低外形超聲波檢查掃描儀的製作方法

2023-04-30 16:09:56

專利名稱：低外形超聲波檢查掃描儀的製作方法
技術領域：
本公開涉及一種用於使用超聲波來檢測結構的裝置，並且特別涉及低外形裝置， 該低外形裝置用於使用超聲波在小間隙的空間中檢測結構。
背景技術：
用非破壞性試驗技術測試壓力零件和各種結構是一項艱巨的任務，特別是當測試焊縫時。例如，在固定的、有限量空間中具有多個部件的鍋爐系統也許難以精確檢查。通常， 操作者使用超聲波技術(UT)用手提式UT探測器手動掃描結構的待測區域，該UT探測器經過結構和焊縫傳遞信號(聲波)，並且接收反饋測量值作為掃描的結果。明顯地，這種手動過程對不精確性敏感，因為人類操作者在穿過結構時的精細運動技能不可能是完全穩定的或一致的，其轉化為不佳讀數(例如，未察覺的裂縫或壁老化、誤報以及其它這種誤差)。由於損傷和故障通常從這些部件的焊縫開始，所以周期性地檢查焊縫是重要的。 由於被檢查的部件是功能系統的一部分，所以最好檢查它們時不必移動部件或拆卸系統。通常使用的檢查裝置有手動地從一位置移動到另一位置的所使用的超聲波掃描儀。結果讀數被操作者做成圖表或其它形式來向操作者展示以指出缺陷的位置。傳遞可以快速地無幹擾地評估焊接部情況的探測器的掃描儀減少了預檢時間並且是有價值的。通用的機械掃描儀用於在各種成形的物體上檢查焊接點的情況。由於它們的通用性質，它們傾向於大而笨重。在蒸汽發生系統中，運送加壓蒸汽的通常為焊接的結構管。必須周期性地監視這些使用的焊接部。由於緊小的間隙，常規檢查裝置將不適用，並且不適應於這種形狀。因此，所需要的是低外形檢查裝置，該檢查裝置能適用於緊密空間以檢查需要頻繁檢查的部件的焊接部。
概述根據在此說明的方面，本文提供了一種超聲波探測器運載裝置，該超聲波探測器運載裝置包括檢查掃描儀(1000)，該檢查掃描儀(1000)具有比現有技術的設計較低的外形，用於發射和接收超聲波波束來檢查結構(10)的體積，包括至少一個導輪架(1100)；超聲波(US)陣列(1400)，該超聲波(US)陣列(1400)用於使用從所述導輪架 (1100)成角度發射的超聲波束來掃描所述結構(10)的所述體積，並且接收反射回陣列 (1400)的超聲波信號，陣(1400)列附連於導輪架(1100)且由導輪架(1100)支撐。輪(1140)，這些輪(1140)附連於導輪架(1100)，用於支撐導輪架(1100)，允許輪 (1140)沿所述結構(10)的表面向前或向後旋轉移動導輪架；編碼器(1250)，該編碼器(1250)用於監視輪(1140)的旋轉以及在所述結構(10) 上的位置，並且用於發射與所接收的超聲波信號相應的編碼器信號，使得每個所接收的超聲波信號與所述US陣(1400)在所述結構(10)上的位置等同。
發明目的
本發明的目的是提供特別適用於發電設備的超聲波檢查掃描儀。本發明的另一目的是提供可以從給定位置觀察焊接部的不同部分的超聲波檢查掃描儀和探測系統。本發明的另一目的是提供可攜式的超聲波檢查掃描儀。本發明的另一目的是提供特別設計用於檢查具有不同直徑的彎曲表面的焊接部的超聲波檢查掃描儀。本發明的另一目的是提供特別設計用於檢查平面焊接部的超聲波檢查掃描儀。


現參考附圖，其為示例性實施方式，並在其中用相似的附圖標號標記相似的元件圖1是本發明使用的圖像幾何學的圖解；圖2是根據本發明的一個實施方式的低外形超聲波檢查裝置的透視圖；圖3是圖2的檢查掃描儀的實施方式的後部的局部剖開立面圖；圖4是圖2和圖3的檢查掃描儀的實施方式的側立面圖；圖5是從上方看的圖2、圖3和圖4的檢查掃描儀的實施方式的俯視圖。
