专利名称：用超声波对检验对象进行无损材料检验的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1所述的用于通过向至少部分实心的检验对象加载 超声波并且检测在所述检验对象的内部反射的超声波来对所述检验对象进行无损材料检 验的装置。
背景技术：
对于大量的完全或者部分实心构造的对象来说，必须检查其内部结构的材料缺 陷。为此需要无损的检验方法用于获取关于内部的看不到的结构的信息。这尤其对于承受 巨大的机械负荷的构件来说是必要的。比如在浇注后对由钢制成的构件进行锻造，用于随后通过车削或者通过其它冷处 理使其形成最终的形状。在此可以在锻造之后对内部的材料缺陷进行检验。这样的已经在使用之中的构件也必须定期接受材料检验。这一点尤其适用于经受 高负荷的构件。有待检验的构件比如可以是用于燃气涡轮机或者蒸汽涡轮机的涡轮机叶 片。尤其涡轮机叶根在运行中经受着高的负荷。这些负荷可能导致裂纹，可以用超声测量 方法通过对表面的扫描来检测和定位所述裂纹。由于所述表面具有复杂的几何形状，所以 需要专用的测量方法。通常用超声对这样的金属件进行检验。在此对在金属件的内部在界面上反射的声 波进行检测。用反射的声波的传播时间可以检测并且可以从中确定所经过的路程长度并且 由此确定间距。通过来自不同方向的声波输入可以获得关于材料缺陷的其它信息。从中可 以对所述材料缺陷进行定位。比如可以以这种方式确定材料缺陷的几何方位。从反射的声 波的形状可以推断出材料缺陷的类型。通过用超声探测器对检验对象的表面进行扫描并且记录所检测的数据，可以对对 于超声来说能够达到的体积进行完全检查。从所检测的数据可以生成能够用于鉴定的图 形。在一种公知的方法中比如由浇注树脂制造模制件。所述模制件能够精确匹配地安 置在有待扫描的表面上。在所述模制件中有空隙，将超声探头插入到所述空隙中。为了能 够对整个有待检验的表面进行扫描，手动使超声探头错开离散的间距。然而这样做十分麻 烦。在另一种公知的方法中，所述超声探头处于滑座上，该滑座通过保持装置安置在 相邻的检验对象上。该保持装置能够借助于马达运动到有待扫描的表面上方。由弹簧将所 述探头挤压到检验对象的表面上。但是在此情况下无法实现探头的最佳定向。
发明内容
本发明的任务是，提供一种开头所提到的类型的用于对至少部分实心的检验对象 进行无损材料检验的装置，对于该装置来说改进了用于使探头定位的方案并且减小了测量 技术方面的开销。
该任务通过按权利要求1所述的主题得到解决。按照本发明，开头所提到的装置具有以下组件-至少一个用于发送超声波并且用于检测从检验对象上反射的超声波的探头，-至少一个活动的滑座，所述探头安置在或者能够安置在该滑座上，以及-用于导引所述滑座的细长的导轨，该导轨与检验对象的表面的结构相匹配或者 能够相匹配，其中-所述滑座能够沿着所述导轨运动。所述探头以能够相对于滑座运动的方式来布置，这引起所述探头的至少一种另外 的运动自由度。本发明的核心在于，滑座能够沿着导轨运动，其中所述导轨可以与检验对象的表 面相匹配。在此所述导轨沿着预先确定的路径在试样的表面上延伸，并且所述滑座可以沿 着这条路径运动。滑座能够沿着导轨定位在每个任意的位置上。滑座由此可以沿着导轨持 续地运动。优选借助于立体光刻方法制造或者能够制造所述导轨。由此可以仅仅借助于检验 对象的表面的图样来制造导轨并且可以使该导轨与检验对象的表面相匹配。因而导轨也可 以与特别复杂的表面相匹配。在优选的实施方式中，导轨由至少一种能够通过使用紫外线的处理进行硬化的材 料制成或者能够由所述材料制成。由此，所述导轨首先由柔性的材料制成并且相应地能够 变形。随后导轨以所期望的形状硬化。通过这种方式可以十分迅速地为特定的检验对象提 供合适的导轨并且由此提供合适的检验装置。