部件无损测试系统的校准的验证方法及组装件

摘要

部件校准用于验证无损测试系统(1)的校准的组装件包括超声探头(2)、记录单元(7)以及数据处理单元，其中超声探头包括通过无损测试系统(1)在其上执行测量的具有参考缺陷的理想反射器，记录单元(7)被配置用于记录在理想反射器上执行的测量，数据处理单元被配置用于通过建模基于从记录单元(7)接收的测量值以及待测部件(5)材料的预定特性来确定振幅和飞行时间的测绘。

说明书

技术领域

本发明涉及至少一个部件，尤其是飞机的部件，的无损测试系统的校准的验证方法。

背景技术

所述的无损测试系统包括超声探头，特别是允许检测部件(例如由复合材料制成的部件)内部的缺陷。

超声测试通常基于超声波在待测部件的材料内部的传输和反射以及结合所发出的波对检测到的回声的分析。

一般而言，测试部件前，这样的无损测试系统的校准的验证在参考(或标准)部件的辅助下执行，参考部件是使用与待测部件相同的材料且采用相同的工艺步骤制造的。

这种参考部件是其几何形状已知、被控制并且被定期检查的规块。通常，它们具有各种厚度以能够创建CAD型的振幅-距离校正，并具有带平坦底面的孔以对检测进行验证。

一般而言，参考部件用于执行：

-超声配置的每次扫描前的验证(即振幅-距离校正)；

-多个检测最小值的验证。这些特征受到超声特性(例如频率、波束的形状、带宽等)以及无损测试系统的扫描装置结构的影响；以及

-确保无损测试系统展现出能够随时间重复的行为(通过比较同一参考部件的随时间测绘)的验证。

然而，无损测试系统的校准的该验证方法具有与必须使用这样的参考部件相关联的缺陷。的确，参考部件非常昂贵。另外，其在校准的验证中的使用要求：

-制造许多参考部件；

-参考部件的周期性确认；以及

-新参考部件的制造，特别是在磨损或者损坏的情况下。

发明内容

本发明涉及至少一个部件的无损测试系统的校准的验证方法，从而允许克服这一缺陷。根据本发明，值得注意的是，至少一个部件的无损测试系统的校准的所述验证方法包括连续步骤E1到E3，所述无损测试系统包括至少一个超声探头，所述步骤包括：

E1/通过无损测试系统在至少一个所谓理想反射器上执行测量，所述理想反射器包括至少一个参考缺陷，记录所执行的测量，以及创建并分析理想反射器入射面的超声测绘(mapping)；

E2/基于超声探头的物理数据来确定虚拟探头，将其与表示在步骤E1中执行测量的带宽进行关联；以及

E3/通过建模使用在步骤E2确定的虚拟探头以及在步骤E1执行的测量作为部件特性的输入数据，确定虚拟规块和虚拟规块底面的振幅和飞行时间的虚拟测绘，以及分析所述虚拟测绘以导出所述无损测试系统的校准的特性。

由此，由于本发明，在展现出参考缺陷的理想反射器辅助下执行校准的验证，这经由建模与部件的材料特性相组合地使用。因此如下所述，没有必要为每一类型的材料和每一类型的部件制造工艺提供一个参考部件，这允许克服前述缺陷。