具體實施例方式提供了超聲波檢查系統(「系統」)，該系統用於提供管道和對其之間具有受限的或有限空間的管道接縫處的無損檢測。該系統包括超聲波探頭運載器和焊接部，該超聲波探頭運載器具有能夠使該系統進入管道和具有有限空間或受限的焊縫部的低外形。理論由於來自鏽或腐蝕的惡化或由於不恰當的初始裝配，金屬結構中的薄弱環節可以是由作用在結構上的重複機械力的結果引起的。這特別應用於易有初始缺陷的金屬結構的焊接點。這些弱點可最終導致部件的失靈。在高壓部件的例子中，失靈可導致災難性的後^ ο檢查和監視可以在這些薄弱環節導致問題之前識別它們。一旦薄弱的部件被確定，則它們可在有安全問題和/或附加的破壞之前被替換。一個具體的應用將是對渦輪機機殼的閉合焊接。使用常規工具監視這個關鍵焊接部是非常困難的、費時的以及不精確的。由於這是關鍵的焊接部和渦輪機機殼，並且承受相當大的力，它必須經常被檢查。 如上文所述，難以將常規檢查裝置用於這個特定的幾何形狀和狹窄的空間。當這些渦輪機沒有維護機能時，會有相當大的損失生產成本。例如，如果渦輪機正用來產生用於公共事業公司的電力，則公共事業公司將必須在其渦輪機殼的維護期間從高壓電廠買電力。從高壓電廠購買的電力比渦輪機產生的電力昂貴很多，並且在長期維護周期可以變得十分昂貴。因此，特別製造用於精確且快速檢測渦輪機管道焊接部的裝置將導致公共事業公司的顯著成本節約。相似的焊接部存在於許多渦輪機，並且許多具有相似的形狀。這些全都承受相當大的操作力，並且每個都需要頻繁的檢查。因此，設計用於在狹窄空間中有效且精確檢測焊接部的低外形檢查裝置對檢查這些渦輪機的人來說將是非常有價值的。有許多必須進行周期性檢查的關鍵的焊接部。一些這樣的焊接部位於幾乎沒有開放空間的擁擠的位置中。非常難以使用常規檢查裝置進行檢查，由於它們尺寸且還有它們獲取圖像的方法。鑑於許多這些現有技術的裝置在裝置下方直接進行檢查，所以它們不合適，並且不可以使用。成角度的波束本發明特別適用於在擁擠和狹窄位置中檢測焊縫。這通過使用低外形設計、具有可調探測器以及具有檢查與其隔離開的體積的能力來實現。使用從裝置成角度發射的光束來獲取檢查數據。該裝置使用成角度的內反射幾何學來獲取其數據。因此，裝置不需要在要檢查部分的直上方，而僅與其相鄰。這極大地便利了在緊密空間中的採集數據。圖1示出在本發明中使用的成角度的波束幾何學。將由從US陣列1400發出的箭頭示出的超聲波(us)波束從US陣列1400的多個發射機1410進行發射。US陣1400使用定相陣技術，使得US波束的方向可通過改變發射機1410的相關發射功率進行改變。為了簡單起見，這在圖1中示出為多個從單個發射機1410來的單個波束。US波束穿過結構10到第一界面15。該界面是結構的內表面和內部空間。該界面可為反射US波束的金屬/氣體或金屬/液體邊界。然後，大多數US波束經過金屬焊接部 13到第二界面17。第二界面在結構10的外表面與結構10上方的空間之間。部分入射US波束碰到物體19，該物體19可為焊接部的間隙或具有與純金屬顯著不同的超聲波電導率的其它材料。如由標記為「A」的箭頭表示的，部分US波束被反射。這些反射US線束反射離開界面15並且回到US陣1400的接收機1450。圖像重構US波束由在US陣列1400中的接收機1450接收，然後發送到控制器用於處理。該控制器先前已用所分析的結構10的幾何形狀進行更新。其收集從接收機1450來的反射US 信號，並且重構結構10內部物體的圖像。由於固體金屬和其它較小密集的物體之間的界面產生圖像，氣泡、腐蝕以及其它特徵可易在所重構的圖像中被識別。該圖像重構可由已知的常規圖像方法實現。圖2是根據本發明的一個實施方式的檢查掃描儀1000的透視圖。這使用了低外形。當其用於實現緊密位置中的檢查時，較小的更好。然而，檢查裝置必須足夠大以易於操作。大多數渦輪機閉合焊接部具有約為3英寸的要檢查的區域間隙。因此，具有小於3英寸的外形的裝置將是有用的。導輪架組1100、1200滾動在圖3的輪上(1140、1M0)。導輪架組1100、1200由探頭支架組1110連接。