用于使用超声来检验复合材料结构的可重构设备的制造方法_2

文档序号:9221484阅读:来源:国知局
厚度和平整度方面的测定,布置为使得当前被制造的结构放 置在模具12与垫板13之间。
[0033] 该工具还包括至少一个膜14,柔性壁,布置为使得与模具12 -起限定包围结构11 和垫板13二者的空间15。该膜14还配置为使得能够在空间15中产生真空,使得在膜夹紧 垫板13和结构11的情况下,垫板13和结构11相互压靠并压靠模具12。
[0034] 引入该制造工具中的超声检验设备由布置在垫板上的一定数量的超声传感器16 构成,传感器16的有效表面置于垫板的面向结构11的表面的表面上,以便使超声波可以传 播穿过结构11。
[0035] 传感器16的数量和布置取决于制造的结构11的尺寸以及结构11的要分析的区 域的分布。因此,如果希望例如一致地分析制造的结构11,则超声传感器16布置为有规律 地面向结构11的表面。
[0036] 为了确保传感器16相对于要制造的结构11的正确定位和正确取向,并且在该结 构的整个制造周期内这样做,传感器16通常直接被引入垫板13中,如图1所示。由于传感 器16被置入垫板13中的事实,这种类型的安装实际上可以确保传感器16的有效面相对于 当前被制造的结构11的表面的正确定位,并且可以简化将这些传感器保持在适当位置。
[0037] 取决于执行的超声分析的类型,通过透射进行的分析还是通过反射进行的分析, 所使用的超声传感器16可以各自由配置为发射超声波或接收超声波的单个元件、或者发 射元件16e和接收元件16i构成。在第一种情况下,传感器16仅位于垫板13中,然而,在 第二种情况下,如图1所示,发射元件16e位于垫板13中,并且接收元件16i位于模具12 中,然后接收元件16i的有效面直接朝向结构11的表面。
[0038] 如先前所述,制造工具中的这样的传感器布局提供的主要优点为使这些传感器的 设置简单和持久。因此,如果目的是制造一系列相同的结构11,则正如不需要对传感器进行 新安装以开始下一结构的制造一样,不需要在制造结束时放下传感器16以取出该结构。
[0039] 另一方面,这样的布局存在的主要不便之处为创建特定垫板13和可能的模具12, 然后使模具和垫板适于面向要被检验的结构11的表面的传感器16的特定测试、固定的布 置以及特定分布。
[0040] 因此,由于各种原因,如果希望对传感器16进行不同布置,则变得有必要更改垫 板13和可能的模具12,这构成了昂贵的操作并需要将时间投入到这些元件的拆解和重组, 这不利于制造率。
[0041] 如根据现有技术已知的在类似于图1的设备的配置的设备配置中所示出的,图2 呈现了根据本发明的超声检验设备的一般示意图。此处呈现的与反射分析对应的配置可以 容易地适用于透射分析。
[0042] 如图2所示,根据本发明的设备包括相配合的两个不同的元件,压电陶瓷层22和 柔性材料膜21。
[0043] 压电陶瓷层22是布置在垫板13的外面即与结构11的表面接触的面相反的面上 的薄层,压电陶瓷层22覆盖整个垫板,或者至少覆盖垫板的处于面向要被检验的结构11的 整个表面。
[0044] 根据本发明的一个优选实施方案,通过溶胶凝胶型方法,根据通过例如"压电喷 涂"技术以液相或黏稠相沉积在垫板的外表面上并且硬化的衬底来制造压电陶瓷层22。
[0045] 然而,可替选地,本领域的技术人员已知的任何方法可用于在垫板的表面上沉积 压电材料的薄层以制造层22。
[0046] 就其本身而言,柔性材料膜21配置为压靠在压电陶瓷层22的外表面,即与垫板13 的表面所接触的面相反的面上。
