对大面积航空器结构进行无损检查的装置和方法

专利名称：对大面积航空器结构进行无损检查的装置和方法
一般地说本发明涉及一种对大面积航空器结构进行无损检查的机械。更具体地说，本发明涉及一种具有固定到较大目标(比如航空器)的表面上的轨道的航空器扫描器。再更为具体地说，本发明涉及在具有主X-轴、从X-轴和Y-轴的直线扫描模式中操纵检测探头的方法和装置。
在许多工业领域中应用多轴机器人控制器(也称为机械扫描器)对材料进行无损检查(NDI)。这种机械的结构变化较大，它包括X-Y台架系统、X-Y操纵器、R-THETA操纵器和Z-THETA操纵器。虽然这种机械的具体结构很不一样，但是它们的操作原理类似。在检查表面的预编程扫描模式中应用机械式扫描器来操纵NDI探头。通过数据采集和分析系统对来自NDI探头的模拟信号进行监测、数字化和显示。数据采集和分析系统应用在扫描器上的反馈装置提供的位置信息产生两轴或三轴的NDI信息图。在这种类型的机械中应用的典型的NDI方法包括超声检测、涡流检测以及机械阻抗检测。
当前在整个美国的多种维护设备中都需要对军用飞机和民用飞机进行无损检查。普遍应用超声方法和机械阻抗方法来检测在复合航空器结构(比如机翼)中的外壳和蜂窝状心板之间的脱接。这种脱接可能是由在该结构中的反复应力反向或水滞留引起的。当前应用涡流方法检测在薄的外壳航空器结构(比如机身)的表面裂纹。在这种外壳中的裂纹通常在紧固件的周围发展，并且这种裂纹是由在结构内的反复应力反向引起的。
对现代航空器的大多数无损检查(NDI)都是应用手动技术。这些手动技术要求技术人员在实时监视NDI仪器的同时还要在航空器表面操纵手持探头。因此，手动NDI技术的质量高度取决于操作者。此外，这种手动NDI技术是一种紧张且极慢的劳动。此外，手动检查过程中获得的数据通常不能作为永久记录保存。
现代航空器的NDI目前应用有限的自动NDI技术。进一步应用自动的NDI方法受到现代航空器结构的复杂的特性的限制。一般航空器的表面几何结构为平面、锥面、圆柱形或这三种典型表面结构的某些组合。表面弯曲可能有凸面或凹面，而表面取向可能有水平、垂直或悬空。
在航空器表面的预编程扫描模式中不管是超声、涡流还是机械阻抗方法大多数航空器的自动NDI技术要求应用机械扫描器来操纵NDI探头。已经有多种扫描器结构设计。这些结构包括刚性的X-Y台架系统，这种台架系统由安装的底盘机座支撑或者通过真空吸盘安装到航空器的表面。另一个普通结构包括应用安装的导轨、两轴扫描器。在这种类型的系统中，真空导轨与航空器结构的表面连接。两轴扫描器通过导轮或磁力轮安装到真空导轨上。一般地X-轴与导轨轴重合。成悬臂的Y-轴相对于X-轴成90度。
由于常规的机械扫描器结构并不很适合应用的要求，因此它的应用仍然受到限制。常规的台架系统很适合于检查大的平表面但它通常并不适合于小直径的曲面或具有较小的凹陷的面积。常规真空轨道安装扫描器适合于平面和曲面，但由于是悬臂的Y-轴它也仅是覆盖较窄的面积。
因此，人们已经认识到需要一种机械扫描器，它可以对大面积航空器结构进行无损检查，并且能够满足现代航空器的复杂的弯曲表面的要求，而且还要求它必需是重量轻、价格便宜，并且相对于已有的结构设计具有改善的速度和增强的灵活性。
为实现上述和其它的目的并克服已有系统的缺点，本发明的主要目的是提供一种扫描器，这种扫描器能够对大面积航空器结构进行有效的无损检查。
本发明的另一个目的是提供一种依据本发明的扫描器，这种扫描器能够与超声、涡流和机械阻抗式NDI探头连接。
本发明的另一个目的是提供一种扫描器，当在移动控制系统的控制下运行时这种扫描器以直线性扫描模式操纵NDI探头。
本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器能够满足现代航空器中出现的复杂的表面几何结构的要求，这些表面几何结构包括平表面、凸形弯曲表面、凹形弯曲表面、圆柱形表面、锥形表面以及抛物线表面。
本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器能够在水平、悬空和反向的航空器结构上操作。
本发明的再一个目的是提供一种通过真空吸盘阵列连接到航空器表面上的扫描器。
本发明的再另一个目的是提供一种重量轻、可移动的并可由单个操作者架起的扫描器。
本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器应用一种模块式结构以有利于将设备安装到航空器上。
本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器兼具两轴型台架系统的大面积检查能力和两轴导轨安装扫描器的表面跟随和轮廓跟随能力。
通过提供一种具有两个柔性轨道的扫描器实现本发明的前述和其它目的。每个柔性轨道都装备有马达驱动的牵引组件。刚性横轨跨越两柔性轨道。刚性横轨在两柔性轨道上并通过铰接接头与每个牵引组件相连接。铰接接头允许在连接处至少沿着三个独立的轴线运动。
刚性横梁支撑着第三个装有马达的牵引器。这第三牵引器支撑着正推进器组件，该正推进器应用万向节装有机械阻抗、超声或涡流检查探头。该万向节装载检查探头，并以恒定的力量使它们保持与检查表面接触。
刚性横梁轨道起扫描器的Y-轴的作用。柔性的真空轨道起X-轴的作用。这种Y-轴行程受刚性横梁的长度限制。通过串联许多轨道段可以使X-轴行程无限长。
扫描器还包括控制扫描器的功能和操作的数据采集和分析系统。扫描器的移动受形成数据采集和分析系统的一部分的扫描控制子系统的控制。这种扫描控制系统包括控制扫描器在待检查的表面上移动的硬件和软件。软件包括一种指导模式，这种指导模式允许操作应用整体坐标系对要检查的表面的扫描模式进行预编程。整体坐标系允许操作将在表面上的坐标点和应用相同的坐标系的数据显示相对应。
可以应用该扫描器来检查具有复杂的几何形状的表面。这种扫描器尤其是适合于用来检查水平、悬空和反向的航空器表面。
通过阅读下文的详细描述、权利要求以及附图，本发明的特征和有创造性的方面将会更清楚，下面简要地描述附图
附

图1所示为依据本发明的扫描器的柔性结构视图，在这些附图中，附图1A为Y-轴轨道组件、X-轴柔性轨道组件、主X-轴牵引组件、Y-轴牵引组件、从X-轴牵引组件以及推进器组件的装配顶视图，附图1B为附图1A组件的侧视图，附图1C为附图1B所示的侧视图的端视图。
附图2为依据本发明的扫描器的柔性轨道组件视图。其中附图2A为应用在本发明中的轨道的顶视图；附图2B所示为在附图2A中所示的轨道的侧视图；附图2C所示为沿着附图2B中的B-B线的横截面图；附图2D所示为在附图2B中所示的轨道端部的详细结构；附图2E所示为在附图2B和2D中所示的轨道的端视图；附图2F所示为沿着附图2E中的A-A线的横截面图；附图2G所示为具有柔性真空线的柔性轨道组件的顶视图；以及附图2H所示为附图2B中的轨道的右端部的详细视图。
附图3为依据本发明的扫描器的Y-轴轨道组件的组装图，其中附图3A为Y-轴轨道组件的侧视图；附图3B所示为依据附图3A的Y-轴轨道组件的顶视图；附图3C所示为沿着附图3B中的D-D线的横截面视图；附图3D所示为在附图3A中所示的轨道组件的一端的详细视图；以及附图3E所示为附图3A中的另一端部的展开视图，包括该相同端部的展开端部视图。
附图4所示为在附图1中所示的依据本发明的扫描器的推进器组件的组装图，其中附图4A为推进器组件的顶视图，附图4B所示为附图4A的端部组件的端视图；附图4C所示为附图4A的推进器组件的侧视图；附图4D所示为在附图4C中所示的推进器组件的一端部的端视图；附图4D所示为应用于推进器组件的可选择的滑板组件的顶视图；附图4F所示为附图4E的探头滑板组件的侧视图；附图4G所示为应用于推进器的另一个探头滑板组件的平面视图；附图4H所示为附图4G的探头滑板组件的侧视图；附图4I所示为用于附图4中的推进器的可选择的单个传感器装置的侧视图；附图4J所示为附图4I的传感器装置的侧视图。
附图5所示为依据在附图1中第3项所示的主X-轴牵引组件图，其中，附图5A所示为目标组件的顶视图；附图5B所示为在附图5中的目标组件的部分截面侧视图；附图5C所示为在附图5A中所示的组件的端视图；以及附图5D所示为连接在附图5A和5B中所示的马达和光编码器的接线图。
附图6所示为依据本发明的扫描器的从属X-轴牵引组件的组装图，其中，附图6A所示为目标组件的顶视图；附图6B所示为在附图6A中的组件的部分截面侧视图；附图6C所示为在附图6A中所示的组件的端视图；以及附图6D所示为连接在附图6A和6B中所示的马达和编码器的接线图。
附图7所示为附图1中的Y-轴牵引组件的组装图，其中，附图7A所示为目标组件的顶视图；附图7B所示为在附图7A中所示组件的部分截面侧视图；附图7C所示为在附图7A中所示的组件的端视图；以及附图7D所示为连接在附图7A和7B中所示的马达和编码器的接线图。
附图8所示为附图1的扫描器的组装图，说明了通过表面固定使主X-轴和从X-轴偏斜。
附图9所示为说明附图1的扫描器的方块图，说明了数据采集和分析系统的分析和软件特征。
附图10是说明附图1所示的扫描器的主要系统部件的相互关系的系统图。
扫描器10使操作者能够对很多种类型的表面进行无损检查(NDI)。在附图1-10中所示的扫描器10包括三种相互关联的轨道组件。这些轨道组件分别包括几个公共元件。可以理解的是，应用同一参考标号来描述在附图1-10中所示的扫描器的实施例中的同一特征。
附图1所示为依据本发明形成的扫描器10。该扫描器10包括真空轨道组件12、Y-轴轨道组件14、牵引组件16、推进器组件18、扫描控制子系统20、数据采集和分析系统22、耦合剂供给系统24、真空源系统33和集束式电缆组件26。为防止损坏所检查的部件，将扫描器10栓在外部装置上，以防止如果扫描器10与检查表面分离而掉下。航空器扫描器10的暴露在外的部件由抗腐蚀的材料制成或进行了充分的防腐蚀处理。然而，可以理解的是也可以选择其它的材料。
真空轨道系统12将扫描器10连接到待检查的表面。如附图2所示，真空轨道系统12包括主X-轴真空轨道组件28和从X-轴真空轨道组件30。可以理解的是，X-轴和Y-轴取向一般是指公知的X-Y坐标系。然而，将轨道组件28、30和32(下文讨论)都设计成相对于待检查的表面的X-Y坐标允许各种角度和线性取向。例如，在扫描器10的一个实施例中，主X-轴组件28和从属X-轴轨道组件30在竖值向上间隔开。由于X-轴轨道组件28和30构造为主-从关系，X-轴真空轨道组件28，30的长度并不是必需平行地排列。