有利地，该方法包括在步骤E1之前的附加步骤E0，该附加步骤E0包括确定与待测部件的材料相对应的材料特性，从而允许定义在步骤E3使用的虚拟参考部件。

另外，有利地，该方法包括在理想标准件上提供从以下各项选择的至少一个参考缺陷：

-具有平坦底面的孔；

-通孔；

-经加工的部件边缘；

-无缺陷区域；

-珠状物。

另外，校准的所述验证方法具有以下特征中的至少一些(，单独地或者组合地)：

-在步骤E1分析入射面的超声测绘包括验证无损测试系统的机械装置；

-在步骤E3，分析底面的虚拟测绘包括验证理想反射器的参考缺陷是否存在于该虚拟测绘上并且已经被检测到，以及将虚拟测绘的振幅与预定值进行比较；

-采用处于初始状态的超声探头执行步骤E1，并且在步骤E3生成虚拟测绘；

-该方法包括用于存储以下信息中的至少一些的至少一个步骤：

·步骤E1中记录的测量；

·至少一个测绘；

·超声探头的特性。

本发明还涉及一种用于通过包括至少一个超声探头的无损测试系统来测试部件的方法，所述测试方法包括如上所述的无损测试系统的校准的验证方法。

本发明还涉及一种用于实现上述方法的用于验证无损测试系统的校准的组装件。

根据本发明，该组装件包括：

-包括至少一个参考缺陷并且通过无损测试系统在其上执行测量的至少一个理想反射器；

-配置用于记录在所述理想反射器上执行的测量的记录单元；以及

-配置用于通过建模基于所测量的值和从所述记录单元接收的值来确定振幅和飞行时间的至少一个虚拟测绘的数据处理单元。

有利地，所述理想标准件的至少一个参考缺陷从如下各项选择：

-具有平坦底面的孔；

-通孔；

-经加工的部件边缘；

-无缺陷区域；

-珠状物。

附图说明

附图允许更好地理解本发明是如何实现的。在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是本发明所适用的无损测试系统的一个示例的示意图。

图2为能够用于本发明的实现的理想反射器的一个示例的示意平面图，。

图3表示用于实现至少一个校准验证的验证组装件。

图4和5分别是校准验证方法及用于部件的无损测试方法的示意流程图。

具体实施方式

本发明因此适用于对至少一个部件5进行无损测试的系统1。关于部件，这可以例如是飞机(特别是运输机)机身的面板。作为示例，针对由复合材料制成的部件5来描述本发明，但是本发明也适用于任意类型的材料。

如图1中示意性地示出的，无损型测试系统1包括安装在机械组装件3上的至少一个超声探头2。超声探头2发射其频率位于超声频率范围内(16,000和10,000,000赫兹之间)的声波束形式的波。机械组装件3包括用于生成超声探头2对位于支撑6上的部件5进行的扫描并且调整其位置(如箭头4A所示)的常用装置4(例如发射源，机器人，支撑结构等)。在下文描述的示例中，超声探头2遵循与部件5表面平行的扫描路径。

超声探头2通常由各物理特属性(如频率、形状、焦距或者声波束带宽等)来表征。

测试系统1允许对部件5(例如由复合材料制成)(尤其是飞机的部件)进行无损测试以检测部件5内的缺陷。

超声无损测试通常包括：

-由探头2朝待测部件5发射超声波，如图1中箭头A1示意性地示出的。超声波经由部件5的称为入射面5A的第一面进入部件5内，并且穿过部件5一直到部件5的称为底面5B的第二面；

-由部件5反射超声波，并且检测由部件5反射的超声波(如箭头A2所示)。这些超声波被入射面5A反射(入射超声图)，并且还被底面5B和各种元素(例如位于入射面5A和底面5B之间的缺陷)反射(底面超声图)；以及

-生成和分析(反射波的)振幅和经反射的超声波的飞行时间(表示部件5厚度的数据值)的测绘。

测试系统1包括组装件10，该组装件10如图3所示包括：

-数据处理单元11，数据处理单元11包含配置用于基于部件5的材料(例如复合材料的类型(树脂性质，纤维类型，覆盖成型序列，纤维体密度等))的特征和属性以及采集系统的超声波特性(在如下所述的理想反射器上测量)对反射超声波的测绘进行建模的数据处理软件(例如CEALIST公司发布的应用)；

-人机接口单元12，例如屏幕/键盘组装件，人机接口单元12尤其允许操作者能通过链路13将数据输入到数据处理单元11；

-记录单元7，记录单元7用于记录通过超声探头2执行的以及通过链路8接收(附图1)的测量，并将所记录的数据直接(通过链路14)或者间接(通过人机接口单元12)提供给数据处理单元11；以及