比如所述导轨由至少一种环氧树脂制成或者 能够由至少一种环氧树脂制成。所述导轨尤其包括一条或者多条导槽和/或导引凹槽，所述导槽和/或导引凹槽 与滑座或者与滑座的区段互补。这有助于在导轨中精确地导引所述滑座。 此外所述滑座还可以具有至少一个导轮。这实现了滑座在导轨内部进行摩擦小的 并且精确的运动。优选至少一个导轮和至少一条导引凹槽或者说导槽相互啮合或者能够相互啮合。 由此明确地给定了滑座的运动可能性，也就是沿着所述导轨。在优选的实施方式中，所述滑座具有至少一个用于沿着导轨驱动滑座的马达。为此可以规定，所述滑座具有至少一个与马达相耦合的齿轮或者类似的部件，所 述齿轮传力地与导轨相啮合或者能够与之相啮合。由此在马达所完成的转数与滑座的位置 之间存在着明确的关联。此外所述导轨还可以具有至少一根齿条。作为替代方案或者补充方案可以在导轨 中或者在导轨上构造至少一个齿部。在此所述齿轮可以与齿条或者说齿部处于啮合之中或 者能够与之相啮合。这实现了滑座的无滑动的运动。滑座上的探头优选能够围绕平行于导轨的纵轴线延伸的轴线回转。通过这种方式 可以用所述探头的两个运动自由度来优化检测区域。此外可以规定，所述探头和滑座还可以通过至少一个复位机构相互耦合。由此可 以定义并且实现探头的稳定的位置。所述复位机构比如包括至少两个彼此互相作用的磁体元件。作为替代方案或者补
6充方案，所述复位机构可以具有至少一个弹簧元件。此外可以规定，将至少两个导轮以能够相对于彼此进行运动的方式安装在滑座 上，使得所述导轮的位置能够与导轨的走向相匹配。由此可以以简单的方式使滑座的形状 与导轨相匹配。所述滑座优选包括至少两个框架件，所述框架件以能够回转的方式相互连接或者 能够相互连接，其中在每个部件上以能够转动的方式固定了至少一个导轮。所述至少两个 框架件在此可以围绕着沿着滑座的运动方向延伸的轴线回转。这使得滑座的形状能够特别 容易地与导轨的走向相匹配。比如在至少一个框架件上并排地布置了两个导轮。在这种情况下，该框架件与两 个导轮一起构成了能够相对于另一个框架件回转的刚性的轴。在优选的实施方式中，在至少两个框架件上分别并排地布置了两个导轮，使得这 两根分别具有两个导轮的轴线能够相对于彼此进行回转。对于框架件的耦合也可以规定，即所述至少两个框架件通过至少一个复位机构相
互華禹合。所述复位机构比如包括至少两个彼此互相作用的磁体元件。作为替代方案或者补 充方案，所述复位机构可以具有至少一个弹簧元件。此外，所述装置可以具有至少一个控制机构。该控制机构不仅可以控制超声波的 发送而且可以控制超声波的检测。此外，也可以由该控制机构对探头和/或滑座的运动进 行控制。在优选的实施方式中，设置所述装置用于对由金属制成的检验对象进行材料检 验，尤其用于对锻造的构件进行材料检验。该装置尤其适合于对涡轮、涡轮叶片或者涡轮叶 根进行材料检验。本发明的其它特征、优点和特殊的实施方式是从属权利要求的主题。
下面借助于优选的实施方式并且参照附图在
中对按本发明的方法进行 详细说明。其中图1是滑座的示意性的透视图，所述滑座用于一种按本发明的优选实施方式的用 于对检验对象进行无损材料检验的装置，图2是导轨的示意性的透视图，所述导轨用于所述按本发明的优选实施方式的用 于对检验对象进行无损材料检验的装置，图3是所述导轨的详细透视图，所述导轨用于所述按本发明的优选实施方式的用 于对检验对象进行无损材料检验的装置，以及图4是按本发明的优选实施方式的滑座连同探头的示意性的透视分解图。