可以理解的是主X-轴28和从X-轴30每个都有包括共同的特征，因此这里的讨论应用共同的参考标号来描述共同的特征。X-轴真空轨道组件28和30每一个都包括有至少一个轨道平板34段和真空吸盘阵列39和端部行程硬停机构36，该轨道平板34形成真空轨道组件28和30的基本支撑表面。
轨道平板34可以单独使用或如上述所讨论的相互连接。可以将有限数量的轨道平板34段连接在一起以形成所需的轨道长度。轨道平板34的总长度为4英尺，可以应用薄的标准弹簧钢制造。可以理解的是轨道平板34可以具有不同的长度并可以由不同的材料制成。柔性轨道平板34并不随着弯曲和扭曲而产生弯曲或弹性地变形，如果需要的话，可以使轨道平板34适应待检查的表面的曲率。可以调整真空轨道平板34使其与水平的、垂直的、悬空的、锥形的、圆柱形的、平面的、凸面、凹面和复合曲面或前述表面的任何组合面相匹配。尤其是，轨道平板34特别使满足航空器机身、机翼和发动机支撑结构比如机壳等中存在的典型曲面的要求。
轨道平板34支撑着真空吸盘的阵列39。这种真空吸盘组件的阵列39包括许多真空吸盘组件38，至少有两个端部真空吸盘组件42和至少一个控制真空吸盘组件44。应用在每个单元轨道28，30长度中的真空吸盘组件38的数量根据待检查表面的大小以及所需的轨道平板34的数量而变化。然而，所应用的真空吸盘38的数量应该能够提供一种光滑的轨道曲线，这种轨道曲线接近于待检查的表面的曲率。
在附图2中所示的实施例为一个端部吸盘组件42设置在真空吸盘组件28，30的每一端62，63上。在两端部吸盘组件之间设置了许多真空吸盘组件38。附图2也说明了设置在轨道组件20，30上在一个端部组件42和第一真空吸盘组件38a之间的控制吸盘组件44。
每个真空吸盘组件38，42和44分别包括一壳体46，47和48。机械紧固件比如螺钉分别将每个壳体46，47和48连接到轨道平板34上。每个壳体46，47和48都支撑一安装铰链40以将每个真空吸盘组件38，42和44分别连接到壳体46，47和48。安装铰链40允许以不同的角度取向设置真空吸盘组件38，42和44。每个壳体46，47和48还支撑一个用于将真空吸盘组件设置成所需的取向的可调节手柄43。
这种角度调整特征允许X-轴真空轨道组件28，30安装在如上所讨论的锥形或不规则的表面上。在一个实施例中，安装铰链40允许将每个真空吸盘组件38，42和44的角度位置调整到相对于每个真空轨道组件28，30在零度和30度之间。可以理解的是其它的角度设置也可以。这种调整可以使X-轴真空轨道组件28，30与小直径的表面相匹配。
相对于真空吸盘组件38，壳体46确定由此延伸过的开口54。开口54的每侧都容纳一自真空吸盘组件38的相对侧面朝外延伸的成倒钩状的配件58。然而，第一真空吸盘38a的开口54仅在正对着真空吸盘组件38的阵列的开口54的部分中容纳着成倒钩状的装置58。真空吸盘38a的开口54的相对侧面容纳防止在周围压力下的空气流入真空吸盘38a的螺纹接口66。
每个成倒钩状的装置58支撑着一段长度的管56。管56和真空吸盘组件38，42和44一起形成气压管路，以便管56与真空吸盘组件38，42和44串形地连接到外部真空源33(下文将讨论)。具体地说，每四英尺长的轨道平板34段的真空吸盘组件38，42和44独立地垂直于真空源33。因此，在轨道平板34段中的一段失效不至于使其它段也不能工作。
现在转到端部吸盘组件42，壳体47确定了开口50。在开口50的一侧容纳有成倒钩状的配件58和管56组件。六角插塞60盖住开口50的其它侧面。在轨道组件28，30的端部63上，管56将端部吸盘组件42连接到附近的真空吸盘组件38。在相对的端部62上，管56将其它的端部吸盘组件42连接到控制吸盘组件44。
至于控制吸盘44，壳体48确定开口52。在开口52的一侧容纳有将真空控制吸盘44经过管68连接到真空压力源的空气阀64。开口52的其它的端部容纳防止在周围压力下的空气流入开口52的螺纹接口66。此外，每个壳体46，47和48分别支撑着真空吸盘安装支架70。安装支架70支撑着柔性的盘状的真空垫76。真空垫76应用公知技术比如螺纹或其它的类似的方法机械地连接安装支架70。此外，安装支架70确定开口72。开口72分别地与开口54，50和52进行液体连通，并由端盖74覆盖。
真空垫76包围端盖74并提供一种柔软平滑的表面，一般地这种表面与待检查的表面相物理地接触。例如，当对真空吸盘组件38，42和44施加压力时，经过端盖74将抽吸力传递到真空垫76形成的开口中心。这种力使真空垫76连接到待检查的表面上。
施加到真空垫76上的真空压力足够使真空吸盘组件38，42和44与粗糙的以及光滑的表面形成防漏密封。然而，整个表面并不允许在真空吸盘组件38，42和44和待检查的表面之间真空紧密密封。因此，即使在每四英尺长的轨道平板34段上有多达两个真空吸盘组件38，42和44泄露，一般也不会影响连接到待检查的表面上的整个的真空轨道28，30。然而，可以理解的是，在检查的过程中允许泄露的真空吸盘38，42的数量取决于所用的吸盘和真空泵的大小。
电子真空泵(未示)在真空吸盘组件38，42和44中产生真空压力。在一个实施例中，真空泵要求110-120V交流电源，并且符合依据National Electric Code，Article 500，Class，Group D位置所要求的防爆要求，所说的标准在此以引用的方式结合在本申请中。泵有足够的容量以给主X-轴28和从X-轴30真空吸盘组件38，42和44提供所需的偶合力。
即使真空轨道28和30相对待检查的表面来说太长，应用公知的技术将覆盖住多余的真空吸盘38，42。为进一步便于单个操作者将扫描器10装载在待检查的表面上，听觉报警系统(未示)给操作者发出真空吸盘组件38，42和44可能分离的警报。一旦检测到部分真空损失听觉报警系统就进行报警。
最后，X-轴真空轨道组件28，30包括由每个真空轨道组件28，30的末端62，63支撑的行程硬停机构36。硬停机构防止X-轴牵引器82，84(下文讨论)运动到轨道28，30的端部之外。如果牵引器82，84被驱动到了硬停机构36，则在扫描控制子系统20中的马达电流限制器中断。
现在描述X-轴牵引器82，84，如附图5-6所示，每个轨道组件28，30支撑着分离的牵引组件82，84。同时，包括一段轨道28，30的主X-轴牵引器82／轨道28组件(包含固定装置、位置传感器和驱动部件)形成一种重量轻的组件。此外，X-轴牵引器82，84具有轴向重复的能力，这就允许能够以最小的重复误差返回到一定的位置。此外，X-轴牵引器82，84具有轴向位置分辨能力。
每个牵引组件82，84包括小齿轮88和许多的V-形导轮90。在一个实施例中，分离的齿轮组件将每个牵引组件82，84连接到每个轨道组件28，30。最后，轨道平板34容纳并支撑重量轻的齿条96。齿条96粘接到轨道平板34以便接触齿条96的正面的齿轮朝向轨道平板34的顶部表面。
依据常规的标准设计齿条96，并且容纳分别通过牵引组件82，84支撑的小齿轮88。每个小齿轮88与每个真空轨道28，30的齿条96啮合，形成可自由滑动的驱动啮合。因此这种结构形成了能够精确移动和定位的齿条和小齿轮驱动系统。
为便于实现这种自由移动的驱动结构，小齿轮88由马达驱动。驱动马达92是一种直流伺服机构马达，应用常规的技术能够将这种马达机械地连接小齿轮88。在所公开的实施例中，马达外壳100支撑着马达92，并且马达92要求满足National Electric Code，Article500，Class 1，Group D的防爆标准，所说的标准在此以引用参考的方式结合在本申请中，或者可选择地符合MIL-M8609，在此也以引用参考的方式结合在本申请中。
壳体102保持马达92和支撑马达外壳100。V-形接触表面102支撑着许多V-形导轮90。导轮90的V-形接触表面与每个X-轴28，30轨道平板34的边沿接合，以使每个轨道平板34起线性导轨的作用，而V-形导轨90起直线轴承的作用，以有利于牵引组件82，84沿着X-轴轨道28，30运动。因此，这种结构进一步增强了在每个牵引组件82，84和轨道组件28，30之间的机械啮合。
壳体102还支撑在壳体102的外部表面上的至少一个制动柄104。这种制动柄104支撑螺纹轴106。每个牵引组件82，84壳体102的每个螺纹轴106容纳在由每个轨道28，30支撑的螺纹表面中。因此，由制动柄104操纵的轴106将每个牵引组件82，84连接到相应的X-轴轨道组件28，30。
制动柄104的作用类似于螺钉；然而，不需要应用单独的工具(例如螺丝起子)就能够调整制动柄104。因此制动柄104能够快速地将牵引组件82，84连接到相应的轨道组件／将牵引组件82，84快速地从相应的轨道组件中脱开。
为有助于精确地确定所选择的位置，每个牵引组件82，84包括至少一个用于位置精度反馈的光学编码器94。如附图5D和6D所示，应用标准的接线技术将马达92和编码器94进行电连接。
除了上述部件外，从X-轴牵引组件84包括位置调整机构108。通过适合的机械固定将位置调整机构108连接到壳体102上。如在附图6中所示，应用滑动轴承销钉将位置调整机构108连接到Y-轴轨道组件32。同时，这种连接结构和位置调整机构108允许从X-轴30沿着三个轴相对Y-轴32移动。
现在参看附图3，所示为Y-轴轨道组件。可以理解的是Y-轴轨道组件14和X-轴轨道组件12共用相同的元件。因此，同一参考标号用于描述同一特征。柔性轨道组件14包括至少一个轨道平板34’、刚性支撑35、角度标度盘112和主安装支架116。轨道平板34’是由柔性材料比如弹簧钢制成。然而，很清楚，材料的选择取决于所需的柔性水平。通过机械紧固件比如螺钉将轨道平板34’连接到刚性支撑35。
Y-轴轨道组件32具有6英尺长的线性行程。然而，可以应用更短的轨道长度，尤其是在有限的面积中进行扫描时。作为单元装配时，轨道组件28，30和32可以扫描在检查的轨道边沿下面的表面。为有利于扫描边沿部分，如附图8所示，真空连接的固定装置37从待检查的边沿使主和从X-轴28，32偏斜。
如在附图1和3中所示，Y-轴轨道组件32在主X-轴轨道组件28和从X-轴轨道组件30之间延伸，以便主X-轴牵引轨道组件82支撑着Y-轴轨道组件32的一端78和从X-轴牵引轨道组件84支撑着相对的另一端。此外，Y-轴轨道组件32还可以突出在X-轴轨道组件28，32之上。Y-轴轨道组件32并不需要与X-轴28，30垂直地延伸，特别是由于连接Y-轴轨道组件32和X-轴轨道组件28，30的铰接接头包括多自由度。