-用于呈现数据的装置15，例如显示器或打印机单元，用于呈现数据的装置15通过链路16接收数据处理单元11实现的处理操作的结果并将它们显示给操作者。

为了执行测试系统1的校准的验证，本发明提供了称为理想反射器9(或标准反射器)的反射器的使用，作为说明在图2中示出。该理想反射器9包括通过加工(通孔或其他)形成的其尺寸特性已知的参考缺陷C1到C5以及没有缺陷的区域(如区域C6)。

在一个特定实施例中，理想反射器9通常采取由诸如玻璃或金属等材料制成的矩形板的形式。其包括参考缺陷C1到C5，例如：

-具有平坦底面的孔C1(或通孔)，例如直径为6mm；

-板边缘的加工C2(穿透或者不穿透)，例如宽度为6mm；

-板上的加工C3、C4，例如宽度为6mm；

-特定的端加工C5(例如齿状或梳状)。

有利地，理想反射器9还包括珠状物C7。

通过组装件10有效测试部件5之前，实现对测试系统1的校准的验证。

该验证包括一系列步骤E0，以及E1到E3(图4)，诸如：

-E0：获得与部件5的材料相对应的材料的特征和属性并存档；

-E1：检查理想反射器9，生成并分析理想反射器9入射面的超声测绘(称为入射物理测绘)；

-E2：在数据处理单元11内基于超声探头2的物理数据(例如尺寸，几何形状等)来创建探头(称为虚拟探头)，将其与代表在步骤E1中执行的测量的带宽相关联；以及

-E3，由数据处理单元11对虚拟规块进行建模，并且对虚拟规块的底面的振幅和飞行时间进行测绘(称为虚拟基础测绘)。

步骤E0是在校准的有效验证之前实现的步骤。该步骤E0允许获得并存档稍后测试的部件5的材料的特征和属性，尤其是以系数矩阵Cij的形式。系数Cij与弹性常数相关并且与矩阵的各值相对应，该矩阵用于在数学上重新转录材料的机械行为。该步骤E0可以在特征测试台上实现，或者通过反方法来实现(从在每种材料和每种工艺的单个参考部件上获得的实际超声数据开始)。该步骤E0仅实现一次。部件5的材料的特性可以按集中式方式在特定地点或者实验室获得，该特定地点或实验室将这些特性存档并后续将它们提供给通过测试系统1执行无损测试过程的各用户。

该步骤E0允许在数据处理单元11内定义虚拟参考部件，其材料属性和特征(即对于复合材料而言是纤维性质、树脂类型、覆盖成型序列、纤维体密度)是已知的并且可以用作输入参数。

步骤E0从而允许：

-获得并存档材料的特征和属性以及系数矩阵Cij，这些操作对于给定材料而言仅执行一次，并且每次对测试由所述给定材料构成的部件5的校准进行验证时该结果可以重用；以及

-创建虚拟参考部件，其被记录在数据处理单元11内。

另外，步骤E1到E3在部件5的无损测试的框架内执行。

步骤E1包括通过将超声波探头2对置于支撑6上的理想反射器9进行扫描来执行并记录理想反射器9检查的测量。来自入射超声图的入射面每一点处的信号(通常被称为“A-扫描”信号)由数据处理单元11(并且尤其是数据处理软件)处理，其生成(或创建)理想反射器9入射面的测绘，称为入射物理测绘。

分析入射物理测绘包括标识由于装置4内的机械缺陷而没有(或者仅部分地)被超声波波束扫描的入射面的一个或多个区域(在它们存在的情况下)，装置4诸如是用于超声探头2波束(例如轴的移位)的波束的发射或扫描的系统。分析来自区域C6的“A-扫描”信号提供了与探头2的频率内容有关的信息。有利地，分析珠状物C7的入射物理测绘确认超声探头2的物理属性并且允许标识用于聚焦超声探头2所发出的超声波束的系统内的任何机械异常。

