并行多个特征超声波检查的制作方法

并行多个特征超声波检查的制作方法
【专利摘要】提供一种用于声学测量组件的外表面以及在那个位置的壁厚或者组件厚度的方法。该方法还提供用于通过物理接触来测量外表面，并且并行地声学测量在那个位置的壁厚。
【专利说明】并行多个特征超声波检查
[0001] 本申请根据美国法典35的§ 119(e)，要求2011年12月30日提交的美国临时专 利申请序号61/581，785的优先权和权益，其整个内容并入本文。

【背景技术】
[0002] 所公开的实施例一般涉及检查铸造结构，尤其涉及其中的多个特征的并行检查 (concurrent inspection)。


【发明内容】

[0003] 本发明的一个实施例提供一种用于并行测量并确定组件的多个特征的方法。该方 法提供实心或者其中包含一个或多个空腔的组件、以及声学收发器。该收发器和组件提供 在已知的坐标系中。该方法提供一种声学收发器来发出声学信号，并且并行接收第一和第 二返回信号。该方法进一步提供在已知坐标系内的多个给定位置收集这些测量，以形成组 件的三维模型，其中，组件可以是实心、中空或者这些区域的组合。
[0004] 另一个实施例提供物理地接触组件的声学收发器，以确定组件的外表面的点上的 绝对位置。与接触该组件并行地，收发器还发出声学信号，并且并行接收返回信号，以确定 在组件的外表面上的点的壁厚。这些测量可以在已知坐标系内的多个给定位置做出，以形 成组件的三维模型。
[0005] 另一个方面提供在声学收发器与组件之间的相对运动、诸如平移运动。
[0006] 另一个实施例提供在声学收发器与组件两者之间紧密接触的声学传播介质或者 声学稱合剂。
[0007] 又一个方面提供作为超声波收发器的声学收发器。
[0008] 另一个方面提供在声学地测量组件厚度或者组件的壁厚之前确定组件材料的声 速。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 下面的图示示出了本发明的实施例。
[0010] 图1是在已知坐标系内的第一位置的经过组件的超声波传输的示意图。
[0011] 图2是在已知坐标系内的第二位置的经过组件的超声波传输的示意图。
[0012] 图3A-3C是在已知坐标系内，在外表面上的点的并行超声波测量和该点的壁厚的 示意图。
[0013] 图4A-4C是在在已知坐标系内，外表面上的点的物理测量和该点的壁厚的并行超 声波测量的示意图。

【具体实施方式】
[0014] 现在参考图1和2,提供了用于组件106的并行超声波测量的系统100。系统100 提供有声学收发器102。声学收发器102可以是超声波收发器102,并可以可选地被提供为 声学发射器和分尚的声学接收器的分尚的组件。收发器102以已知的速度传输并接收无 线电和电信号、诸如超声波信号。系统100还提供有具有已知声速的声学耦合剂或者传播 介质104,该声速典型地以mm/^s单位测量，超声波信号可以经过该声学耦合剂或者传播介 质。声学耦合剂104例如可以是水。然而，可以使用其他已知的耦合剂，诸如例如丙二醇、 甘油、硅油和声学凝胶。
[0015] 提供诸如例如被用于燃气涡轮机引擎的铸造翼型的组件106用来测量。组件106 提供有至少一个外表面108、并可以提供有一个或多个内部空腔110。根据一些实施例，组 件106可以是具有第一外表面和第二外表面的实心组件。其他实施例可以包含具有实心区 域和中空区域的组合的组件106。内部空腔110还提供有与其关联的、组件106内部的至少 一个表面112。组件106还可以提供有一个或多个基准，以保证组件106适当放置在系统 100 内。
[0016] 组件106优选由具有典型地以mm/^s单位测量的已知声速的材料制成。对于由具 有单晶组成的材料制成的组件106而言，晶体取向可以在本文公开的声学测试方法之前确 定。相对于(本文说明的）发出的声学信号和返回信号的晶体取向可能影响声学测量的精 度，因为声速可以根据该取向而变化。因此，在测试之前，例如可以通过X射线来确定该取 向。然而，还可以利用确定该取向的其他方法。
[0017] 提供声学耦合剂104与声学收发器102和组件106两者紧密接触。一个提供该紧 密接触的方法是：将收发器102和组件106两者浸没在声学耦合剂104中。然而，可以利用 提供该紧密接触的其他方法，诸如例如在收发器102与组件106之间提供耦合剂104的流， 声学信号经过该耦合剂104的流传输并接收。