铰接接头能够调节X-轴真空轨道组件28，30的非平行性和扭曲。这种结构设置使得能够调整轨道组件28，30和32以使其与各种结构的表面相匹配。在一个实施例中，铰接接头允许X-轴28，30和Y-轴沿着三轴移动，即高度、方位角和扭转。可以应用适合的快速连接／断开连接器和紧固件来实现这些铰接连接。
为了能够实现沿着三轴线移动，端部78支撑着主安装支架116，该安装支架支撑着角度标度盘112和枢轴机构115。角度标度盘112上标有从零到360度的范围。角度标度盘112还能够转动到所需的角度位置，一可视的指示器123指示所选择的位置。因此，当主安装支架116支撑两Y-轴轨道32和主X-轴轨道28时，角度标度盘112允许调整两Y-轴轨道组件32相对于主X-轴组件28的角度方向。
主安装支架116的枢轴机构115支撑着Y-轴轨道组件32和主X-轴轨道组件28。枢轴机构115为U形部件，形成了一上部转轴块118和下部转轴块119。枢轴机构115支撑的衬套121允许上部和下部转轴块118，119轻微的运动。因此，转动的标度盘112使上部和下部转轴块118，119运动，以分别使Y-轴轨道组件32和主X-轴轨道组件28的位置相对变化。
Y-轴轨道32支撑着齿条96以容纳由Y-轴牵引组件86支撑的小齿轮88。这种结构形成了用于如上所述的X-轴牵引组件82，84的齿条和齿轮结构设置。除非特别指明外，如附图7所示，Y-轴牵引组件86包括先前所描述的用于X-轴牵引组件82，84的每个部件。因此，先前的对X-轴的牵引组件82，84的讨论也完全用于描述Y-轴牵引器86的部件和一般功能。
除了前面所述的部件外，Y-轴牵引组件86还包括BNC连接器阵列120。马达壳体100携带的板125支撑着BNC连接器阵列120，并且连接器舱壁型的NBC连接器。
如在附图1和4中所示，Y-轴轨道32／牵引器86组件支撑着推进器组件18。通过机械紧固件将推进器组件118连接到Y-轴轨道32／牵引器86的组件。推进器组件118可以放在Y-轴轨道组件32的任一边上。
推进器托座122支撑着推进器滑块124和万向接头126。推进器滑块124允许推进器组件118沿着Y-轴轨道32移动。两个轴128，130可移动地支撑着推进器滑块124。轴128，130在相同的方向上延伸，并提供推进器滑块124在其上行进的表面。
轴128，130的近端132支撑着万向接头126，该万向接头126支撑着实际扫描待检查的表面的无损检查(NDI)探头134。万向接头126自轴128，130朝外延伸，并在至少两个轴线上可运动。万向接头126包括一个或多个朝外延伸的尖头以支撑着NDI探头134，探头134可能包括或可能不包括探头滑板。
万向接头126可以装配有机械阻抗型、超声型或涡流型NDI探头134。例如，NDI探头134可以包括如在附图4I和4J中所示的单个传感器探头134和在如在附图4G和4H中所示的ET探头滑板组件或如在附图4E和4F中所示的ET探头滑板组件138。所使用的传感器探头138包括(1)一个或多个带有完整的耦合剂馈送系统的超声传感器；(2)一个或多个涡流探头；或者(3)一个带有耦合剂馈送的传感器和一个涡流探头。
推进器组件18装载有可选择晶片的大小以符合于扫描器10的功能的标准超声剪切波和纵波传感器和具有合适的壳体直径的涡流表面探头。可以理解的是，也可以应用其它的传感器和探头。例如，万向接头126能够与其它类型的NDI探头(比如应用在低频焊接测试中的传感器和探头)连接并进行扫描。然而，必需注意的是应该保持这些传感器的兼容性，尤其是传感器的长度、直径和重量应该兼容。
制动柄131，133将NDI探头134连接到万向接头126上。制动柄131可以在360度的弧度上调整NDI探头134的角度。第二制动柄133能够快速地连接到万向接头126／从万向接头126中断开。
万向接头126能够准确地将NDI探头134装载到待检查的表面上。通过气压弹簧进行正确装载。气压弹簧140是普通型的，它给万向接头126施加恒定的压力以确保传感器完全与所检查的表面接触。
气压弹簧140具有有利于NDI探头134在典型的航空器表面上光滑地移动的简单但有效的装置，这些表面可能包括多层油漆片、不恰当地安装的钻孔紧固件(要么突出要么凹进)壳体凹痕、在连接处的偏移的壳体面板和壳体外部修补覆板。结合所公开的万向接头126应用气压弹簧140吸收当探头来回移动检查表面缺陷时NDI探头可能产生的振动。在一个实施例中，气压弹簧140施加的恒定压力有助于传感器减少意外的偏移量达0．125英寸。
连接块142将轴128，130和气压弹簧140连接到万向接头126。因此连接块142具有减振机构的作用。此外，连接块142包括具有螺纹轴的制动柄141，该该螺纹轴能够快速地将连接块连接到轴128，130的端部132／将连接块从轴128，130的端部132上断开。
扫描器10包括用于在扫描操作的过程中输送冷却剂液体到超声探头的便携式耦合剂输送系统24。耦合剂输送系统24的主要部件包括输送泵144、耦合剂输送容器146、耦合剂过滤器(未示)和所要求的管148。输送泵144从供应储箱通过管148将耦合剂、水输送到冲灌端口，该冲灌端口将其输送到在扫描器10上的传感器探头134。
输送泵144给传感器134的表面提供连续的、恒定流速的耦合剂流。变速驱动马达给供应泵144提供能量。驱动马达要求满足National Electric Code，Article 500，Class 1，Group D的防爆标准(在此以引用引用的方式结合在本申请中)。
过滤器除去可能降低超声检查序列的性能的颗粒。在一个实施例中，在通到输送泵144的入口支撑着过滤器以防止在所输送的水中的杂质颗粒堵塞输送管和传感器134的冲灌端口。在整个操作期间过滤器提供足够的耦合剂流。然而，过滤器需要周期性地清洗以确保有效地工作。
通过无源硬件比如柔性输送带或槽控制冷却剂的流量。在非循环耦合剂输送系统24中，经排泄管通过重力作用柔性输送带将来自检查表面的所消耗的耦合剂和水的大部分导流到收集容器中。然而，如果应用循环系统，则通过封闭环路系统将耦合剂直接输送到超声扫描器探头，并且耦合剂循环回到供应箱146。
用于连接耦合剂输送系统24的部件的管148相对柔软，并且具有能够输送足够量的耦合剂液体到传感器134的大小。最后，可以应用公知的标准和技术构造耦合剂输送系统24。
外部数据采集和分析系统22对来自NDI探头134的模拟信号进行数字化并存储。数据采集和分析系统22包括控制扫描器10的运行的硬件和软件子系统152，150。
硬件子系统152包括作为主机的便携式计算机154。计算机154作为扫描器10的主计算机。操作者应用指点器157(比如鼠标)或键盘160激活下拉菜单，这些下拉菜单显示在计算机的屏幕158上。这些菜单包括控制扫描器10的操作的软件文件。
计算机154包括有Intel 486DX2／66MHz微处理器和64Mb的随机存取存储器(RAM)的CPU主板。计算机154连接到不间断电源159上，该不间断电源159防止由于交流电源的中断造成数据损失。当启动不间断电源159时，它给计算机154供电一段时间，在这一段时间中计算机154足够可以被控制地关闭。
计算机154还包括坚固的外部机箱156，在该机箱内装入了数据采集和分析系统22的许多部件，即硬件和软件子系统152，150(下文讨论)。
机箱156包括可折叠的面板，该面板包括显示器158和键盘160。形成显示单元的部件包括具有合适分辨率的VGA(视频图形适配器)彩色显示器。例如，分辨率可以为640*480象素。当在宽的离轴角度看时显示器158没有视差和分辨率／彩色损失。键盘160为防水式键盘。由于键盘160包括在机箱156的折叠式面板中，当不使用时键盘叠起。键盘160作为封闭的机壳的机箱的一部分，以在不使用计算机时保护面板显示器158。
机箱156还支持指点器157。指点器157是一种应用图形用户接口的点滑动型结构。此外，机箱156还为扫描器10的轴线上的设备提供能量，并且它连接着手动控制的控制杆和紧急停机按钮。机箱还包括连接到外部VGA监视器的端口、一个最小的并行端口、两个RS 232端口和至少一个用于数据传输和外部数据存储的SCSI(小型计算机系统接口)端口。并行端口用于Centronics端口，而串行端口专用于定位器。为便于数据传输，机箱156还支持调制解调器或LAN(局域网)数据传输器的硬件。在一个实施例中调制解调器为14．4K波特(BAUD)的速率。
此外，机箱156支持数据存储装置。数据存储装置包括内部存储设备(比如RAM存储器)或外部存储设备(比如软驱)或外部存储设备和内部存储设备的结合，每种存储设备都具有能够有效的执行NDI的足够的存储容量。在一个实施例中，数据采集和分析系统22包括1．44Mb 3．5的软盘驱动器和500Mb的内部硬件驱动器，以及用于系统备份和永久数据存储和存档的外部1Gb的读／写光驱。可以理解的是，数据存储装置的大小取决于系统的限制。
数据采集和分析系统22能够存储被数字化的RF(射频)波形、峰值和行程时间，并随着位置信息显示这些数据。应用连接到主机154的打印机155可以输出所存储的数据和被处理的信息。一种可以应用类型的打印机155为具有至少4Mb RAM或相当的存储器的HewlettPackardTM1200C彩色打印机。
在计算机154的机箱的里面还有数据采集和分析系统22的硬件子系统152(下文将讨论)的其它部件。测试参数对相关的硬件子系统152进行编程，被编程的参数控制扫描操作和超声和涡流子系统。
硬件子系统152的其它的一个部件是扫描控制子系统20。扫描控制子系统20包括多轴扫描控制板162和适合于控制扫描器10的移动的软件(下文将讨论)。扫描控制板162对扫描器10的移动进行协调控制。扫描控制板162具有以主-从关系控制和监视X-轴牵引器82，84驱动马达的主从控制能力。扫描控制板162从主机154接受下载的扫描参数并给相应的DC伺服马达92放大器模块提供适合的信号输出。从马达92放大器模块输出的信号产生施加到每个驱动马达92的正确的驱动电压／电流。
扫描控制子系统20的运动控制部分构造在数据采集和分析系统22的子板上。对应的伺服放大器安装在单个的电子密封的里面并在数据采集和分析系统22和带有快速断开的电缆的扫描器10之间进行电连接。