探頭支架組1110具有滑道1111和1211，滑道1111和1211分別滑入導輪架組 1100、1200 的滑道狹槽 1112、1212。至少一個鎖鈕1130可被上緊以將滑道1211固定到在與導輪架組1200相對可調位置處的探頭支架。與導輪架組1100 —起的相似配置在此圖中沒有示出。使用可選的制動按鈕1610以停止輪(圖3的1M0)，以將裝置保持在其當前位置。探頭支架組1110運載US陣列1400。US陣列1400是超聲換能器的相位陣，其能夠基於其換能器(圖1的1410)的每個相關功率指定超聲波波束向不同的角度。這允許US 波束經過要檢查的結構10的體積進行掃描。US陣列1400還具有接收所反射的US信號的接收機(圖1的1450)。掃描方法允許貫穿其體積到其遠表面的結構的徹底檢查。這將不僅檢測結構10 的體積內的缺陷，還將檢測接近表面的腐蝕。由US陣列1400接收的信號經過信號電纜1570到處理裝置，該處理裝置從所感測的信號重構圖像。圖3是圖2的檢查掃描儀的實施方式的後部的部分剖開立面圖。在此可以看出導輪架組1100、1200在結構10的表面上輪上滾動1140、1M0。結構10為金屬結構，其具有要檢查的焊接部13。優選地，輪1140、1240可被磁化，以在檢查焊接部13時將導輪架組1100、1200保
持到結構10。或者，可有在檢查掃描儀1000上使用的磁裝置1300。在另一替代性的實施方式中，用戶可易於將本發明保持到結構10來檢查焊接部13。US陣列1400由探頭支架臂1115運載。探頭支架臂是探頭支架組1110的一部分。 探頭支架臂1115允許US陣列1400下降並且沿結構10的外表面滑動。探頭支架組1110具有滑道1111、1211，滑道1111、1211分別沿滑道狹槽1112、 1212滑動以允許US陣列1400延伸到檢查掃描儀1000的中央的一側。一旦定位，則鎖鈕 1230 (可為螺釘)被上緊，以擠靠滑道1211的側夾持墊1233，以確定導輪架組1200相對於探頭支架組1110和US陣列1400的位置。鎖鈕1130實現相對於導輪架組1100的相同功能。制動按鈕1610操作制動，該制動停止輪1M0，導致檢查掃描儀1000在啟動時保持在結構10上的當前位置。圖4是當從後方看的圖2和圖3的檢查掃描儀的實施方式的立面圖。障礙物21 使常規檢查裝置難以檢查結構10上的焊接部13。通常，常規檢查裝置顯著地高於本發明。 同樣，由於現有技術裝置將其檢查波束向下瞄準，所以現有技術裝置必須在要檢查部分的上方。現有技術裝置也沒有使用一個可調節的結構，以允許其換能器比運載裝置向待測區域移至更近。可以看到本發明的低外形(低高度)設計是如何在障礙物21下方安裝的。此外， 在圖中顯示出延伸US陣列1400朝向焊接部13。鎖鈕1230在擰入時靠著滑道1211夾緊， 以將陣1400保持在給定位置。同樣，如由標記為「B」的箭頭所示的，US陣1400將其波束以向外成角度的方向直接朝向焊接部13發射。這進一步將本發明能夠達到的地方延伸到狹窄空間內。示出制動部件1600，該制動部件1600壓住輪1M0，以在啟動制動按鈕1610時將檢查掃描儀1000固定在位。圖5是當從上方看的圖2、圖3和圖4的檢查掃描儀的實施方式的平面圖。圖5示出由一對探頭支架臂1115運載的US陣列1400。這些被樞連在支座樞紐1117處，附連於探頭支架組1110。彈簧1119推動US陣列1400，以使US陣列1400與結構10接觸。在該實施方式中，允許探頭支架組1110相對於導輪架組1100、1200以垂直於輪 1140、1240滾動裝置的方向進行滑動。在該圖中，探頭支架組1110延伸到導輪架組1100的左側。這允許US陣列1400延伸到更小、更狹窄的空間中。同樣，由於US陣列1400的傳輸幾何學，US波束甚至直接進一步到達US陣列1400的左邊，進一步到達狹窄空間內。