[0018] 声学收发器102可以提供在已知二维坐标系内的已知的方位或者位置位置 (xl，yl)、（x2，y2)。例如，描述的实施例的X和y维度包含左右方向和页面的内外。描述的 实施例中的第三维度是上下，例如如本文进一步说明的那样。系统100可以在收发器102与 组件106之间提供相对运动。例如并如图1和2所示，收发器102可以在2个维度、例如X 和y方向经过坐标系相对于组件106运动。或者，组件106可以代替收发器102的运动而 运动，或者除收发器102的运动之外也进行运动。收发器102或者组件106的运动可以是 平移运动。收发器102与组件106之间的相对运动可以由各种已知装置中的任何一个，诸 如例如用直线马达完成。马达还可以与直线可变差动换能器（LVDT)收发器102结合，用于 确定相对于组件的在已知坐标系中的收发器102的位置。
[0019] 收发器102在已知二维坐标系中的已知位置与由收发器102采取的测量结合，以 创建组件106的三维模型。当收发器102在第一位置（xl，yl)时，收发器102朝组件106 发出由虚线箭头to代表的声学信号。发出的声学信号to可以是各种声波信号，例如包含 超声波信号。收发器102可以在第一位置（xl，yl)，在第二位置（x2，y2)，并在已知二维坐 标系中任何数量的接下来的位置（xn，yn)发出声学信号。
[0020] 现在参考图3A-3C，收发器102在已知二维坐标系中的给定位置（xn，yn)发出声 学信号t0。收发器102然后可以从组件外表面108接收由虚线tl代表的第一声学返回信 号，并且从组件内表面112并行接收由虚线t2代表的第二声学返回信号。
[0021] 得知声学耦合剂104的声速，并通过记录发送传输的声学信号to与接收第一返回 信号tl之间的时间滞后，可以确定组件106的外表面108上的点的绝对坐标。将该测量与 收发器102在已知二维坐标系中的已知位置组合，然后可以确足在相对于已知坐标系的外 表面108上的测量的外部点（xn, yn, znl)。
[0022] 此外，得知组件106的铸造材料的声速，并通过记录接收第一返回信号tl与接收 第二返回信号t2之间的时间滞后，可以确定组件106的壁厚。得知该厚度、外表面108上 的测量的外部点（xn，yn，znl)、以及收发器102在已知二维坐标系中的方位，然后可以确定 相对于已知坐标系的在内表面112上的测量的内部点（xn, yn, zn2)。
[0023] 给定对于选择的位置的空间中的外部绝对方位和相对的壁厚，并通过在已知二维 坐标系内的多个方位（xl，yl)、（x2，y2)、（xn，yn)重复这些步骤,可以发展出整个组件106 的三维模型。用于发展三维模型的时间测量和要求的计算可以通过计算机软件记录并执 行。
[0024] 在诸如例如风扇叶片的实心组件的情况下，其没有中空部分、或者是中空与实心 组件组合的实心部分，收发器102在已知二维坐标系内的给定位置（xn，yn)发出声学信号 t0。虚线t2将延伸到相反的外表面。相反的外表面可以与第一外表面统一，或者可以从第 一材料由第二片材料形成。这些可以是相同的或者不同的材料。收发器102然后可以从组 件外表面108接收由虚线tl代表的第一声学返回信号，并且从组件106的相反外表面并行 接收由虚线t2代表的第二声学返回信号。
[0025] 得知声学耦合剂104的声速，并通过记录发送传输的声学信号t0与接收第一返回 信号tl之间的时间滞后，可以确定组件106的外表面108上的点的绝对坐标。将该测量与 收发器102在已知二维坐标系中的已知位置组合，然后可以确定在相对于已知坐标系的外 表面108上的测量的外部点（xn, yn, znl)。
[0026] 此外，得知组件106的铸造材料的声速，并通过记录接收第一返回信号tl与接 收第二返回信号t2之间的时间滞后、示例性实心组件106或者组件106的实心部分的 厚度。得知该厚度、外表面108上的第二外部点（xn，yn，znl)、以及收发器102在已知二 维坐标系中的方位，然后可以确定相对于已知坐标系的在相反外表面上的测量的内部点 (xn, yn, zn2) 〇
[0027] 给定对于所选位置的空间中的外部绝对方位和相对的组件厚，并通过在已知二维 坐标系内的多个方位（xl，yl)、（x2，y2)、（xn，yn)上重复这些步骤，可以发展出整个组件 106的三维模型。用于发展三维模型的时间测量和所要求的计算可以通过计算机软件记录 并执行。