扫描控制子系统20以封闭环的形式运行，并且能够与关于位置的接收力的数据采集和分析系统22的超声脉冲兼容。此外，在数据采集过程中或在检查后的数据分析过程中，扫描控制子系统20根据操作者指定的参数使NDI探头134在所检查的表面上来回扫查。
在校准的过程中，操作者应用扫描控制子系统20来确定扫描的尺寸、X和Y-轴以及扫描格大小。当扫描器10用于检查具有各种几何结构的表面时，在主X-轴28和从X-轴30之间的相对比例指数／速度比是可变的，并且在指导模式(下文将讨论)中能够自动测定。在指导模式中建立的比例应该在整个检查扫描过程中保持不变。
操作者直接输入所选择的值或通过教-和-学技术输入所选择的值。如果应用教-和-学技术，操作者将扫描器10定位在开始位置(0，0)和平行四边形的每个角落，确定了总体的扫描面积和形状。例如，在教-和-学模式中，操作者输入整个X-轴格子间距和整个Y-轴格子间隔。然后数据采集和分析系统22将具有所需间距的整个格子覆盖在所检查的表面上，并且对整个格子以3坐标轴协同移动来回扫查，这种移动扫检总是停留在整个格子线上。这种数据记录方法的优点包括C-扫描显示被扫描面积反射的真正形状，而没有象素映射损失，在非矩形屏显示时可能产生这种象素映射损失。
扫描数据为直线性，并在相同的坐标系中能够对这种打印输出直接进行比较。
多个扫描所得的数据容易以合并显示的方式进行显示，而不会由于坐标旋转引起数据损失。
例如，应用本发明的教-和-学技术，操作者选择检查面顶点确定检查面积边界。操作者应用控制杆157’或其它能够进行轴28，30和32同时移动的装置将NDI探头134驱动到扫描开始点、终点和需检查面顶点。在每个点／顶点，操作者输入轴坐标。操作者输入的具体信息包括Y-轴轨道相对于主X-轴28的角度、主X-轴28相对于整体坐标系参考点的角度。操作者还指定目标位置并扫描器10移动到该位置，并给扫描器位置指定一值。这种特征允许操作者将位置编码器引用到整体坐标系中(下文将讨论)。
操作者通过在要检查的表面上识别并选择一局部原点来确定公共整体坐标系。因此整体坐标系给在扫描器10的显示器158上设计的相同坐标系提供参考基准。这就使得操作者能够依据被扫查图象的整体坐标或所检查的实际表面的整体坐标确定所检查的表面具有缺陷的位置。因此，整体坐标系允许将在所扫查的表面上的点和应用相同的坐标系统所显示的图象相对应。
应用操作者选择的输入，扫描控制子系统20操纵在表面上的航空器，并进行教学、编程、执行扫描模式，并对基于操作者所选择的最大轴线指数距离(轴线可以比这种距离更小但不能比它大)对适合的光栅扫描方法进行配制。应用合适的增量绘制可选择的最大的轴线扫描指数距离。在一个实施例中，最大的轴线扫描指数距离以0．005英尺或更大的增加量设置小到0．005英尺。
例如，通过应用教-和-学技术，将扫描器10构造为能够扫描复杂的几何结构，为了说明，将教-和-学技术解释为三或四边的多边形。这种多边形包括在30至150度范围之间的内角。对扫描器10进行编程以使其扫描三边形，这要求操作者完成如下步骤。第一，操作者必需确定一整体坐标系(下文将讨论)，其它的测量可以参考这种整体坐标系。第二，操作者应用“应用整体坐标系”标注格式域到TRUE中，然后在格式域中输入电流扫描器10的原点相对于整体坐标系的X和Y偏移量。操作者还得输入扫描器10的主X-轴轨道28相对于整体坐标系的角度。第三，操作者输入Y-轴轨道32相对于扫描器10的X-轴轨道28在第一次扫描行程的角度。第四，操作者应用控制杆157’将扫描器10驱动到开始位置，局部原点，并按压按钮给系统指示这是局部原点。在该局部原点X-轴和Y-轴编码器位置为零。第五，操作者应用控制杆157’将扫描器10，以使传感器134在沿着Y-轴轨道32的第一行程的端部，并按压在屏幕上指示电流位置的按钮。读取电流在Y-轴32的位置并作为多边形侧边的长度。在这个位置从属X-轴30编码器为零。在这里，所需的多边形的两侧边已知。
为测量四边的多边形，操作者应用控制杆157’驱动扫描器10，以使传感器134在与局部原点相对的角落上，并按压在屏幕上的按钮指示扫描器是在第三参考点。记录三个轴位置的每个位置。所存储的信息足够表示两种可能的多边形。所应用的形状可以是具有内角大于180度的多边形。
如果在教-和-学的过程种应用控制杆157’，则将控制杆157’连接到集束管缆26的扫描器端。集束管缆26将NDI探头134连接到数据采集和分析系统22和伺服放大器机座。该集束管缆26组件包括电动机电缆、编码器电缆、控制杆157’电缆、两根RF超声电缆、两根RF涡流电缆、耦合剂输送管和完全用拉练扣上集束管缆26的柔性外护层。外护层II由不会划伤所检查的表面或对所检查的表面造成其它的损坏的材料制成。
除了扫描控制板162外，硬件子系统152还包括超声处理器主板164、涡流处理器主板166和显示板。可以将这些板合并以减少所使用的板的数量。
超声主板164是一种包括模拟到数字(A／D)转换器、RF板、视频检波板和脉冲发生器接收器、多路超声接收器、数字振幅校正(DAC)、硬件门、数据压缩、容量、视频检测和行程编码的多功能板。
超声板164的模拟到数字(A／D)部分以用户所确定的速率运行。在一个实施例中，速率可以在1和100MSPS之间(包含1和100)。为方便A／D转换速率可以选择在1和100之间的不同步长。例如，速率可以选择为逐步增加的步长，例如5，10，15 SPS等。该A／D板还包括分为两个通道的采样存储器。在一个实施例中，A／D板包括分为两个通道的8Kb存储器。
RF板处理和显示RF信号，包括全波检波、正半波检波和负半波检波信号。超声板164的RF检波部分接收来自外部RF源或电压在±0．5V范围内的其它源的输入。每通道的每个数据采集窗口与初始脉冲或接口信号同步。自同步点起开始信号可以延迟达3毫秒。
脉冲发生器接收器是一种产生脉冲并自超声传感器134接收脉冲的两通道设备。可以对通道进行同时操作或多路操作。脉冲发生器接收器支持脉冲回波技术、俯仰捕捉技术或每通道进行发射模式操作。每脉冲发生器包含方波和峰波脉冲发生器。操作者选择在给定的通道中所应用的脉冲发生器的类型。
方波脉冲发生器应用可数字编程的负向方波发生器。在一个实施例中，方波脉冲发生器提供电压范围在50至400V且具有小于或等于14纳秒的上升和60纳秒下降时间的脉冲。在10％和90％的振幅点处100欧姆的电阻负荷下测量上升和下降时间。操作者在80纳秒至1微妙之间以20纳秒的步长选择脉冲宽度。操作者还在50至400欧姆的范围中(包括50和400欧姆)以四个不同的步长选择脉冲发生器的衰减设置。峰波脉冲发生器应用可数字编程的峰波脉冲发生器。在一个实施例中，峰波脉冲发生器提供在电压在50至400V之间的脉冲电压。
多路传输超声接收器接收并处理输入信号。在一个实施例中，接收器的频率响应范围在．5至30MHz，增益为-6分贝(dB)和40dB之间。接收器以．5dB的增量提供在0至98dB的增益(-40dB至58dB)。每10dB增量的最大误差小于或等于±1．5dB，而整个测量范围的总的误差小于或等于±2．0dB。
接收器包含高通和低通滤波器。可以单个使用滤波器或结合使用多个滤波器以得到特定的带通滤波器。接收器包括具有足够的灵敏度和噪声等级性能。在一个实施例中，以200μV峰值对峰值输入信号测量接收器灵敏度，例如在10兆赫兹(MHz)低通滤波模式中运行时得到对应的满标度屏幕信号具有3dB的信噪比。在最大的增益下在屏幕上的噪声水平不超过40％草状水平。
每个接收器通道包括一DAC。DAC在整个采集时间中都是启动的并且每个通道都可以独立地控制。DAC利用高达16个操作者可选择的段，这些段的每一个的宽度和斜率都是可调的。操作者通过软件的图形用户接口选择适当的点以建立DAC曲线。每个点都是独立的，并具有在-20dB至+58dB之间的正或负的增益。整个DAC范围为38dB，在整个接收器增益范围之内。每段的最大的转换速率为每毫秒24dB。
如上所述，超声板164还包含两个硬件和软件门。超声板164包括四个软件缺陷门、两个硬件缺陷门、每通道一个接口门和一个反向跟踪门。操作者设定门的延迟时间和持续时间。以实时和金属行程时间两种方式进行显示。
至于硬件门，超声板164包括每通道的一个接口门和两个专用的每通道的缺陷门。在整个数据采集过程中操作者可以独立地调整门开始位置和宽度。缺陷门仅采集和存储峰值和行程时间数据。操作者可以选择采集门中的第一信号幅值、在门中的最大峰值信号、高于所选择的阈值的第一信号幅值以及任一所选择的分析模式的信号的行程时间。
在整个采集范围中可调整缺陷门的位置和宽度。每个缺陷门的设置都可以数字地显示在门的校正窗口中。还可以通过将系统显示光标设置在显示器的所需的位置可视地显示。缺陷门也可以设置为操作者可以选择数据采集延迟的功能。可以应用初始脉冲或接口门使门延迟同步。
超声板164还具有视频检测的硬件。在一个实施例中，显示板是VGA彩色显示板；然而，也可以应用其它类型的显示板。这种硬件允许记录和存储正的、负的或全波视频信号或完全RF信号。此外，在采集和存储RF波形的同时硬件还涉及显示视频信号的软件。
超声板164进一步包括用于降低数据文件大小和增加数据采集速率的硬件行程长度编码。数据压缩特征进一步包括提供抑制所显示和采集的数据噪声的阈值选择特征，因此，这种特征具有线性拒收功能。在下文将更全面地讨论数据压缩算法。
超声板164包括能够测量材料厚度的软件(下文将更全面地讨论)和硬件。具体地说，超声板164的部件允许测量薄至0．012英寸厚的铝并能够可靠地分辨石墨／环氧树脂成分的变化。在一个实施例中，超声板164分辨厚度在1片到120片范围的石墨／环氧树脂成分结构。
当依据在ASTM E317-85的第5．2节和在ASTM E317-85的第5．3．3节中定义的方法B(这两节内容在此都以引用的方式结合在本申请中)测试时，超声板164满足这里所述的水平和垂直的线性的要求。
当依据在下述程序测试时，超声板164满足这里所述的近表面和深度的要求。在这两种测试中，拒绝对“偏离”位置的情况进行测试，并且使用铝ASTM块。
当应用在下表1中所述的频率、传感器134直径、ASTM孔的大小和孔的深度依据在该节中概述的方法进行测试时，超声板164满足在ASTM E317-85的第5．4节中所述的分辨率要求(该节内容在此以引用的方式结合在本申请中)。在第5．4节中所述的80％和20应该分别改为100％和10％。来自平底孔的信号指示清楚地区别于最初的脉冲。当将这种信号的峰值与最初的脉冲后沿谷值相比时，这种信号的峰值幅值满足在表1中所述的峰值谷值比。由于传感器134设置在远离平底孔，在孔信号区域中所得的基准线信号幅值是这样的当与孔信号幅值相比时所述的峰值谷值比也满足要求。表1-分辨率