在另一使用中，檢查掃描儀可安裝到要掃描的位置內，然而，用戶不能物理延伸他們的手臂到該位置內以達到檢查掃描儀1000。在這種情況下，另一實施方式將是有用的。 如果檢查掃描儀1000具有輪馬達(圖3中以剖視圖示出為1143)，其可以附連於結構10， 然後自身環繞結構的輪由磁性輪1140、1240保持住。所有將需要用來控制輪馬達的將是可能通過無線電線路從由用戶操作的控制器傳輸到輪馬達的信號。同樣，另一替代性實施方式將包括滑動馬達(在圖4中以虛位示出為1215)。滑動馬達1215將在滑道1211上操作以延伸或收進探頭支架組(圖5的1010)和US陣1400。 滑動馬達可通過由用戶操作的控制器的無線電線路控制。儘管已相對於它的示例性實施方式描述和說明了本發明，但本領域的技術人員應該理解的是可在其中作出上述的以及各種其它改動、省略和附加，而不脫離本發明的精神和範圍。因此，其它實施方式落入隨後的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種具有比現有技術的設計較低外形的檢查掃描儀(1000)，用於發送和接收超聲波波束來檢查結構(10)的體積，包括至少一個導輪架(1100)；超聲波(us)陣列(1400)，所述超聲波陣列(1400)適用於使用從所述導輪架(1100)成角度發射的超聲波波束掃描所述結構(10)的所述體積，並且接收反射回所述陣列(1400) 的超聲波信號，所述陣列(1400)附連於所述導輪架(1100)且由所述導輪架(1100)支撐；輪(1140)，輪(1140)附連於所述導輪架(1100)，用於支撐所述導輪架(1100)，允許所述輪(1140)沿所述結構(10)的表面向前或向後旋轉移動所述導輪架；編碼器(1250)，所述編碼器(1250)適用於監視所述輪(1140)的旋轉以及在所述結構 (10)上的位置，並且適用於發送相應於所接收的超聲波信號的編碼器信號，使得每個所接收的超聲波信號與所述US陣列(1400)在所述結構(10)上的位置等同。
2.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，還包括探頭支架組(1100)，所述探頭支架組(1100)是可調的，用於支撐所述US陣列(1400)，所述探頭支架組(1100)是可移動以將所述US陣(1400)不需要移動所述導輪架(1100)地延伸到不同位置，由此調整要檢查的結構(10)的體積。
3.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，其中，所述輪(1140)被磁化，以將所述檢查掃描儀(1000)保持到所述結構(10)。
4.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，還包括磁裝置(1300)，以將所述檢查掃描儀(1000)保持到所述結構(10)。
5.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，其中，所述US陣列(1400)具有多個發射機(1410)，所述多個發射機(1410)適用於各自發射可調量的超聲波功率，以將所述超聲波波束對準期望的方向來掃描焊接部(13)。
6.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，其中所述檢查掃描儀具有3英寸的最大高度。
7.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，還包括輪馬達(1143)，所述輪馬達 (1143)耦連到所述輪(1140)，用於在從遙控器接收信號時對所述輪(1140)進行操作移動所述檢查掃描儀(1000)。