[0028] 现在参考图4A-4C，声学收发器102可以组合作为探头，以物理接触并声学穿透组 件106,以确定组件106的三维模型。收发器102可以在具有结合至LVDT 114用于允许并 测量平移运动的弹簧组件的仪器上提供。除了弹簧外，还可以使用容纳柔性运动的其他的 已知偏置设备（biasing device)。另外，除了 LVDT外，可以利用用于测量平移运动的其他已 知的设备。收发器102和组件106在已知二维坐标系内的给定位置（xn, yn)呈现给彼此。 然后可以将收发器102的末端和组件106在预定的标称高度（zn)彼此接触。
[0029] 为了确定绝对三维模型，系统可以以基于什么组件应该来自其制造过程的工作三 维模型来开始。该模型确定在组件106的给定位置（xn，yn)的期待的标称高度（zn)。因 此，在已知坐标系中的给定位置（xn，yn)，收发器102和组件106将一起被带至期待的标称 高度（zn)。该高度（zn)中的任何差异将通过弹簧/LVDT仪器114相对于组件来平移收发 器102。弹簧/LVDT仪器114可以测量相对于期待的标称高度（zn)的该平移运动，并且可 以确定在已知坐标系内的给定位置0〇1，yn)的绝对测量高度（znl)。因此，测量的外部点 (xn, yn, znl)现在可以在组件外表面108上确定。
[0030] 参考收发器102与组件106接触的图4B，收发器102向组件106发出声学信号t0， 以测量在测量的外部点（xn，yn，znl)的壁厚。参考图4C，收发器102从内表面112接收返 回信号tl。得知组件106的声速以及发出的信号t0与接收的返回信号tl之间的时间滞 后，可以确定在测量的外部点（xn，yn，znl)的壁厚，因此，确定在内表面112上测量的内部 点（xn, yn, zn2)。
[0031] 图4A-4C中示出的方法可以在多个位置重复，以发展出整个组件106的三维模型， 无论是实心、中空还是具有实心和中空组件两者的组件。用于发展三维模型的时间测量和 所要求的计算可以通过计算机软件记录并执行。
[0032] 三维模型可以与采取的测量并行创建，并可以通过计算机软件执行。三维模型可 以接下来被用于确定在具体组件106上对关键特征进行机械加工的最佳制造序列。组件 106内的任何铸造变化可以要求机械加工中的差异和/或导致组件的性能变化被最小化。 该差异可以包含芯偏移、芯倾斜、或其组合。或者，可以与将每个单个组件106建模相反，来 测量类似系列的铸造。
[0033] 组件106的计算的三维模型然后可以利用于之后在组件106上执行的机械加工过 程，诸如确定在壁的内表面的哪里钻孔、以及钻得多深，以便不损伤内部空腔110。例如，每 个组件106可以根据对组件106唯一或者对一组组件唯一的铸造差异，被唯一地机械加工。 通过能够对每个组件106调整机械加工过程，可以减小制造损耗，诸如废料和返工。由本文 公开的方法收集的数据还可以给铸造过程提供反馈，组件106由该铸造过程制造。
[〇〇34] 出于例示的目的，已呈现了构造和方法的上述书面说明。使用包含优选模式的该 示例公开了本发明，另外能使本领域的技术人员实践本发明，包含制造并使用任何设备或 系统并执行任何整合的方法。这些示例不是为了穷尽或限制本发明为公开的精确步骤和/ 或形式，显然可以鉴于上述教导进行很多修改和变化。本文说明的特征可以以任何组合来 组合。本文说明的方法的步骤可以以物理可能的任何序列执行。本发明的可专利的范围由 添附的权利要求定义，并可以包含本领域的技术人员能想到的其他示例。如果该其他示例 具有没有不同于权利要求的字面语言的构成要素，或者如果其包含与权利要求的字面语言 具有非实质差别的等同构成要素，那么该其他示例落入权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种用于测量组件的方法，包括以下步骤： 提供具有至少一个第一表面和至少一个第二表面的组件； 提供声学收发器； 在已知坐标系内提供所述声学收发器和所述组件； 所述声学收发器在所述已知坐标系内的第一位置向所述组件并行发出声学信号，从所 述至少一个第一表面并行接收第一返回信号，并且从所述至少一个第二表面并行接收第二 返回信号； 记录所述发出声学信号与接收所述第一返回信号之间的第一时间滞后，并且在所述已 知坐标系内确定所述至少一个第一表面上的测量的第一点； 记录所述接收所述第一返回信号与所述接收所述第二返回信号之间的第二时间滞后， 并且在所述已知坐标系内确定所述至少一个第二表面上的测量的第二点；以及 在所述已知坐标系内的多个位置重复所述确定测量的第一点步骤以及所述确定测量 的第二点步骤，以创建所述组件的三维模型。