音进行比较。此已知方法通常使用2. 25MHz频率换能器。如果复合结构由玻璃纤维之外的材料制成，则某些已知方法并不有效。如果复合结构非常大，则无法或不可能根据已知方法测试现有浸溃槽中的大型结构。

发明内容
一方面，本发明提供一种用于用包括超声探针的超声系统来无损检查复合结构的方法。所述方法包括在无槽环境中定位所述复合结构。所述方法包括用所述超声系统扫描所述复合结构，以测量由所述复合结构反射到单个超声探针的超声波。所述方法包括至少部分基于所测量的超声波确定所述复合结构的物理特性。所述的方法，其进一步包括根据标准校准所述超声系统；以及利用所述所测量的超声波来确定由所述复合结构反射的声波的衰减；以及其中所述扫描所述复合结构包括用所述超声系统扫描所述复合结构，以测量由所述复合结构反射到所述超声探针的声波的超声振幅和频率；以及所述确定物理特性包括根据所确定的衰减和由所述复合结构反射的超声波的测得频率，确定所述复合结构的孔隙度百分数。所述的方法，其中由所述复合结构反射的所述声波包括来自所述复合结构的背反射。其中所述扫描所述复合结构包括使用由所述超声探针发射的单频声波来扫描所述复合结构。其中所述单频小于约2MHz。其中所述确定所述复合结构的所述孔隙度百分数包括线性方程。所述的方法，其中所述扫描所述复合结构包括用超声相控阵探针进行扫描，以测量由所述复合结构反射到所述超声相控阵探针的多个超声波；以及所述确定物理特性包括利用所述所测量的超声波来生成显示所述复合结构的截面物理特性的数字图像。所述的方法，其中所述扫描复合结构包括用超声相控阵探针以小于约2MHz的频率扫描所述复合结构。又一方面，本发明提供一种用于无损检查复合结构的设备。所述设备具有超声系统，所述超声系统包括超声探针，其经配置以传输和接收超声波；以及电子设备，其经配置以操作超声换能器，从而生成并放大所述超声波。所述设备包括数据收集系统，其包括计算机。所述数据收集系统经配置以收集超声信息。所述设备配置成用所述超声系统扫描复合结构，以测量由所述复合结构反射到所述超声探针的超声波，并且至少部分基于所测·量的超声波确定所述复合结构的物理特性。其中所述设备经配置以根据标准校准所述超声系统，并且利用所述所测量的超声波来确定由所述复合结构反射的声波的衰减，以及其中所述所测量的超声波包括由所述复合结构反射到所述超声探针的声波的超声振幅和频率；以及所述物理特性包括所述复合结构的孔隙度百分数，而且所述设备经配置以根据所确定的衰减和由所述复合结构反射的所述超声波的测得频率，确定所述孔隙度百分数。其中所述设备经配置以测量包括来自所述复合结构的背反射的声波的超声振幅和频率。其中所述超声探针发射单频声波。其中所述单频小于约2MHZ。其中所述设备经配置以利用线性方程根据所确定的衰减和所测量的频率，确定所述复合结构的所述孔隙度百分数。所述的设备，其进一步包括扫描系统，所述扫描系统经配置以相对于所述复合结构定位所述超声探针，从而获得超声信息。其中所述超声探针包括超声相控阵探针，以及其中所述设备配置成通过利用所述所测量的超声波生成显示所述复合结构的截面物理特性的数字图像来确定物理特性。所述的设备，其进一步包括扫描系统，所述扫描系统经配置以相对于所述复合结构定位所述超声相控阵探针，从而获得超声信息。其中所述设备经配置以在所述复合结构的多个位置用所述超声相控阵探针扫描所述复合结构，从而测量由所述复合结构反射到所述超声相控阵探针的多个超声波；以及利用所测量的超声波生成多个数字图像，所述多个数字图像中的每个图像显示所述复合结构的所述多个位置中不同位置的截面物理特性另一方面，本发明提供一种用于用包括超声换能器的超声系统来无损检查复合结构的方法。所述方法包括根据标准校准所述超声系统；以及使用由所述超声换能器发射的低于约2MHz的单频声波扫描复合结构，以针对由所述复合结构反射到所述超声换能器的声波，测量超声振幅和频率。所述方法包括利用所测量的超声振幅来确定由所述复合结构反射的声波的衰减；以及根据所确定的衰减和所测量的频率确定所述复合结构的孔隙度百分数；其中由所述复合结构反射的所述声波包括来自所述复合结构的背反射。


图I为根据所反射的超声波的频率、通过已知孔隙度的三个样本描绘测量的超声衰减的图。图2为描绘根据图I所示测量的衰减斜率、已知孔隙度的三个样本的孔隙度的图。图3为用于通过本发明的某些配置所使用的包括超声换能器的超声系统无损检查复合结构的无槽方法的图示。图4为包括适用于本发明的配置的超声换能器的检查系统的框图。图5为用于通过本发明的某些配置所使用的超声相控阵探针来无损检查复合结构的无槽方法的图示。
