专利名称：无损检测探头的定位的制作方法
技术领域：
本发明涉及无损检测领域，特别涉及在现场执行的测量。本发明涉及不使用笨重的对测量探头定位的工具来对材料进行局部化分 析，甚至以绘图的形式进行分析的可能性。因此，本发明涉及确定测量位置的 方法，以及允许确定测量位置的系统。
背景技术：
在许多领域，例如在医学领域，对材料进行分析和检查而不改变材料的属 性可能显得是必不可少的。无损检测装置(CND， contr6皿enondestructif)通常包括测量探头，其具有一 个或多个物理特性或物理-化学特性的发射器和接收器，该测量探头和信号处 理模块相连。该处理模块通常工作连接到用来将所获得的各种特性显示出来的 显示器.然而在所分析的材料中，所要追查的异质成分可能具有变化的尺寸，外形 千变万化，于是希望绘图。而且所检测的材料可能是一个组件的一部分，而出 于工艺成本的原因，经常希望不将这部分分离出来。特别是在航空领域，用CND ^险测材料的属性，例如组成机身的材料的 属性，并核实这些属性和现行的标准傳度、裂缝或裂紋的出现、腐蚀点、…) 的兼容性。为此，利用超声和涡流进行的各种检测对于估计机身的抗冲击的能 力，例如定位和测量样本的缺陷，是特别有用的。绘制图形是将探头，例如CND的探头，所给出的物理量与其位置相联系的 结果。另夕卜，在使用超声波检测缺陷的框架中，存在定位系统，其使用压电陶 瓷型的发射器和接收器(例如Tecnatom的BAT 系统)，根据发射的声波而对探头的位置进行编码。通常由探头移动臂或斜面型;iafe定位系统得到位置。然而这种系统使用起来太笨重，而且通常还需要移动待分析件以将其定位在定位系 统处，因此需要能将接收器固定在上面的框架。发明内容除了其它优点外，本发明提出一种系统和方法，可以緩解现有设备中存在
的上述缺陷，而且可以实现例如对待分析材料的现场绘图。特别是，借助于本 发明，可以采集测量探头的坐标，例如笛卡尔坐标，以建立被分析材料的状态 图。在其一方面，在本发明涉及一种定位系统，包括信号发射器和两个信号接 收器，以及允许测量发射和接收之间的延迟的装置。最好将这些延迟的测量值， 即与信号之间的偏移相应的持续时间传输到用来例如通过三角测量法测量发 射器位置的装置。根据本发明的系统是非常容易应用的，因为其中的每个接收器和发射器都 是可以独立定位。例如，当用来确定持续时间的信号由声波组成时，则接收器 和用来以可逆方式固定到表面上的装置例如吸盘相连，而彼此之间不耦合。发 射器例如可以是压电膜，带有自动胶粘剂，以便和意欲确定其位置的装置耦合。发射器和接收器之间的距离的确定最好借助于同步脉沖实现。在考虑绘困 的情况下，可以以固定的频率发射同步脉沖。接收器可以例如和时间测量装置 耦合，所述时间测量装置由所述脉冲在发射器被激活的同时触发，并且当接收 器在脉冲期间接收到所发射的信号时停止。这种结构允许例如仅仅用两个接收器^Mt发射探头的位置进行二维定位。 最好，用来确定持续时间的各个元件都装在壳体里面，发射器和接收器通 过有线连接耦合到所述壳体。最好，将和持续时间有关的这些信息通过数据通信(例如用USB连接)传输到位置确定程序.最好，该确定程序和测量装置相联系，亦及和与探头耦合的分析装置相联系。最好对定位进行预先的校准.本系统可以包括校准装置，特别是导引该步 骤的装置，例如程序。可能希望设置定位辅助装置，以在校准时加快佳发射器 到位，在另一方面，本发明涉及一种用于定位测量探头的方法，这种方法利用探 头和发射器的耦合，并利用借助于两个接收器的三角测量法对该发射器定位。 优选地使用根据本发明的系统。在一个优选的方面中，该方法用在一种用于对表面绘图的方法中，在这种 方法中，以最好^Jl则的频率来定位探头，并且定位数据与探头的测量相关联。 为了增加精度，接收器置于所要绘图的表面之外。在根据本发明的方法之前优选地有校准，该校准不需要对两个接收器之间 的距离进行测量。最好，通过将发射器定位在沿两个接收器的垂直平分线均匀 间隔开的三个点上来执行校准。可以使用程序和定位辅件来辅助该校准。
通过阅读后面的描述并参照附图可以更好地理解本发明的特征和优点，后 面的描述是示例性的，不具有任何限制性。图1示意性地示出根据本发明的优选实施方式的定位和绘图系统。图2示出根据本发明的一种实施方式的绘图前的校准方法。