除了在这里所述的灵敏度要求以外，应用如下的改进方案，超声板164还满足在ASTM E317-85的第5．5节中所述的灵敏度要求(该节内容在此以引用的方式结合在本申请中)(1)参考水平示度为100％而不是60％，(2)所要求的信号噪声比如在下表2中指定的信噪比，和(3)在“偏离”位置拒绝。表2-灵敏度
当依据在AWS D1．1-94的第6．22．2节和在ASTM E317-85的第5．6节(这两节的内容在此都以引用的方式结合在本申请中)进行测试时，超声板164还满足在这里所给出的精度要求。
现在回到涡流板166，数据采集和分析系统22的涡流板166应用用于采集涡流数据的双频率双通道卡板。在一个实施例中，涡流板166的频率范围为50Hz到4MHz。涡流板166支持绝对型涡流探头、微分型涡流探头和驱动器检波型涡流探头。
涡流板166包括A／D转换器。在一个实施例中，对于单通道运行涡流板166的A／D转换器以2，000 SPS的速率运行，而对于多通道运行它的速率为1，000 SPS。转换器提供12位的分辨率。
涡流板166还包括驱动器和接收器。驱动器允许调整施加到测试线圈上的驱动电压。施加到线圈的精确电压是额定阻抗和激励频率的函数。操作者选择所应用的特定的驱动整数。接收器调整增益设置。在一个实施例中，增益以可控制的增量从0调整到48dB。
涡流板166还与提供清楚的指示(显示屏的垂直偏差，同时操作者可选择垂直部件的信号噪声比)的软件(下文将更全面地讨论)和硬件相连。在一个实施例中，垂直偏差的范围在显示屏的30-40％。根据Force General Purpose Eddy Current Standard第7947479部分或AMS 4928标准(这两项内容都以引用方式结合在本申请中)测试显示精度。这些标准都可以用于测试铝和钛材料的性能。可以理解的是，也可以选择其它的材料，并因此修改相应的测试标准。
在接合表面上，涡流板166提供清晰的指示(显示屏垂直偏差，同时操作者可选择垂直部件的信号噪声比)。通过将在没有缺陷的紧固孔上的平均峰值到峰值信号与在存在缺陷的孔上的反复扫描信号进行比较而确定信噪比，以得到平均信号幅值和信号特征记录的最大宽度以得到噪声幅值。应用反射型或检波型探头对安装的紧固件进行检查。钢紧固件很容易检测。
涡流板166应用双频率以降低来自在两个0．040英寸厚度的铝片之间的间隙的不希望的信号。涡流板166使最小20％的显示屏在第二片的后侧上产生的10％的壁损失。壁损失信号与间隙信号之比等于或大于4。间隙变化范围在0．000到0．025英寸之间。在探头静止时电噪声与10％的壁损失信号之比为10到1。在厚度高达0．120英寸的铝板中在1英寸直径的面积上涡流板166指示接合表面10％的壁厚度损失。
数据采集和分析系统22还包括外部信号接口模块。外部信号接口模块从外部采集、显示和存储的NDI设备中接收输入的信号。输入信号通过超声板164经过A／D转换器。采样速率可以根据需要改变。
在一个实施例中，模块将在±10V的幅值范围的外部信号转换到与超声板164的A／D转换器的输入相兼容的±．5V的范围。通过应用系统接收器增益将所转换的信号以满屏高度的0-100％进行显示，并垂直线性在满屏的5％以内。还对输入阻抗进行转换以使其与A／D转换器兼容。输入连接器是标准的BNC型的。
现在讨论数据采集和分析系统的软件子系统150，软件子系统150包括控制扫描器10的操作的各种软件文件。软件子系统150存储处理器的安装程序、为便于参考所选择的文件的操作和图形显示参数。实质上，软件子系统150的文件存储控制扫描器10的功能的操作参数。在操作中，这些文件允许对被检查的表面的完整性的各种类型的信息进行重现和计算。这些信息包括超声、涡流以及其它的NDI产生的数据。根据所加载的和已有的文件，操作者可以重复前面的任一扫描或者快速地改变系统配制以执行新的扫描。
软件子系统150的文件包括用于校正由于机械滞后引起的邻近数据的行程中的偏差的数据校正功能。操作者输入一整数值，每隔一个行程软件移动这一值。
软件子系统150的文件的一个版本是基于UNIX的，并且应用基于X-WindowsTM／Motif的格式显示在主机154的显示屏上。可以理解的是，也可以应用其它的软件格式。基于的UNIX的格式使操作者能够调整任何显示窗口的大小、调整所开窗口的数量和调整所需的窗口的分布。如上所讨论，应用键盘160或指点器157比如鼠标实现用户接口。如前文所讨论，通过应用下拉菜单和／或关闭菜单操作者执行指令。
软件子系统150允许通过调制解调器或局域网(LAN)将数据文件传输到其它的计算机或设备以用于后分析和再观察。为进一步有利于在观察所存储的数据或所处理的信息，软件子系统150包括将数据转换到通用的数据格式的文件，如包括(但并不限于)TIFF格式文件。如果应用TIFF转换器，则可以在分离的计算机上对该文件进行再现和分析。在一个实施例中，可以应用National Institute of Health的图象分析软件(版本1．52或类似的版本)来分析该数据。
关于超声、行程时间、幅值和原始检查数据，可以将这些数据的转换为分离的TIFF文件格式。关于涡流和其它的NDI仪器文件，原始数据和图象文件作为分离的TIFF文件。TIFF文件也可以转换到其它的格式而不损失数据或降低数据质量，例如MS-DOS格式或其它的与PC相兼容的格式。
此外，文件还包括具有图形用户界面的实时和多任务。多任务能力允许操作者同时分析文件、从文件打印图形和采集数据。文件还能够使计算机154对双向扫描造成的机械滞后可能引起的偏移数据进行重新排列。
下面讨论在校准模式中的硬件子系统152和软件子系统150的性能。关于超声校准，数据采集和分析系统22使操作者能够控制扫描器10的相关功能，包括移动、位置和扫描参数。操作者还对扫描器10的设置进行控制。在校准模式中控制的功能包括门和通道的选择、数据采集类型的选择、信号处理的选择、数据压缩、距离幅值校正(DAC)、脉冲发生器前置放大器的调整、门调整和A-范围。
至于门和通道的选择，操作者可以选择在数据处理过程中要应用的通道和门。如前文所讨论，超声板164包括两个通道。每个通道具有四个软件缺陷门、两个硬件缺陷门、一个接口门和一个反向跟踪门。
由于操作者控制选择要处理的数据类型，操作者还能够配制系统以记录整个RF、视频或行程数据的峰值和时间。操作者可以调整A／D速率以将这些值离散成如上所述的在1和100MSPS之间(包括1和100)。
至于信号处理选择，操作者选择所应用的信号处理方法。操作者还可以选择启动数据压缩算法。数据压缩算法是基于幅值和持续时间。RF数据必需在所确定的要压缩的数据点数量的确定幅值之下。这就确保记录了完整的实际信号的衰减。当进行数据压缩时，替换RF值为零的数据点。结果极大地减小了数据文件的大小。
此外，操作者控制距离幅值校正(DAC)功能。这种功能允许操作者进行校正调整作为时间函数施加到数据的增益，并使随着时间的信号的幅值响应最大。在一个实施例中，数据采集和分析系统22能够提供38dB动态范围的DAC增益。这种增益是有限的，因此总的有效增益是在0到100dB的系统增益以内。
关于脉冲发生器前置放大器的调整，操作者可以首先选择方波脉冲发生器或峰波脉冲发生器。第二，操作者选择脉冲发生器所施加的电压和方波脉冲发生器的宽度。接着，操作者选择所应用的衰减、滤波和增益参数。
操作者还配制屏幕显示器158以提供一种通常显示在手动CRT超声仪器上的标准A-扫描格式。显示器158提供满屏高度的百分比与时间的曲线。操作者应用这种显示进行初始的系统校准。在这种模式中，操作者控制超声参数的选择，包括门的延时和持续时间、A／D速率、增益、脉冲电压和持续时间以及传感器134的模式。操作者交互式地调整这些参数直到实现了合适的校准。
操作者还调整校准菜单的各种显示特征，包括旋转、放大比例、光标宽度、垂直水平比和垂直条形图时间比例。可以在数据采集之前或之后调整这些特征。此外，操作者通过选择信号来抑制和在校正模式中进行混合来进行多频率混合以抑制不希望的信号。
涡流板166允许设置硬件空值和可选择的软件空值以确定数据显示器／计算机基准点。通过进行硬件平衡操作者在校准模式中设置硬件空值。操作者调整涡流板166设置以便探头的操作点在总的阻抗的动态范围的中心。
在数据采集过程中或在其后操作者还调整中心基准点。定义光标位置为零点。扫描器10的显示特征是基于这种零点的，根据所给定的数据点是如何区别于这种零点的计算C-扫描。
操作者还控制其它的涡流校准特征。在涡流校准模式中，数据采集和分析系统22起标准阻抗平面涡流仪的作用。操作者调整从可选择的下拉菜单中选择的校准菜单的与涡流相关的功能。通过这种校准菜单，操作者调整操作频率、探头类型和增益线圈电压。在一个实施例中，操作频率范围在50Hz到4MHz之间，探头类型为绝对型探头、微分型探头或驱动器／检波探头。增益设置在0和48dB之间(包括0和48dB)，而线圈电压的范围在1和16V之间(包括1和16V)。
在涡流校准模式中，操作者还调整扫描控制特征。检查的标准方法是进行左右交互式(boustrophedonic)(双向或曲折地)扫描。操作者通过指定行程长度步长和指数范围连同在脉冲之间的采样格子间隔确定扫描模式。扫描的起点和终止点可以是任何值。这就允许扫描的原点与正在检查的部件上的一些基准数据点相对应。
数据采集和分析系统22包括多种分析特征，下文将讨论其中的每一个特征。数据采集和分析系统22的数据显示性能允许快速地再查看可能作为报表的信号指示的数据。因此，操作者能够专心地对这些信号指示进行详细的再检查。以米制测量单位或英制测量单位进行数据显示。
数据采集和分析系统22允许调整分析屏显示的内容和比例。操作者独立地调整用于四个主要的分析屏幕要素中的每个要素的显示面积，即图注、C-扫描、B-扫描和A-扫描。图注显示系统的结构参数比如文件名、扫描参数和超声参数。
C-扫描显示是在所指定的C-门中的数据的平面顶视图。操作者通过调整C-门或通过选择不同的C-门来选择所要显示的部分。操作者可以在任何时间上执行这种功能而不重复扫描。此外，操作者可以应用从调色板中选择的不同彩色显示所感兴趣的参数。操作者可以改变彩色调色板以及增加所选择的彩色值。