图6为包括适用于本发明的配置的相控阵探针的检查系统的框图。图7为根据本发明的配置生成的、显示复合结构的截面物理特性的示例性图像。图8为根据本发明的配置生成的、显示复合结构的截面物理特性的另一示例性图像。图9为包括适用于本发明的配置的单个超声换能器和相控阵探针的检查系统的框图。兀件符号列表
权利要求
1.一种用于用包括超声探针(404、616)的超声系统(402、602)来无损检查复合结构的方法(300、500)，所述方法包括 在无槽环境中定位所述复合结构； 用所述超声系统(402、602)扫描(304、502)所述复合结构，以测量由所述复合结构反射到所述超声探针(404、616)的超声波；以及 至少部分基于所测量的超声波确定(308、504)所述复合结构的物理特性。
2.根据权利要求I所述的方法(300、500)，其进一步包括 根据标准校准(302)所述超声系统(402、602);以及 利用(306)所述所测量的超声波来确定由所述复合结构反射的声波的衰减；以及 其中 所述扫描(304、502)所述复合结构包括用所述超声系统(402、602)扫描(304)所述复合结构，以测量由所述复合结构反射到所述超声探针(404、616)的声波的超声振幅和频率；以及 所述确定(308、504)物理特性包括根据所确定的衰减和由所述复合结构反射的超声波的测得频率，确定(308)所述复合结构的孔隙度百分数。
3.根据权利要求2所述的方法(300、500)，其中由所述复合结构反射的所述声波包括来自所述复合结构的背反射。
4.根据权利要求2所述的方法(300、500)，其中所述确定(308、504)所述复合结构的所述孔隙度百分数包括线性方程。
5.根据权利要求I所述的方法(300、500)，其中 所述扫描(304、502)所述复合结构包括用超声相控阵探针(616)进行扫描(502)，以测量由所述复合结构反射到所述超声相控阵探针(616)的多个超声波；以及 所述确定(308、504)物理特性包括利用所述所测量的超声波来生成显示所述复合结构的截面物理特性的数字图像(700、800)。
6.一种用于无损检查复合结构的设备(400、600、900),所述设备包括 超声系统(402、602)，其包括 超声探针(404、616)，其经配置以在无槽环境中传输和接收超声波；以及 电子设备(406)，其经配置以操作所述超声探针(404、616)，从而生成并放大超声波；以及 包括计算机(410)的数据收集系统(408)，所述数据收集系统(408)经配置以收集超声信息； 所述设备(400、600、900)经配置以 用所述超声系统(402、602)扫描所述复合结构，以测量由所述复合结构反射到所述超声探针(404、616)的超声波；以及 至少部分基于所测量的超声波确定所述复合结构的物理特性。
7.根据权利要求6所述的设备(400、600、900)，其中所述设备经配置以根据标准校准所述超声系统(402、602)，并且利用所述所测量的超声波来确定由所述复合结构反射的声波的衰减，以及其中 所述所测量的超声波包括由所述复合结构反射到所述超声探针(404、616)的声波的超声振幅和频率；以及 所述物理特性包括所述复合结构的孔隙度百分数，而且所述设备经配置以根据所确定的衰减和由所述复合结构反射的所述超声波的测得频率，确定所述孔隙度百分数。
8.根据权利要求7所述的设备(400、600、900)，其中所述设备(400、600、900)经配置以测量包括来自所述复合结构的背反射的声波的超声振幅和频率。
9.根据权利要求7所述的设备(400、600、900)，其中所述设备(400、600、900)经配置以利用线性方程根据所确定的衰减和所测量的频率，确定所述复合结构的所述孔隙度百分数。
10.根据权利要求9所述的设备(400、600、900)，其中所述超声探针(404、616)包括超声相控阵探针(616)，以及其中所述设备(400、600、900)配置成通过利用所述所测量的超声波生成显示所述复合结构的截面物理特性的数字图像(700、800)来确定物理特性。
全文摘要
一种用于孔隙度测量和缺陷检测的方法和设备。本发明涉及并公开了一种用于用包括超声探针的超声系统来无损检查复合结构的方法和设备，包括在无槽环境中定位所述复合结构；以及用所述超声系统扫描所述复合结构，以测量由所述复合结构反射到单个超声探针的超声波。所述复合结构的物理特性至少部分基于所测量的超声波进行确定。
文档编号G01N29/11GK102914590SQ20121027347
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者R.W.伯格曼 申请人:通用电气公司