具体实施方式
如图l所示，操作员使用探头4分析某个部件2上的区域1。此处的"操 作员"应理解为既可指操作的人，也可以，例如如果部件2的环境是^t保护的， 是指远程手动激励的操纵臂.从其提出要分析的部分1的部件2可以例如是飞机机身的一个区域、发动 机的一个组件等，部分1还可以是部件2的不可分割的组成部分。部件2和区 域1可以具有不同的配置，但它们通常具有甚至是零的平均曲率和不规则性。 区域1的表面可以例如是大约50到400 cm 2，并且其一般小于一个平方米事 实上，对于太大的部件，手动移动探头4可能显得麻烦。优选地将要分析的区 域1设在部件2内的功能位置处例如，在有对飞机的冲击的情况下，在维护 操作期间直接进行分才斤，在这样的航空应用中，探头4优选地使用超声或涡流来确定材料1的特性。 通常探头4连接到用于分析检查数据的装置，如果可能所述装置还用于存储所 述数据、显示所述数据；更常见地是探头4连接到具有适当处理程序的微机6。 这两个组件4和6之间的连接8可以是任何已知类型的连接。同样地，根据操 作员与计算机6是在同一房间内还是有一距离，测量与数据分析和/或存储操 作之间的距离可较大或较小，实际上，不管CND仪器4、 6、 8是什么，都可以 使用根据本发明的定位系统10。定位系统10包括可检测的物理现象(优选为声波)的发射器12。发射器 12最好为压电膜(例如PVDF (聚偏氟乙烯)或一种共聚物)的形式，其可以 例如通过自粘附装置的存在与任何CND探头4耦合。可以根据探头4的大小和 可用于耦合发射器12的位置来选^L发射器12的大小，而发射器12大小的选 #^要能在其被激励时发射足够量的超声，以不致使检测过度变慢。具体地， cm 2级别例如5 x 10咖2的PVDF膜是比较合适的。可以根据所进行的测量选择 发射器12:根据本发明的系统10可以包括多个发射组件12,在根据探头4进
行分析时只可4吏用其中的一个。发射器12发射的信号要由多个接收器感测。具体地，优选使用两个市场 上可买到的压电陶瓷型超声波接收器14、 16。最好，接收器14、 16上装有将 它们可拆卸地附着到表面(具体地是部件2)上的装置，例如吸盘。发射器12和接收器14、 16优选地通过线连接18连接到定位系统10的壳 体20。在根据本发明的装置10中，接收器14、 16彼此完全独立，并且独立于 发射器12:每个组件14、 16可以位于不存在支持框架或导轨的任何可接近位 置，并JLiC射器12可以相对于接收器在,方向移动。优选地将两个接收器14、 16定位在要分析的区域1之外，与部件2在同 一表面上。使用三角测量法执行CND探头2的定位，就是说用^UL射膜12到每个接 收器14、 16的距离来确定发射器12的坐标。特别地，每个发射和接收之间的定位。因此测量之间的同步是所期望的。' 、在办公室自动化领域中，对于位置的识别，使用例如通过红外二极管 (Mimi(^系统)实现的同步是4^p的。根据本发明，同步是借助于激励压电膜12的电脉冲实现的；优选地，每 个接收器14、 16与计数器、秒表或^其它用于确定持续时间的装置耦合。 当发送电脉冲时，接收器14、 16的计数器在压电膜12发射超声波信号的同时 被触发。当两个压电陶乾接收器14、 16接收到压电膜12发射的信号时，计数 器停止。如果超声波的速率是已知的，则借助计数器的值可以确定探头4与每 个接收器14、 16分开的距离；通过三角测量法，可以确定在基于两个探头的 参照系中探头4的坐标X、 Y。可以直接在定位系统10的壳体20处例如4吏用电子卡来执行坐标的计算。 最好，为了减轻装置10的负荷，存在于壳体20内的电子卡仅仅是用来确定计 数器的值，而其余的计算都可以远程进行。为此，在壳体20带有通信端口 22， 它允许数据从电子卡传输给计算装置。最好，尤其是为了使配置更灵活和减少成本，通信端口 22为USB端口， 这允许根据本发明的装置10用作轻便的和容易携带的计算机外设，其能够与 任何计算^M目连。优选地，USB连接24也用来处理同步脉冲。然而要传输的数 据并不需要有使这种类型的连接必不可少的流量。特别地，使用与用于分析由探头4发射的数据的装置同样的装置进行三角