8.根據權利要求1所述的檢查掃描儀(1000)，還包括滑動馬達(1215)，所述滑動馬達(121 耦連到所述探頭支架組件(1110)，促使其在從遙控器接收信號時將所述US陣列 (1400)定位在不同的位置。
9.一種具有比現有技術的掃描儀較低外形的檢查掃描儀(1000)，用於檢測結構(10) 的體積，包括前導輪架(1100)；後導輪架(1200)；探頭支架組件(1110)，所述探頭支架組件(1110)具有一對沿其側延伸的滑道(1111、 1211)，每個滑道(1111,1211)分別由所述前導輪架(1100)和所述後導輪架(1200)的滑道狹槽(1112、121幻容納，所述探頭支架組允許相對於所述導輪架(1100、1200)進行滑動；超聲波(US)陣列(1400)，所述超聲波(US)陣列(1400)用於使用從所述探測器支架組 (1110)成角度發射的超聲波波束掃描所述結構(10)的所述體積；輪(1140、1240)，所述輪(1140、1240)附連於所述導輪架(1100、1200)，允許所述導輪架(1100、1200)沿所述結構(10)向前或向後旋轉移動所述檢查掃描儀(1000)；編碼器(1250)，所述編碼器(1250)用於監視所述輪(1140、1240)的旋轉和在所述結構(10)上的位置，並且用於發射相應於所接收的超聲波信號的編碼器信號，使得每個所接收的超聲波信號與所述US陣(1400)在所述結構(10)上的位置等同。
10.根據權利要求9所述的檢查掃描儀(1000)，其中所述檢查掃描儀具有3英寸的最大高度。
11.根據權利要求9所述的檢查掃描儀(1000)，其中，所述US陣列(1400)樞連於所述探頭支架組件(1110)，並且由推動裝置靠著所述結構(10)進行推動。
12.根據權利要求11所述的檢查掃描儀(1000)，其中，所述推動裝置是彈簧(1119)。
13.根據權利要求9所述的檢查掃描儀(1000)，還包括輪馬達(1143)，所述輪馬達 (1143)耦連到所述輪(1140、1240)，在從遙控器接收到信號時，操作所述輪(1140，1M0)來移動所述檢查掃描儀(1000)。
14.根據權利要求9所述的檢查掃描儀(1000)，還包括滑動馬達(1215)，所述滑動馬達(121 耦連到所述探測器支架組(1110)，促使其將所述US陣列(1400)在從遙控器接收到信號時定位到不同的位置。
15.根據權利要求9所述的檢查掃描儀(1000)，其中，所述US陣列(1400)具有多個發射機(1410)，所述多個發射機(1410)用於各自發射可調量的超聲波功率，以向期望的方向對準所述超聲波波束來掃描所述結構(10)的所述體積。
全文摘要
本發明描述了一種檢查掃描儀(1000)，該檢查掃描儀(1000)具有低外形結構設計，用來安裝到緊密空間內以及檢測諸如焊接點(13)的結構(10)。導輪架組(1100、1200)裝配一具有超聲波(US)陣列(1400)的探頭支架組件(1110)，該超聲波(US)陣列(1400)發射US波束穿過結構(10)，並且接收所反射的聲波。延伸探頭支架組件(1110)，並且使US波束成角度地向外發射以在緊密位置中進行檢查。導輪架組(1100、1200)運行在輪(1140、1240)上，輪驅動編碼器(1250)。編碼器(1250)為所接收的聲波提供相對於焊接部的特定位置。這些位置和所接收的聲波用於重構信號，以表現結構(10)內部缺陷。輪(1140、1240)可為磁性的，以將其保持在被檢測的結構(10)。可使用制動系統(1600)將檢查掃描儀(1000)保持在指定的位置。
文檔編號G01N29/265GK102341700SQ201080010550
公開日2012年2月1日 申請日期2010年1月14日 優先權日2009年3月5日
發明者雅克·L·布裡尼亞克 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司