具体实施例方式图1示出了滑座14的示意性的透视图，所述滑座14用于一种按本发明的优选实 施方式的用于对检验对象进行无损材料检验的装置。所述滑座14基本上构造为矩形的框架。该滑座14包括多个大多数由合成材料制成的零件。在滑座14的两个外部的纵侧16上分别有两个导轮18。所述导轮18以能够转 动的方式固定在滑座14上。导轮18尤其以能够转动的方式固定在矩形的框架上。在这种 具体的实施方式中，所述导轮18由金属制成。在该实施例中所述矩形的框架构造为双构件 的结构，下面会对此进行更为详细的说明。在所述两个纵侧16之一上，在导轮18的上方有齿轮20。该齿轮20同样以能够转 动的方式安装在所述其中一个纵侧16上。此外，所述齿轮20构造为驱动轮并且由电动马 达21驱动。设置所述滑座14用于容纳至少一个在图1中未详细示出的探头。该滑座14主要 包括所述矩形的框架和用于探头的容纳机构30。所述用于探头的容纳机构30通过复位机 构安置在矩形的框架中。设置所述探头用于发送超声波并且用于检测从检验对象上反射的超声波。在优选 的实施方式中，所述探头以能够回转的方式安置在滑座14上。比如回转轴线平行于滑座14 的运动方向延伸。在优选的实施方式中，所述滑座14具有复位机构，使得探头能够自动地回转到预 先确定的位置中尤其回转到中央的位置中。所述复位机构可以具有磁体元件或者弹簧元 件。图2示出了导轨22的示意性的透视图，所述导轨22用于所述按本发明的优选实 施方式的用于对检验对象进行无损材料检验的装置。导轨22在该优选的实施方式中由环氧树脂制成。所述导轨22由此可以通过使用 紫外线的处理进行硬化。此外，优选借助于立体光刻方法来制造导轨22。这能够实现这一 点，即可以仅仅借助于检验对象的表面的图样来制造所述导轨。所述导轨22构造为细长的矩形的框架。导轨22的轮廓与试样的表面相匹配，使 得两个大面积的侧面之一基本上与试样的表面互补并且在材料检验过程中朝向所述试样。在两个里面的纵侧24上分别有导引凹槽26。所述两条导引凹槽26平行于导轨 22的纵轴线延伸，其中导引凹槽26的两个敞开的侧面面向彼此。所述导引凹槽26由此向 里面敞开。此外，所述导轨22包括齿部28，该齿部28类似于齿条沿着导轨22的纵轴线延 伸。导轨22和滑座14在其几何形状方面如此地相互匹配，使得滑座14能够在导轨22 的内部移动。在此，滑座14的导轮18能够在导轨22的导引凹槽26中运动，并且滑座14 的齿轮18与齿部28啮合。图3示出了导轨22的详细的透视图，所述导轨22用于所述按本发明的优选实施 方式的用于对检验对象进行无损材料检验的装置。图3示出了导轨22的若干细节。导引 凹槽26处于两个里面的纵侧24上。两条导引凹槽26也彼此平行。导引凹槽26之间的间 距基本上是恒定的。导引凹槽26是朝里面敞开的，并且其敞开的侧面面向彼此。如此构造 并且布置所述齿部28，使得齿轮20与齿部28相啮合并且同时导轮18与相应的导引凹槽 26啮合。图4示出了按本发明的优选实施方式的滑座14连同探头36的示意性的透视分解 图。所述滑座14包括矩形的框架，该框架又具有第一框架件32和第二框架件34。用于探 头36的容纳机构30设置在第一框架件32的内部。而探头36又设置在容纳机构30的内部。构造为齿轮20的驱动轮由电动马达21驱动。两个并排的导轮18安置在第一框架件32上。另外两个并排的导轮18安置在第 二框架件34上。第一框架件32和第二框架件34以能够相对于彼此回转的方式沿着滑座 14的纵轴线相连接或者能够相连接。由此，导轮18的两根轴线能够相对于彼此进行回转， 从而能够使滑座14与导轨22的走向相匹配。通过所述轴线的回转，所有四个导轮18始终 与导轨22相接触。滑座14包括多个构成两个复位机构的磁体元件40。在此一个复位机构在容纳机 构30和第一框架件32之间起作用。另一个复位机构则在第一框架件32和第二框架件34 之间起作用。在容纳机构30、第一框架件32和第二框架件34上有为容纳磁体元件40而设 置的空隙42。所述空隙42比相应的磁体元件40稍大。所述容纳机构30能够垂直于滑座14的运动方向关于第一框架件32朝两个方向 回转并且能够借助于复位机构自动地复位到中间位置中。