C-扫描显示能够给出C-扫描的峰值、行程时间、分贝、门限峰值、深度或极性显示。当峰值显示时，幅值C-扫描色彩编码并显示在用于每个波形的C-门中的最大检波幅值。在行程时间模式中，C-扫描彩色编码并显示在每个波形的C-门中的信号的行程时间。选择行程时间作为跨越第一门限的时间或者在C-门中的最大信号。如果遇到多个相等的最大信号，则应用第一个最大信号。数据可以以时间、深度和金属行程或任何其它合适的方式表示。
至于行程时间，这种功能能够测量如上文所述的超声板164所检查的表面的厚度。提供两种不同类型的结果。第一种结果为位置和壁厚度的最大和最小值。第二种结果为厚度示值比用户所指定的最大厚度临界值更大或更小的面积百分比。
此外，当C-扫描以分贝标度给出时，数据作为相对于操作者定义的FSH百分比的幅值值显示。作为门限峰值，除了具有在操作者所指定的门限之下的值的任何数据点绘作背景色彩以外，C-扫描与峰值C-扫描相同。应用深度类型显示时，C-扫描基于行程时间数据，但色彩图应用英寸而不是应用微秒。应用声速值和楔形延迟来计算深度。最大和最小的深度值与C-门的开始和终止相对应。最后，作为极性显示，彩色图提供具有在正向和负向行进的信号之间具有彩色差别的幅值图。如果选择RF数据记录则极性C-扫描型显示比较有效。
操作者可以确定用于任何给定的C-扫描类型的色标的上限和下限。在所选择的界限之上或之下的任何值都指定为特殊的色彩值。C-扫描中所应用的色标可以线性地分布在上限和下限之间。
操作者可以从已有的多种调色板中选择用于C-扫描和B-扫描的调色板。操作者还可以修改已有的调色板以得到新的调色板。
此外，数据采集和分析系统22还包括与超声板164相关的软件，这种软件用于分析合成孔径聚焦以校准B-扫描和C-扫描的波束的截面参数，和导致在指定的A-扫描门中的最大或最小(在可选择的门限之上)的信号或在A-扫描门之中的第一信号(在所选择的门限之上)的边沿极性(在零交叉处)显示的C-扫描RF信号。数据采集和分析系统22还包括与超声分析器164相联系的软件，这种软件用于执行对所选择的峰值幅值信号或来自两个独立的门的综合校正信号进行比例分析以测定相对的未接合／接合良好的信号的衰减率。
数据采集和分析系统22具有缩入的能力。数据采集和分析系统22应用最大的“n”压缩运算来显示图象。当数据点的数量比能够在指定给该图象的屏幕面积能够显示的点更大时应用这种程序。操作者能够放大C-扫描图象以显示所采集的数据点。
数据采集和分析系统22具有滚屏的特征，这就允许操作者能够看超过屏幕显示界限的C-扫描图。对于这种C-扫描，一次仅显示一部分C-扫描。滚屏的特征允许操作者能够翻看整个数据显示。数据采集和分析系统22还允许操作者交换C-扫描数据的显示轴。
数据采集和分析系统22还包括用于对操作者所选择的C-扫描的部分进行统计分析的软件文件。所执行的统计计算包括行程时间和基于分析的幅值。
幅值统计检验幅值测量值。再一次给出两个结果。第一种结果是在操作者所给定的门限值之上的最大和最小幅值的值和位置。第二种结果是提供幅值示值比操作者所指定的值更大或更小的面积的百分比。
此外，数据采集和分析系统22包括交插的功能。这种功能允许操作者将来自不同的传感器134的数据综合起来得到单个图象。具体地说，这种功能融合来自相同的数据文件的通道1和2的峰值和行程时间数据。
现在回到B-扫描，B-扫描是剖面图的一种图形表示。B-扫描显示应用与幅值C-扫描中所应用的相同的调色板以表示随时间记录的每个离散的数据点的波形幅值。
数据采集和分析系统22包括通过B-扫描进行移动的光标。操作者使用光标选择波形(A-扫描)。波形形式显示在B-扫描之下。此外，操作者应用光标选择特定的数据点以找到在有效的C-门中的峰值。数据采集和分析系统22以图形的方式显示在B-扫描中的入射偏斜角。
数据采集和分析系统22允许操作者应用从所调色板中选择的色彩或应用不同的灰度色调(也可以从调色板中选择)进行显示。在B-扫描中在操作者应用极化的灰度标的同时执行行程时间终点小片合并(defraction)分析。
数据采集和分析系统22具有放大的功能，应用最大的“n”压缩算法来显示图象。当数据点的数量比能够在指定给该图象的屏幕面积能够显示的点更大时应用这种程序。操作者能够放大B-扫描图象以显示所采集的数据点。
数据采集和分析系统22具有滚屏的特征，这就允许操作者能够看超过屏幕显示界限的B-扫描图。对于这种B-扫描，一次仅显示一部分B-扫描。滚屏的特征允许操作者能够翻看整个数据显示。此外，操作者还能够调整B-扫描以进行曲线校正。这种功能调整深度、金属行程(metal path)和表面位置以校正曲表面的影响。
对于B-扫描，数据采集和分析系统22包括行程时间和金属行程选择功能。这些功能使操作者能够根据时间或距离进行显示。该显示屏幕使出了所选择的单位。关于金属行程，楔形延迟确定了零深度位置。
操作者应用被校准的测量功能测量在B-扫描中的信号。系统应用两个测量光标。第一种为基准线，而第二种为测量线。有两种方式应用校准的测量功能。第一为执行三角测量。对于这种应用，操作者将虚线光标放在第一位置，而将实心光标放在第二位置。显示在这两个位置之间的距离。第二种方式为进行计算深度测量。这是用于基于操作者所选择的信号确定深度测量值。操作者选择在B-扫描内的任何点，并确定该点的实际深度。当普通的测量值不精确时一般应用这种功能。
数据采集和分析系统22还焊接覆盖功能。这种功能显示对B-扫描的焊接图形表示，有助于识别由于焊接的几何结构引起的反射体。此外，数据采集和分析系统22还包括在B-扫描种对所选择的波形进行进行快速傅立叶变换(FFT)分析(FFT也可以用于C-扫描分析)。
数据采集和分析系统22还包括合成孔径聚焦技术(SAFT)以模拟大口径的焦点特性和聚焦的传感器134，该聚焦的传感器134应用通过具有较小口径的传感器134(该传感器134已经对大面积进行扫描)采集的数据。在线地并在该区域执行线SAFT(两维的SAFT)。一般线SAFT比三维SAFT要求的计算少得多。
数据采集和分析系统22包括进行B-扫描的软件和硬件。在B-扫描中所讨论的特征作为B-扫描显示的元素。
至于A-扫描，A-扫描是所记录的RF波形的图形表示。A-扫描可以以视频或RF模式显示。数据采集和分析系统22经过超声板164支持RF、全波检波和正和负半波检波数据。为显示正和负的半波检波数据，必须在所需的半波模式中采集数据。
数据采集和分析系统22包括各种涡流分析特征，下面将讨论每一种特征。设计数据采集和分析系统22的数据显示能力以便能够快速地再现可能的可报告的信号指示数据。因此，操作者能够集中注意力地详细地再次查看这些信号指示，并随时(包括在数据采集过程中)对任何文件进行分析。数据采集和分析系统22以米制单位或英制单位显示数据。
例如，涡流分析器166包括能够同时给出阻抗平面、扫描和C-扫描以便操作者能够在扫描图象和信号数据产生时检测它们的软件。分析包括基于阻抗幅值、阻抗相位、水平阻抗分量和垂直阻抗分量的C-扫描。阻抗相位的C-扫描以度为单位进行校准而其他的C-扫描是基于整个动态范围的百分比。分析提供基于上述C-扫描的空间导出的C-扫描，以使这些信号的相位和幅值具有高速变化的特征。
还对阻抗平面显示和对应的垂直和水平的阻抗分量的扫描显示进行了分析。数据采集和分析系统22连同位置信息一起存储数字化的阻抗数据。这种数据存储方法允许连同创建合成条纹图和阻抗平面显示产生在下文所讨论的C-扫描类型。构造用于同步数据显示组合的屏幕，包括多达两种不同的C-扫描和阻抗平面显示。数据采集和分析系统22提供能够调整分析屏幕显示的内容和比例的能力。
由于存储了原始数据，可以改变后检查软件参数比如(但并不限于)相位、垂直／水平比例，并可以重新计算相应的C-扫描、扫描和阻抗相位。对可变化的垂直水平幅值比例尺度进行分析。以阻抗平面的格式显示双频率混合。操作者调整用于显示图注和C-扫描信息的显示面积。图注显示系统配制参数比如文件名、扫描参数和涡流参数。
由于应用超声数据，C-扫描是数据的俯视图。对于所采集的数据的每个通道，操作者显示如下所讨论的对每个通道的C-扫描的选择。应用从调色板中选择的色彩显示所感兴趣的参数。操作者还可以改变调色板以及与每个色彩相联系的值。
可能产生的C-扫描显示的类型包括水平幅值、垂直幅值、大小、相位和第一空间推导图。对于水平幅值，阻抗平面数据的水平分量相对于操作者确定的中心值绘制。所显示的数据以涡流单位(ECU)绘制。
系统所应用的涡流板166具有总共±4K的数字动态范围。该动态范围的一个数据点等于一个ECU。因此，ECU提供对信号幅值的测量。至于垂直幅值，阻抗平面数据的垂直分量相对于操作者确定的中心值绘制。依据ECU绘制该数据。显示大小是水平和垂直显示的矢量和。阻抗平面数据的大小相对于操作者确定的中心值绘制。以ECU为单位绘制该数据。
依据阻抗平面相对于操作者所确定的中心的相位角度绘制相位显示。以度为单位绘制该数据。操作者指定应用相位C-扫描的门限大小。任一给定数据点的大小必须等于或超过相位C-扫描的门限值以显示除了“底下”色彩之外的任何色彩。最后，可以选择上述四种C-扫描中任一种的空间推导图。操作者选择计算推导图的数据点的数量。
在显示扫描过程中，操作者确定用于任何给定C-扫描的类型的色标的上限和下限。高于或低于上述确定的界限的任何值都被指定为特殊的色彩值。用于C-扫描的色标可以线性地分布在所确定的上限和下限之间。操作者应用调色板选择所需的彩色。操作者还可以修改已有的调色板而得到新的调色板。
数据采集和分析系统22对显示涡流数据具有放大的功能。数据采集和分析系统22应用最大的“n”压缩算法来显示图象。当数据点的数量比能够在指定给该图象的屏幕面积能够显示的点更大时应用这种程序。操作者能够放大C-扫描图象以显示所采集的数据点。
涡流板166的另一个特征是滚屏。滚屏功能允许操作者能够看超过屏幕显示界限的C-扫描图。对于这种C-扫描，一次仅显示一部分C-扫描。滚屏的特征允许操作者能够翻看整个数据显示。数据采集和分析系统22还允许操作者应用交换轴的功能交换C-扫描数据的显示轴。
涡流分析器166包括利萨如(lissajous)显示。应用这种利萨如显示能够显示指定通道的复杂的阻抗数据。因此，操作者能够显示任何C-扫描类型和通道的实际数据值。
此外，涡流分析器166包括垂直／水平(V／H)比的功能以将分离的比例系数应用到信号的水平和垂直分量中。这通过应用V／H参数完成。这种变量是后采集项。V／H参数影响条状图、利萨如显示和C-扫描，并且对于增加在上升信号和小的近表面缺陷之间的相位分离很有益。