测量法计算被证明是特别有利的。因此壳体20的USB端口 22可以连接到连接 了探头4的计算机6，在这种情况下计算机6装有定位程序。如果希望绘图， 即如果探头4给出的结果与区域1的呈示对应地展示，此耦合24是特别有利 的。绘图需要位置的连续值。根据发射器12与接收器14、 16间的距离(即接 收的最小持续时间)、所需绘图精度及探头4的移动速度，可以使用不同的脉 冲频率，但优选地低于150或200 Hz，以避免两个发射/接收序列的重叠。对 于超声波，已证明使用80Hz的值是适当的。特别是在绘图的情况下，也包括如果仅仅是需要对探头4的定位的精确确 定，可执行校准校正计数器的同步，确定接收器14、 16的位置，以随后从 所述结果获得"绝对"定位(即受到物理限制).最好，根据本发明，校准是在没有测量两个接收器14、 16之间的距离的 情况下执行的，在如下的情况下结果会有误差如果所述两个接收器是彼此完 全独立的，特别是在没有耦合轨道的情况下，并且所述两个接收器位于例如弯 曲表面2上。优选地，对校准进行辅助，即，定位程序具有例如引导不同校准步骤的模 块。具体地，在测量之前，将发射器12定位在待分析区域1中沿垂直平分线 分开固定长度的至少两点上，然后确定其距离的值.最好，将定位辅件或量规 30 (比如图2所示者)与梠^据本发明的系统IO相联系，以在此步骤期间辅助 定位探头。根据一种优选实施方式，该校准方法允许避开"温度"这个参数使用三 个点以获得一方程组，借助该方程组可以通过计算来确定超声波或声波的速 率，因此不必知道执行测量时的温度。il^航空领域中当温度可能根据涉及到 的部件和工作现场的位置而强烈变化时是特别有利的。借助此步骤，通过省去用于测量温度的装置可以4吏系统变轻，并且通过消除额外的不精确源而增加了 结果的可靠性。象这样的对区域1的特性的测量即使在绘图的情形中也是足够 快的，使得可以在整个过程期间将温度视为常数。但是，可以进行定期校准。 具体地，在CND开始时，发射器12被联结到探头4上；两个接收器14、 16被"粘"在要分析的材料的表面2上。量规30，例如带有三个等距的平行 分支34的尺子32,基本沿两个接收器14、 16的垂直平分线36定位。探头4 相继沿三个分支34定位在垂直平分线36上每个定位通过程序的辅助并根据 与接收器14、 16相联系的计数器提供的时间而祐 阮化。于是得到两个已知长
度的同样的时间间隔由此可以推算出确定定位所需的超声波速，以及允许绘 图的发射器之间的距离。这个步骤很快，仅将测量本身(狭义的测量)延长几 秒，对于技术人员/操作者来说小于20 s。随后可以用探头4进行狭义的测量.探头4通常以扫描的方式在区域1上 移动，由计算机6存储和分析材料2的特性，计算机6可以将材料2的特性与 系统10的数据结合，并按照任何已知的形式(尤其是曲线图)呈现这些特性。上面所描述的定位系统IO使用声波发射，但也存在其它可能性。其适用 于任何无损检测技术，同时无论是在空间上还是在重量上都并不笨重(例如其 可以放在工作服或甚至夹克的口袋里)，特别地，其可以适合于任何现有的用 于维护的探头4，包括超声波探头，定位和分析两种操作的工作频率非常不同， 检查区域1的尺度和凹度在仪器IO和探头4的性能范围内可以是随意的。根据本发明的系统10的应用特别简单，尤其是在使用USB连接的实施方 式中。其并不需JH^何昂贵的设备，特别是在使用线连接18的情况下；可以 使用针对此类计算的当前数据处理程序。可以想到例如通过使用第三接收器来实现三维绘图，这时系统10变重了。 但是，这种替代方案会损害使用的容易性和快速性。
权利要求
1、一种对装置(4)定位的系统(10)，所述装置例如是测量探头，所述系统包括●信号发射器(12)；●所发射信号的两个接收器(14、16)；●用于激励发射器(12)的装置；●用以确定所述激励产生的信号发射和每个接收器(14、16)对信号的接收之间的持续时间的装置；其特征在于所述发射器(12)和接收器(14、16)可以彼此独立地定位。
2、 根据权利要求1的系统，其中所iOL射器12包括用于与装置(4) 耦合的装置，并且/或者每个接收器(14、 16)包括用于与表面(2)相联的装 置。
3、 根据权利要求1或2的系统，包括用于发射同步脉冲的装置，该装 置用作激励发射器(12)的装置，其中，用于确定持续时间的装置在IMt上,与 用于发射脉冲的装置耦合。