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述第二表面是内表面或者外表面之一，并且所述 第二点在所述组件内部或者外部之一。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述第二表面是内表面，所述第二点是内部点，并 且所述模型包含所述组件的内部空腔。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，所述声学收发器是超声波收发器。
5. 如权利要求4所述的方法，直线运动所述超声波收发器。
6. 如权利要求1所述的方法，其中，所述组件基于计算的三维模型被机械加工。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，具有已知声速的声学耦合剂与所述组件和所述收 发器的两者紧密接触。
8. 如权利要求7所述的方法，通过所述耦合剂流的长度来表明所述至少一个外表面的 变化的几何形状。
9. 如权利要求7所述的方法，其中，所述组件是具有已知声速的材料。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述耦合剂是水丙二醇、甘油、硅油和声学凝胶之 〇
11. 如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤： 在所述已知坐标系内提供所述声学收发器与所述组件之间的相对运动。
12. 如权利要求1所述的方法，含有具有所述组件的所述声学收发器。
13. 如权利要求12所述的方法，偏置所述声学收发器，以容纳所述至少一个外表面的 变化的几何形状。
14. 如权利要求1所述的方法，将所述声学收发器从所述组件间隔开。
15. -种用于测量组件的方法，包括以下步骤： 提供组件，所述组件具有至少一个外表面、其中的一个或多个内部空腔、以及具有与所 述一个或多个内部空腔关联的至少一个内表面； 提供声学收发器； 在已知坐标系内提供所述声学收发器和所述组件； 所述声学收发器在所述已知坐标系内的第一位置接触所述至少一个外表面，并且测量 所述至少一个外表面上的高度，以在所述已知坐标系内确定在所述至少一个外表面上的测 量的外部点； 与接触所述至少一个外表面并行地，所述声学收发器在所述第一位置将声学信号发出 至所述组件中，并且并行从所述至少一个内表面接收返回信号； 记录所述发出声学信号与接收所述返回信号之间的时间滞后，并且在所述已知坐标系 内确定所述至少一个内表面上的测量的内部点；以及 重复在所述已知坐标系内的多个位置确定测量的外部点步骤以及确定测量的内部点 步骤，以创建所述组件的三维模型。
16. -种声学测量具有内部芯的组件的方法，包括： 将组件定位在已知坐标系内，所述组件具有至少一个外表面、一个或多个内部空腔、以 及限定所述一个或多个空腔的至少一个内表面； 将声学收发器定位得与所述组件相邻，并定位在所述已知坐标系内； 在所述已知坐标系的第一位置，从所述声学收发器发出声学信号； 从所述至少一个外表面接收第一返回信号； 接收所述发出与所述接收之间的第一时间差，以确定外部位置； 从所述至少一个内表面接收第二返回信号； 记录所述第一返回信号与所述第二返回信号之间的第二时间差，以确定所述组件内的 内部位置； 将所述声学收发器定位在第二位置。
17. 如权利要求16所述的方法，接触所述声学收发器和所述外表面。
18. 如权利要求16所述的方法，将所述声学收发器与所述外表面间隔开。
19. 如权利要求16所述的方法，还包括利用耦合剂的流。
20. 如权利要求16所述的方法，还包括将所述组件浸没在耦合剂中。
【文档编号】G01N29/06GK104067115SQ201280065408
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】M.S.贝利, M.富瓦斯特, J.伊特斯库 申请人:通用电气公司