步骤E2中，在数据处理单元11内，且更具体地在数据处理软件内，生成虚拟探头。该虚拟探头具有与超声探头2相同的物理特性(在多元件探头情况下，是各机械元件的尺寸、几何形状，激活元件的标识，等等)。有利地，所生成的虚拟探头被存档在数据处理单元11内，并且该步骤E2仅当超声探头2被替换或者需要在给定时刻相对于在前状态比较超声探头的状态时才执行。

由此，在每次校准时在数据处理软件中确定所创建的虚拟探头的带宽值(且在必要时确定中心频率)。输入值与在步骤E1执行的测量的带宽值相对应。在步骤E3期间，数据处理软件对表示由部件5的材料制成的包括理想反射器9的参考缺陷的部件的虚拟规块进行建模(该虚拟规块与现有技术中通常使用的规块对应)。为此，该数据处理软件使用：

-在步骤E0获得的部件5的材料的特性；

-在步骤E1执行并记录的测量；以及

-在步骤E2生成的虚拟探头。

软件随后生成虚拟规块的底面的振幅和飞行时间的虚拟测绘(称为虚拟基础测绘)。对该虚拟基础测绘(换言之，底部回波描记的虚拟测绘)的分析包括验证理想反射器9的各参考缺陷存在于该测绘上并且因此已经被检测到(在E1的测量期间以及在建模期间)。如果必要的话，底部的(回波描记的)虚拟测绘上存在的缺陷的尺寸特性被测量，并且与理想反射器的参考缺陷的已知尺寸特性进行比较。此外，虚拟基础测绘的振幅与期望值(例如80％)进行比较，且其均匀性被检查。

在校准的验证的一个变型实施例中，步骤E1是在超声探头2处于其初始状态时执行的，例如购买、安装以及在无损测试系统1上进行调整之后。在该变型中，在理想反射器9上执行的测量被用在步骤E3期间，且将允许生成初始虚拟基础测绘，这将能够在此后的校准期间用作参考。

因此，通常的校准被基于建模和展现出标准(参考)缺陷的理想反射器9的扫描的方法所替代，以用于获得和验证测量质量(振幅的均匀性等)以及超声探头2和机械组装件3的机械行为。理想反射器9随着时间变得更稳定，并且生产成本更低。另外，部件5的材料的特征和属性被存储在数据处理单元11内(或者如下所述的存储单元17内)，并且在每次校准时重用。因此，该解决方案允许大大减轻对使用与部件5相同的材料和工艺形成的标准部件(或规块)的系统性需求。

取决于通过验证组装件10实现的对校准的验证的结果，可以构想各种动作。作为说明：

-如果校准落入预定义的可接受限度内，则探头2和测试系统1被认为适合部件5的测试；

-如果观察到轻微的校准缺陷，具有微小的变化，则可以应用对测量的软件补偿；

-如果校准缺陷保持有限，则还可以设想执行对探头2的机械调整的校正；以及

-如果检测到重大的校准缺陷，则可以用另一探头替换探头2，并且随后对该新探头的校准进行验证。

在一个特定实施例中，组装件10还包括(如图3中所示)用于存储通过链路18从记录单元7接收到的、来自超声探头2的校准的验证的各种数据，例如探头2的属性、所执行的测量的参数以及所生成的测绘的存储单元17。这一存储单元17由此允许随时间评估和表征测试系统1的任何潜在变化。

该通过测试系统1实现的用于部件5的无损测试方法包括如下连续步骤F1到F4，如图5中所示：

-步骤F1，用于测试准备，包括：

·清洁部件5(最终冲洗以优化润湿性)；

·设立测试系统1的各元件；

-步骤F2，用于验证超声探头2的校准，如上所述且尤其包括前述步骤E1到E3；

-步骤F3，用于检查和分析部件5，与通常执行的检查和分析相同，使用对部件5的扫描和通过记录单元7对底部超声图以及可能的入射超声图的记录。然后：

·分析部件5的振幅的测绘，以验证振幅是均匀的并具有所需值(例如80％)；以及

·分析部件5的飞行时间的测绘，以验证缺席的存在或者缺失；以及

-测试结束步骤F4，包括：

·从测试系统1移除部件5；以及

·在必要时，拆除测试系统1的各元件。