第二框架件34能够围绕着平行 于滑座14的运动方向延伸的轴线同样关于第一框架件32回转并且能够借助于复位机构自 动地复位到中间位置中。相应的空隙在中间位置中精确地彼此对置。由此，探头一方面能够沿着导轨22运动，并且另一方面能够垂直于导轨22回转， 从而可以对比较大的区域进行超声波检查和检测。对于探头来说，为此仅仅需要两种运动 自由度，由此一种比较简单的算法足以用于控制探头并且检测和分析反射的声波。所述材料检验以以下方式进行，即安置在滑座14上的探头沿着导轨22运动并且 由此沿着检验对象的外表面运动。在此，所述探头能够围绕轴线回转，该轴线平行于导轨22 的纵轴线，但至少平行于导轨22的切线。利用按本发明的装置就设有必要为检测检验对象的整个体积(Volumen)而对检 验对象的整个表面进行扫描。比如可以对表面上的特定的区段或者特定的路径进行扫描， 因为通过探头的回转运动也可以在不对表面进行完全扫描的情况下至少对体积的重要区 域进行检测。尤其通过超声脉冲在检验对象内部的波阻抗的跳跃性的空间变化处被反射的部 分来产生所检测的信号。如果那里不存在由结构造成的材料边界或者材料过渡，则将这些 变化解释为材料缺陷。所检测的信号包含关于所反射的声波的振幅和传播时间的信息。由 于检验对象的材料中的声音速度是已知的，因而也可以从传播时间确定材料缺陷和探头的 位置之间的间距。
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权利要求
用于通过向至少部分实心的检验对象加载超声波并且检测在所述检验对象的内部反射的超声波来对所述检验对象进行无损材料检验的装置，其中，所述装置具有以下组件 至少一个用于发送超声波并且用于检测由检验对象反射的超声波的探头， 至少一个活动的滑座(14)，在该滑座(14)上安置了或者能够安置探头，以及 用于导引滑座(14)的细长的导轨(22)，该导轨(22)与检验对象的表面的结构相匹配或者能够与检验对象的表面的结构相匹配，其中 所述滑座(14)能够沿着导轨(22)运动，其特征在于，所述探头能够相对于所述滑座(14)运动。
2.按权利要求1所述的装置， 其特征在于，借助于或者能够借助于立体光刻方法来制造所述导轨(22)。
3.按权利要求1或2所述的装置， 其特征在于，所述导轨(22)由至少一种能够通过使用紫外线的处理来硬化的材料制成或者能够由 至少一种能够通过使用紫外线的处理来硬化的材料制成。
4.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述导轨(22)由或者能够由至少一种环氧树脂制成。
5.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述导轨(22)具有一条或者多条导槽和/或导引凹槽(26)，所述导槽和/或导引凹槽 (26)与所述滑座(14)或者与所述滑座(14)的区段互补。
6.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述滑座(14)具有至少一个导轮(18)。
7.按权利要求5和6所述的装置， 其特征在于，所述至少一个导轮(18)与所述至少一条导引凹槽(26)相互啮合或者能够相互啮合。
8.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述滑座(14)具有至少一个用于沿着所述导轨(22)驱动所述滑座(14)的马达(21)。
9.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述滑座(14)具有至少一个与所述马达(21)相耦合的齿轮(20)或者类似部件，该齿 轮(20)传力地与所述导轨(22)相啮合或者能够传力地与所述导轨(22)相啮合。