4、 根据权利要求3的系统，其中所述信号为超声波，并且所述接收器 (14、 16)与计数器相联，所述计数器用来测量所述脉沖和所述接收器(14、16)接收到超声波之间的延迟。
5、 根据权利要求4的系统，其中，发射器(12)为压电膜的形式。
6、 根据权利要求3至5中任何一项的系统，其中，所述用于发射脉冲 的装置被配置为重复发射脉冲，尤其是以固定频率发射脉冲。
7、 根据权利要求1至6中任何一项的系统，包括壳体(20),该壳体包 括用于激励发射器(12)的装置、确定所述激励产生的信号发射与每个接收器(14、 16)对信号的接收之间的持续时间的装置，并且所i^L射器(12)和所 述接收器(14、 16 )通过线连接(18 )与所述壳体耦合。
8、 根据权利要求1至7中任何一项的系统，还包括根据所确定的持续 时间通过三角测量法确定所i^射器(12)的位置的装置。
9、 根据权利要求7的系统，还包括根据所确定的持续时间通过三角测 量法确定所i^射器(12)的位置的装置，其中，所述壳体包括通信端口 (22)， 所述用于确定位置的装置连接到所述通信端口 。
10、 根据权利要求9的系统，其中，所述通信端口 (22)为USB端口。
11、 根据权利要求8至10中任何一项的系统，包括用于校准所itiL射器 (12)和接收器(14、 16)的相对位置的装置。
12 、 根据权利要求11的系统，其中所述校准装置包括定位辅件(3 0 )和 导引所述校准过程的装置。
13、 一种用于确定测量探头(4)在待分析区域(l)上的定位的方法，包括參将所述测量探头(4)与信号发射器(12)耦合；*将两个独立的接收器(14、 16 )置于包括所述待分析区域(1)的表面 (2)上； 发射用于激励所述信号发射器(12 )的脉冲；*测量所*沖与所述接收器(14、 16 )对所述信号的接收之间的持续时间； 工具所测得的持续时间通过三角测量法确定所述探头(4)的位置。
14、 根据权利要求13的方法，其中，所述待分析的区域(l)是一种材料 表面的一部分，并且所述接收器(14、 16)定位在所i^面(2)的所述待分 析部分(1)之外的部分上。
15、 根据权利要求13至14中任何一项的方法，包括对两个接收器(14、 16)的定位的校准。
16、 根据权利要求15的方法，其中，所述校准包括将所述探头(4)定 位在至少基本位于两个接收器(14、 16 )之间的垂直平分线(36 )上的两个点 中。
17、 根据权利要求16的方法，其中所述校准包括将所述探头(4)定位 在沿所述垂直平分线(36)以均匀距离间隔开的至少三个点上。
18、 根据权利要求16至17的任何一项的方法，其中所述探头(4 )的定 位借助定位辅件(30)来执行。
19、 一种使用根据权利要求13至18中任何一项的方法对表面绘图的方 法，其中，对每个绘图点重复执行发射、测量持续时间以及确定步骤。
20、 根据权利要求13至19中任何一项的方法，其中所^射器(12)及 接收器(14、 16)使用超声波信号。
21、 根据权利要求13至20中任何一项的方法，其中，所iiiL射器和接 收器是根据权利要求1至12中任何一项的系统的一部分。
22、 根据权利要求13至21中任何一项的方法，其中，所述探头(4 )的 位置的确定是与对所述探头(4)的测量的分析相联系的。
全文摘要
传统的无损检测探头(4)可与根据本发明定位系统(10)耦合以确定任意时刻仪器(4)在待分析表面(1)上的位置。定位系统(10)包括超声波发射器(12)和两个超声波接收器(14、16)，它们都与用于确定所述发射器(12)和所述接收器(14、16)之间的距离的装置耦合，每个所述组件相对于彼此都是可以自由移动的。发射器(12)和探头(4)之间的耦合允许通过三角测量法确定探头(4)的位置。还描述了定位和绘图方法。
文档编号G01S5/30GK101120267SQ200680005326
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月22日 优先权日2005年2月25日
发明者卡皮西纳·卡彭铁尔, 塞巴斯蒂安·罗莱 申请人:欧洲航空防务与空间公司-Eads法国