涡流分析器166还包括用于对涡流数据进行处理的高通和低通滤波器。对所采集的数据进行滤波。涡流分析器166的另一个特征是深度指示合并(DIM)文件。DIM文件将从分离通道(传感器)获得的数据和／或以不同的斜率检查相同的空间的文件和／或检查角度结合在一起。结果给出数据的C-和B-扫描，这里色彩表示哪个通道或通道的结合具有高于上述指定的门限的信号指示。
数据采集和分析系统22提供缺陷参数的C-扫描测量，缺陷参数包括(但并不限于)宽度、长度、面积、最小和最大缺陷间隔、在所确定的区域中缺陷区与非缺陷区的百分比、平均值、标准偏差、在所架查部件上的X-Y位置。此外，数据采集和分析系统22产生B-扫描参数的测量，包括(并不限于)缺陷深度、长度／宽度、部件厚度和剩余部件厚度的百分比。
数据采集和分析系统22包括C-扫描直方图功能，这可以允许操作者选择具有“橡皮带框(rubber-band box)”的C-扫描面积。对在所选择的面积中数据进行编辑并显示，以直方图的形式指示在每个面积中数据所出现的次数。
最后，扫描器10包括便携式扫描器168。便携式扫描器168可以与扫描器10的数据采集和分析系统22兼容。与自动扫描器10一样，便携式扫描器168也能够进行超声和涡流检查。便携式扫描器168的X-和Y-轴可以锁定以有利于进行直线性扫描。此外，与自动扫描器10一样，便携式扫描器168适合于应用在曲表面上，并且能够真空地装载到要检查的表面上。
可以理解的是虽然依据在附图1-10中所示的说明已经描述了扫描器10，但除了所描述的这些功能特征外还可以包括其它操作和功能特征。
安装为便于单个操作者安装检查系统10，每个轴28，30和32可以独立地安装。此外，每个轴牵引器82，84和86可以独立地安装在它相应的轨道组件28，30和32上。可以应用下述的程序安装扫描器10。为了说明，所述的程序的所选择的检查面积为沿着X-轴28，30为4英尺长，沿着Y-轴32方向为6英尺长。操作者在待检查表面上安装主X-轴28。主X-轴28牵引器组件82安装在X-轴真空轨道组件轨道组件上。然后安装从X-轴轨道组件30。这种安装之后将从X-轴牵引器组件84安装在从X-轴轨道组件30上。接着操作者应用快速断开连接器将Y-轴轨道组件32牢固地连接到主和从X-轴牵引器组件82，84上。Y-轴牵引器86和推进器组件18安装在Y-轴轨道组件32。接着，操作者将集束缆组件26连接到扫描器10上。还将扫描器10栓到外部表面上以防止万一扫描器10从检查表面上脱落时被损坏。
操作在完成安装扫描器10之后，操作者可以应用手动控制杆157’将探头(134)驱动到零位置或开始位置，并通过按压单钮控制使编码器复零。如果扫描计划还没有传授，则操作者完成如这里所描述的传授检查面积。如果扫描计划已经传授，则操作者通过可应用的文件名输入扫描计划。
如果进行超声检查，系统提示操作者在扫描之前启动耦合剂供应系统24并在扫描过程结束时使耦合剂系统停止。
一旦操作者开始扫描循环，扫描控制子系统20将扫描器10驱动回到零位置(如果还不在这个位置)，并且根据操作者的指令开始扫描操作。操作者选择显示数据的格式。例如，操作者选择基于实时振幅或基于行程时间C-扫描或选择显示RF波形数据。虽然一次仅显示一C-扫描，每门应用的每通道都产生一C-扫描。
近于实时地显示在每个格子点上所采集的数据(C-扫描和A-扫描)。这就能够直接看到扫描位置和方向的反馈。此外，可以检验数据的质量。此外，通过闭环容差技术监测扫描器10的滑动量。过大的滑动量或移动使系统自动终止扫描，并提供错误信息。
如上所讨论，外部三轴扫描控制子系统20控制扫描器10组件的运动。应用预编程的直线性的扫描模式扫描控制子系统20操纵NDI探头134。这种扫描模式以整体坐标系所确定的操作者为基准。通过沿着主X-轴牵引器82、从X-轴牵引器84和Y-轴牵引器86相应的轨道系统28，30和32调整它们的运动来完成沿着整个轴操纵NDI探头134。
在控制扫描器10的过程中，在扫描循环中的任何时候操作者都可以输入暂停指令，以便临时停止扫描器10的操作。此外，在如下三种情况下可以终止扫描循环正常完成、操作者终止和系统终止。当扫描器10完成了整个指定的扫描模式时就正常完成。操作者可以在任何时候终止扫描和分析所采集的数据。然而，当在完成之前终止扫描，相应的软件子系统150将会更新以提供扫描仅完成了一部分的信息。最后，一旦检测到故障情况(包括扫描器10滑动、移位或速度过快)系统就会终止扫描。
关于超声数据采集，数据采集和分析系统22应用由相应软件文件确定的扫描模式、超声校准和涡流校准。在超声数据采集过程中，在操作者所确定的预先安排的模式中扫描控制子系统20移动NDI探头134。在特定坐标的位置(网格)，扫描控制子系统20产生同步脉冲。这就使脉冲发生器产生脉冲，并使超声板164接收数据。
这种获取位置信息的脉冲在特定的网格点产生超声波形。数据采集和分析系统22读取每网格点的完整的超声波形、视频数据或峰值和行程时间信息。此外，操作者在每个网格位置采集多个波形，并同时采集涡流数据并与超声扫描一起进行多路传输。在位置区域上以相同的片脉冲采集来自其它的NDI设备的被转换的信号。
类似地进行涡流数据采集。当涡流板166连续地运行时涡流数据采集可以与超声数据采集同时进行或分别进行。当接收到同步脉冲时，记录每个有效的频率和探头的阻抗数据的水平和垂直分量。在数据采集过程中所采集的数据作为后台任务存储在存储器中。这就能够防止由于AC电源中断造成数据损失。
可以应用多种结构来构造扫描器10。因此，所公开的实施例是用于说明本发明。但是，它并不限制本发明的范围和精神。因此，本发明仅由附加的权利要求限定。
权利要求
1．一种表面扫描器，包括支撑着第一机动化的牵引组件的第一柔性轨道组件；支撑着第二机动化的牵引组件的第二柔性轨道组件；由第一轨道组件和第二柔性轨道组件支撑着的第三轨道组件；由第三轨道组件支撑着的第三机动化的牵引组件；由第三机动化的牵引组件支撑着的推进器组件；和由推进器组件支撑着的至少一个检查探头。
2．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一柔性轨道组件和第二柔性轨道组件包括多个相互连接的轨道板。
3．如在权利要求2中所述的表面扫描器，其中轨道板为柔性部件，所说的轨道板并不随弯曲和扭曲而发生塑性变形。
4．如在权利要求3中所述的表面扫描器，其中相互连接的轨道板由弹簧钢制成。
5．如在权利要求3中所述的表面扫描器，其中轨道板可以调整到与复杂的表面结构匹配。
6．如在权利要求5中所述的表面扫描器，其中轨道板可以调整得与航空器表面匹配。
7．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一柔性轨道组件和第二柔性轨道组件支撑着许多连接到真空源的真空吸盘组件。
8．如在权利要求7中所述的表面扫描器，其中扫描器包括向操作者报告真空压力损失的报警器。
9．如在权利要求8中所述的表面扫描器，其中每个真空吸盘形成的多个真空吸盘组件包括用于调整真空吸盘组件的角度位置的安装铰链。
10．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一柔性轨道组件和第二柔性轨道组件在每端支撑着行程端部停止机构。
11．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一柔性轨道组件和第二柔性轨道组件每个都支撑着齿条。
12．如在权利要求11中所述的表面扫描器，其中每个齿条容纳一个由相应的牵引器组件支撑的配对齿轮。
13．如在权利要求12中所述的表面扫描器，其中配对齿轮是小齿轮。
14．如在权利要求13中所述的表面扫描器，其中该小齿轮由马达驱动。
15．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一牵引组件和第二牵引组件支撑着许多用于分别与第一柔性轨道组件和第二柔性轨道组件啮合的导轮。
16．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一牵引组件和第二牵引组件支撑至少一个用于分别将第一牵引组件和第二牵引组件连接到第一柔性轨道组件和第二柔性轨道组件的制动柄。
17．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第一牵引组件和第二牵引组件每个都支撑着一个光学编码器。
18．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第二牵引组件包括允许沿着三轴自由度相对于第三轨道组件移动的位置调整机构。
19．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三轨道组件包括连接到刚性支撑的一个轨道板。
20．如在权利要求19中所述的表面扫描器，其中第三轨道组件由弹簧钢轨道板和铝支撑制成。
21．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三轨道组件在每一端支撑着行程端部停止机构。
22．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三轨道组件支撑着齿条。
23．如在权利要求22中所述的表面扫描器，其中齿条容纳一个由第三牵引组件支撑的配对齿轮。
24．如在权利要求23中所述的表面扫描器，其中配对齿轮是小齿轮。
25．如在权利要求24中所述的表面扫描器，其中该小齿轮由马达驱动。
26．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件支撑着用于啮合第三轨道组件的许多导轮。
27．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件支撑至少一个用于将第三牵引组件连接到第三轨道组件的制动柄。
28．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件支撑着一个光学编码器。
29．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中表面扫描器的重量轻。
30．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中通过铰接接头将第三轨道组件连接到第一轨道组件和第二轨道组件。
31．如在权利要求30中所述的表面扫描器，其中允许第一轨道组件和第二轨道组件彼此相对不平行并扭曲地连接。