10.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述导轨(22)具有至少一根齿条(28)。
11.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，在所述导轨(22)中或者在所述导轨(22)上构造了至少一个齿部(28)。
12.按权利要求7和8或9所述的装置， 其特征在于，所述齿轮(20)与所述齿条或者说所述齿部(28)相啮合或者能够相啮合。
13.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述滑座(14)上的探头能够围绕平行于所述导轨(22)的纵轴线延伸的轴线回转。
14.按权利要求12或13所述的装置， 其特征在于，所述探头和所述滑座(14)通过至少一个复位机构相互耦合。
15.按权利要求14所述的装置， 其特征在于，所述复位机构具有至少两个彼此互相作用的磁体元件。
16.按权利要求14或15所述的装置， 其特征在于，所述复位机构具有至少一个弹簧元件。
17.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，至少两个导轮(18)以能够相对彼此进行运动的方式安置在所述滑座(14)上， 使得所述导轮(18)的位置能够与所述导轨(22)的走向相匹配。
18.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述滑座(14)包括至少两个框架件(32、34)，所述至少两个框架件(32、34)以能够回 转的方式彼此相连接或者能够相连接，其中在每个部件(32、34)上以能够转动的方式固定了至少一个导轮(18)。
19.按权利要求18所述的装置， 其特征在于，所述至少两个框架件(32、34)能够围绕着沿着所述滑座(14)的运动方向延伸的轴线 回转。
20.按权利要求18或19所述的装置， 其特征在于，在至少一个框架件(3234)上并排地布置了两个导轮(18)。
21.按权利要求18到20中任一项所述的装置， 其特征在于，在至少两个框架件(32、34)上分别并排地布置了两个导轮(18)，使得分别具有两个导 轮(18)的轴线能够相对彼此进行回转。
22.按权利要求18至21中任一项所述的装置， 其特征在于，所述至少两个框架件(32、34)通过至少一个复位机构相互耦合。
23.按权利要求22所述的装置， 其特征在于，所述复位机构具有至少两个彼此互相作用的磁体元件(40)。
24.按权利要求22或23所述的装置， 其特征在于，所述复位机构具有至少一个弹簧元件。
25.按前述权利要求中任一项所述的装置， 其特征在于，所述装置具有至少一个控制机构。
26.按权利要求25所述的装置， 其特征在于，所述控制机构对超声波的发送和/或检测进行控制。
27.按权利要求25或26所述的装置， 其特征在于，
全文摘要
本发明涉及一种用于通过向至少部分实心的检验对象加载超声波并且检测在所述检验对象的内部反射的超声波来对所述检验对象进行无损材料检验的装置。所述装置包括至少一个用于发送超声波并且用于检测由检验对象反射的超声波的探头、至少一个活动的滑座(14)以及用于导引所述滑座(14)的细长的导轨(22)，其中在所述滑座(14)上安置了或者能够安置所述探头，所述导轨(22)与检验对象的表面的结构相匹配或者能够与检验对象的表面的结构相匹配。在此所述滑座(14)能够沿着所述导轨(22)运动。
文档编号G01N29/22GK101960305SQ200980106589
公开日2011年1月26日 申请日期2009年1月21日 优先权日2008年2月26日
发明者M·克洛森-冯兰肯舒尔茨, M·奥费伊斯, S·奥贝尔梅尔 申请人:西门子公司