[0047] 根据本发明,如由图3的详细视图示出的,该膜21包括布置在表面上的多个小厚 度的电极31。旨在承载电极31的所述膜21的面33压靠在压电材料层22的外面上。膜 21还包括电导体组32,电导体组32通过适当的连接器系统从膜中暴露,并且电导体组32 使得可以将电信号施加到电极31中的每个电极。
[0048] 此外,根据本发明,可以用尤其表现出必要的温度和压力耐受特性的任何适当的 柔性电绝缘材料来制造膜21,温度和压力条件为通过用于制造结构11的方法所施加的温 度和压力条件。优选地,膜21是聚酰亚胺的聚合物材料膜,例如Kapton?j膜。
[0049] 关于电极31和导体32,优选地以导电材料的焊盘和迹线例如金属焊盘和金属迹 线的形式、以印刷电路的方式来制造电极31和导体32。
[0050] 如图3所示,形成电极31的焊盘被沉积在旨在设置为与压电材料层22接触的柔 性膜21的面的表面上。就导电迹线32本身而言,导电迹线32位于另一面上,或者如图3 所示,在膜的厚度中,以免接触到压电材料层22。
[0051] 还通过本领域的技术人员已知的任何柔性印刷电路制造方法来制造导电电极迹 线组并且将导电电极迹线组引入柔性膜中。
[0052] 从尺寸的角度来看,沉积在垫板上的压电材料层22具有大约数十微米,典型地大 约70 y m的厚度e2,而柔性材料膜21具有大约数百微米,典型地大约200 y m的厚度ei。就 电极31和导电迹线32本身而言,位于膜21上的电极31和导电迹线32具有约10微米左右 至大约数十微米的厚度。还应注意的是,压电材料膜的厚度和性质确定层22的共振频率。
[0053] 从功能角度来看,由沉积在垫板上的压电材料层以及布置在柔性材料膜21的表 面上的电极31构成的组件形成布置在垫板的面向要被分析的结构11的表面上的多个超声 传感器,以这样的方式形成的超声传感器的分布由柔性膜的表面上的电极的布置来简单限 定。
[0054] 当电极中的每个电极被电信号、电压激发时,利用压电材料层的处于每个电极与 垫板的表面之间的区域,每个电极均形成能够发射超声波穿过结构11并能够收取由信号 穿过结构11产生的回波的压电换能器。因此,有利于制造原理上其操作与图1中呈现的单 独的传感器16的操作完全相同的一组超声传感器。
[0055] 应注意的是,为了确保适时地制造的超声传感器的良好操作,有必要确保一方面 电极31以及另一方面压电材料层22的表面之间的最佳可能的接触。通过以适于结合有根 据本发明的超声检验设备的制造工具的操作的任何适当的手段,将柔性膜的承载这些电极 的面压到层22的表面上来保证这种接触。在实施LRI类型方法的制造工具的上下文中,如 图2和图3中所示意性地表示的,可以附带地通过引入空间15的部分真空来有利地保持膜 21与压电层22之间的接触,空间15由膜14、垫板13以及柔性膜21来界定,膜14在制造 期间包围结构11,在垫板13上沉积有压电材料层22,在柔性膜21上布置有电极31。
[0056] 上文中描述的结构可以有利地制造包括多个超声传感器的设备,即声换能器,其 功能类似于通常使用的超声传感器的功能,同时提供了放置和使用的更大方便。实际上,在 通常使用的已知设备中,传感器被引入垫板13和可能的模具12的所述结构中。因此,更改 在要检验部分的表面上的传感器的数量和分布需要更改或替换垫板13和可能的模具12, 以根据期望的新布置将传感器容置在垫板13和可能的模具12中。
[0057] 现在,在根据本发明的设备的情况下,只要沉积在垫板的表面上的压电材料层是 均匀层,并且是其中传感器的布置由在柔性膜21的表面上形成电极31的导电焊盘的布置 来简单限定的压电材料层,则改变传感器的布置和数量变得有利
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