[发明专利]检测工件中的缺陷的设备、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测工件中的缺陷，尤其而非专有地涉及检测航空器(aircraft)的部件中的缺陷的设备、系统和方法。

背景技术

尤其在运输工业中的现代设计的趋势，是要求材料越来越轻，同时经受住由于诸如增加的载荷、更快的运行速度和更紧张的工作时间表的因素导致的更大的应力和应变。例如，在蒸汽机的全盛期，在20-30年寿命中它们平均会行进1/4百万英里，而通过高速火车牵引单元以更大的平均速度在一年中一般就行进这个距离。在航空工业中，更快的往返已经成为在低票价结构(fare structure)下经济运行的关键，同时安全性要求也不断增加。减小交通工具重量的要求已经导致复合材料并且尤其是层压(laminated)材料的更多使用，而之前已经开发用于金属部件的许多无损测试技术相当不适用于检测复合(composite)部件中的缺陷，并且由于复杂的测试技术，测试可能花费大量的时间段来设置。

发明内容

本发明描述许多实施例，这些实施例用于减轻一个或多个这些问题。

从一个方面，本发明在于用于检测工件中的缺陷的设备，包括：

(a)宽带换能器，用于接触工件；

(b)驱动电路，可连接到换能器而以致动器(actuator)模式运行换能器；

(c)信号输出电路，可连接成以传感器模式运行换能器；和

(d)控制部，将换能器选择性地连接到驱动电路或信号输出电路。

设备优选包括数据接口和既形成控制又形成接口的微处理器。可将微处理器链接到模数转换器、数模转换器、数据存储器、无线连接和通信链接中的至少一个。

驱动电路可包括用来分别生成频率为F₁和F₂的信号的一对振荡器和用来对信号F₁、F₂求和以便为换能器提供驱动信号的加法器。

本发明还可包括一种缺陷检测系统，该系统包括在中央计算机中如上所述的设备的阵列，中央计算机通过通信链路链接到每个设备的接口。

计算机被布置成生成由通信链路发送的控制信号，以命令各个设备的控制部用致动器或传感器模式运行相关的换能器。阵列可以具有用于延伸横跨工件的栅格(grid)的形式，在这种情况下计算机可用时间反演模式运行设备，并可通过确定最靠近时间反演缺陷生成信号(timereverse defect generated signal)的聚集(focus)的传感器的位置来确定时间反演缺陷生成信号的位置。

设备可被嵌入工件中。

系统可另外包括诸如窄带致动器的专用致动器。

系统可另外包括专用传感器。

系统可监视通过处于传感器模式的至少一个设备接收的信号，用于输出信号中的诸如三次谐波的一个或多个谐波，并可产生输出以响应于该检测。

系统另外可包括电子电路来监视信号频率并可产生输出以响应于该检测。

从另一方面，本发明包括一种用于检测缺陷的系统，该系统包括多个换能器和一个通信链路，每个换能器具有接口和用于将至少一些换能器配置为传感器或致动器的配置设备，通信链路将接口连接到中央计算机，由此计算机能够经由接口命令配置设备来配置它们各自的换能器。

从再一方面，本发明包括一种检测工件中的微小裂缝或分层(de-lamination)的方法，该方法包括：将声波或超声波脉冲输入到工件中；检测工件中的综合(resultant)信号；监视信号以检测诸如脉冲频率的三次谐波的谐波的出现并由此检测微小裂缝或分层的存在。

该方法还可包括监视信号以检测谐波的相对振幅中的后续变化，诸如三次谐波的减小或消失，并由此检测即将发生的到结构性故障的转变。

在又一方面中，本发明包括一种检测工件中缺陷的方法，该方法包括以各自的频率F₁和F₂将两个信号输入到工件中以在工件中生成变化，用宽带接收机在工件上另一个位置检测综合输出，并监视一个或多个综合谐波、泛音或边带以确定缺陷存在与否。

本发明的还一方面包括一种检测工件中缺陷的方法，该方法包括：

(a)将声波或超声波信号输入到工件中；

(b)用不同力振幅的碰撞单次或连续地撞击工件；

(c)检测工件中的信号的频率；和

监视作为信号振幅的函数的检测信号的频率移动；

其中监视的步骤包括通过锁相环馈给检测信号，锁相环包括将声波输入频率作为其输入信号的压控振荡器VCO，并从VCO控制电压确定频率移动。