32．如在权利要求30中所述的表面扫描器，其中接头是一种快速地连接和断开的连接器。
33．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三轨道组件支撑着允许沿着多轴自由度移动的主安装支架。
34．如在权利要求33中所述的表面扫描器，其中主安装支架包括角度标度盘。
35．如在权利要求34中所述的表面扫描器，其中主安装支架包括指示角度标度盘的角度位置的指示器。
36．如在权利要求35中所述的表面扫描器，其中主安装支架包括允许第三轨道组件和第一轨道组件在位置上相对变化的枢轴机构。
37．如在权利要求36中所述的表面扫描器，其中枢轴机构包括上部转轴块和下部转轴块。
38．如在权利要求1中所的表面扫描器，其中扫描器包括用于使第一轨道组件和第二轨道组件从待检查的表面的边沿偏移的真空连接固定装置。
39．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三轨道组件具有6英尺的线性行程。
40．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件支持BNC连接器阵列。
41．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件支撑着在待检查的表面上移动扫描器的推进器组件。
42．如在权利要求41中所述的表面扫描器，其中推进器组件由第三轨道组件的顶部或底部表面支撑着。
43．如在权利要求42中所述的表面扫描器，其中推进器组件包括便于使推进器组件滑动的滑块。
44．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件支撑着无损检测探头。
45．如在权利要求44中所述的表面扫描器，其中第三牵引组件包括支撑着一个或多个无损检查(NDI)探头的万向接头。
46．如在权利要求45中所述的表面扫描器，其中NDI探头包括机械阻抗型、超声型或涡流型的NDI探头。
47．如在权利要求45中所述的表面扫描器，其中检查探头包括单传感器探头。
48．如在权利要求45中所述的表面扫描器，其中检查探头包括涡流探头滑板组件。
49．如在权利要求45中所述的表面扫描器，其中万向接头正向装载检查探头，并使它们与待检查表面保持接触。
50．如在权利要求49中所述的表面扫描器，其中万向接头支撑正向装载检查探头的气压弹簧。
51．如在权利要求50中所述的表面扫描器，其中连接块将气压弹簧和万向接头相连接。
52．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中扫描器包括输送耦合剂液体到NDI探头的耦合剂输送系统。
53．如在权利要求52中所述的表面扫描器，其中耦合剂输送系统输送耦合剂液体到超声NDI探头。
54．如在权利要求52中所述的表面扫描器，其中耦合剂输送系统包括使耦合剂循环的输送泵、存储耦合剂的供应箱和与泵、供应箱和NDI探头相连接的管。
55．如在权利要求54中所述的表面扫描器，其中耦合剂输送系统包括除去耦合剂液体中的颗粒的过滤器。
56．如在权利要求54中所述的表面扫描器，其中耦合剂输送系统进一步包括耦合剂回收槽。
57．如在权利要求1中所述的表面扫描器，其中扫描器包括用于分析和存储由NDI探头所采集的数据的数据采集和分析系统。
58．如在权利要求57中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析系统包括软件和硬件子系统。
59．如在权利要求58中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析硬件子系统包括主计算机。
60．如在权利要求59中所述的表面扫描器，其中计算机为便携式计算机。
61．如在权利要求59中所述的表面扫描器，其中计算机包括Intel 486DX2／66MHz微型计算机。
62．如在权利要求59中所述的表面扫描器，其中计算机包括64Mb的随机存储器。
63．如在权利要求59中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析系统包括不间断电源。
64．如在权利要求59中所述的表面扫描器，其中计算机包括外部机箱。
65．如在权利要求64中所述的表面扫描器，其中机箱中容纳有一键盘。
66．如在权利要求65中所述的表面扫描器，其中机箱支撑着用于显示所采集和处理的数据的可视显示器。
67．如在权利要求66中所述的表面扫描器，其中可视显示器为VGA监视器。
68．如在权利要求67中所述的表面扫描器，其中VGA监视器为彩色监视器。
69．如在权利要求64中所述的表面扫描器，其中机箱支撑着定位设备。
70．如在权利要求64中所述的表面扫描器，其中机箱包括与外部设备进行连接的端口。
71．如在权利要求64中所述的表面扫描器，其中机箱包括与外部设备比如打印机进行连接的端口。
72．如在权利要求64中所述的表面扫描器，其中机箱支持与控制杆连接。
73．如在权利要求64中所述的表面扫描器，其中机箱支持数据存储装置。
74．如在权利要求72中所述的表面扫描器，其中数据存储装置是软盘驱动器。
75．如在权利要求72中所述的表面扫描器，其中数据存储装置是内部存储装置。
76．如在权利要求72中所述的表面扫描器，其中数据存储装置是外部存储装置和内部存储装置的结合。
77．如在权利要求75中所述的表面扫描器，其中存储装置包括1．44Mb的3．5软盘驱动器以及500Mb内部硬盘驱动器和外部1Gb读／写光驱。
78．如在权利要求57中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析硬件子系统进一步包括控制扫描器的移动的扫描控制系统。
79．如在权利要求79中所述的表面扫描器，其中扫描控制系统包括扫描控制板。
80．如在权利要求80中所述的表面扫描器，其中该扫描控制板是一种多轴控制器，控制第一牵引组件、第二牵引组件、第三牵引组件和推进器组件的运动。
81．如在权利要求80中所述的表面扫描器，其中扫描控制系统包括控制扫描控制板的功能的软件。
82．如在权利要求82中所述的表面扫描器，其中可以对扫描模式进行编程。
83．如在权利要求83中所述的表面扫描器，其中应用教-和-学技术输入确定整个扫描面积和形状的数据点来对扫描模式进行编程。
84．如在权利要求83中所述的表面扫描器，其中应用整体坐标系进行扫描模式编程，该整体坐标系允许将应用在待检查的表面上采用的相同坐标系的数据点和扫描图象的显示相对应。
85．如在权利要求57中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析硬件子系统进一步包括处理超声数据的超声板。
86．如在权利要求57中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析硬件子系统进一步包括处理涡流数据的涡流板。
87．如在权利要求57中所述的表面扫描器，其中软件子系统包括控制扫描器系统的操作的软件文件。
88．如在权利要求88中所述的表面扫描器，其中软件子系统包括进行超声数据处理和分析的软件。
89．如在权利要求88中所述的表面扫描器，其中软件子系统包括进行涡流数据处理和分析的软件。
90．如在权利要求88中所述的表面扫描器，其中软件子系统包括进行机械阻抗数据处理和分析的软件。
91．一种表面扫描器，包括支撑着第一牵引组件的第一柔性轨道组件；支撑着第二牵引组件的第二柔性轨道组件；第三轨道组件，第一柔性轨道组件支撑着第三轨道组件的一端，而第二柔性轨道组件支撑着它的另一端；由第三轨道组件支撑着的第三牵引组件；由第三牵引组件支撑着的推进器组件；由推进器组件支撑着的至少一个NDI探头用于采集与待检查表面相关的数据；在待检查表面上移动NDI探头的扫描控制系统；和处理和分析由NDI探头采集的数据的数据采集和分析系统。
92．如在权利要求92中所述的表面扫描器，其中扫描器包括输送耦合剂液体到NDI探头的耦合剂输送系统。
93．如在权利要求92中所述的表面扫描器，其中NDI探头包括超声、涡流和机械阻抗型数据探头。
94．如在权利要求92中所述的表面扫描器，其中数据采集和分析系统包括控制扫描器的功能的硬件和软件子系统。
95．如在权利要求92中所述的表面扫描器，其中扫描控制系统包括将在检查的表面上的数据点和所显示的图象对应的整体坐标系。
96．一种安装表面扫描器的方法，包括将第一轨道组件连接到待检查的表面上；通过由第一轨道组件支撑的真空吸盘产生真空压力，由此产生吸力以将真空吸盘连接到该表面上；将第一牵引组件连接到第一轨道组件；将第二轨道组件连接到待检查的表面上，并使第一轨道组件偏移第二轨道组件；通过由第二轨道组件支撑的真空吸盘产生真空压力，由此产生吸力以将真空吸盘连接到该表面上；将第二牵引组件连接到第二轨道组件；将第三轨道组件连接到第一轨道组件和第二轨道组件，使第三轨道组件跨越在第一轨道组件和第二轨道组件之间的间隔上。将第三牵引组件连接到第三轨道组件；和将推进器连接到第三牵引组件，其中推进器支撑着NDI探头。
97．如在权利要求97中所述的安装表面扫描器的方法，其中扫描器包括控制扫描器功能的外部数据采集和分析系统。
98．如在权利要求98中所述的安装表面扫描器的方法，其中数据采集和分析系统包括用于确定整体坐标系的软件，以将在所检查的表面上的点对应到在所扫描的图象上的相同点。
全文摘要
对复杂表面和结构进行无损检查的表面扫描器。扫描器包括两个柔性轨道,每个柔性轨道安装有马达驱动的牵引组件。刚性梁轨道跨越两个柔性轨道。通过铰接接头将刚性梁轨道连接到每个柔性轨道牵引组件,该铰接接头允许在连接处沿着至少三个独立轴运动。刚性梁支撑着第三机动化的牵引器。这种第三牵引器支撑着顺向推进器组件,推进器组件使用万向接头固定机械阻抗型、超声型和涡流型检查探头。扫描控制系统控制着扫描器的运动,该扫描控制系统包括控制扫描器在要检查的表面上的运动的硬件和软件。软件还包括允许操作者应用整体坐标系对要检查表面的扫描模式进行编程的指导模式,在该模式中将在表面上的点和应用相同的坐标系显示的数据对应起来。扫描器还包括控制扫描器的功能和操作的数据采集和分析系统。
文档编号G01N29/265GK1291285SQ99803031
公开日2001年4月11日 申请日期1999年2月15日 优先权日1998年2月17日
发明者D·K·马蒂, G·J·德斯坎特, S·M·克赖格 申请人:Ce核电力有限公司