[发明专利]测量探针

说明书

本发明描述一种超声探针(40；56；200；330；464；546；600；620；700；802)，其包括用于发射和接收超声的变换器(92；210；248；260)。该探针还包含耦合元件(42；104；208；270；462；548；622；702)，例如自润滑或水凝胶材料的球面球(208；270；462；548)，用于接触和声学地耦合到待检查物件(62；218；272；450)。该超声探针(40；56；200；330；464；546；600；620；700；802)还包含分析仪，其被布置以分析由该变换器(92；210；248；260)接收的超声信号且借此确定该耦合元件(42；104；208；270；462；548；622；702)与物件(62；218；272；450)的表面之间是否存在接触。该探针可因此用于物件的内部(超声)检查以及测量该物件的表面上的点的位置。该探针可以是可安装到坐标测量机(50)或其它可移动平台(800、810)。

本发明涉及超声检查设备，且尤其是涉及一种可获得物件的超声和表面接触测量结果的超声探针。

已知的是，测量所制造物件的尺寸以确保其符合容差。在高价值的组件(例如航空涡轮机叶片)的情况下，可使用安装在CMM上的表面接触探针以亚微米准确性测量物件的外部形状。US5189806和WO2009/024783中描述用于使用装备有表面接触(例如扫描)探针的CMM测量物件的表面上的多个点的位置的技术的实例。

除表面测量结果之外，常常需要测量物件的内部特征。举例来说，涡轮机叶片通常为中空的以使其能够既重量轻又坚固地用于极端温度和压力下的操作。这些中空涡轮机叶片的内部检查通常使用超声检查来进行。通常依赖于耦合剂材料(例如耦合凝胶或液体)到零件的局部应用的超声厚度计量探针是已知的。这些探针倾向于为手持型且当放置成接触正被检查物件的表面上的点时提供厚度测量结果。先前已描述超声探针可如何安装到CMM的套管轴。举例来说，US2009/0178482描述安装到CMM的套管轴的超声探针。US2009/0178482还描述CMM可如何可互换地分别使用超声探针和标准表面接触探针用于内部和外部(表面位置)测量。

根据本发明的第一方面，提供一种超声探针，其包括；

变换器，其用于发射和接收超声，以及

耦合元件，其用于接触和声学地耦合到待检查物件，

其中该超声探针包括分析仪，该分析仪被布置以分析由变换器接收的超声信号且借此确定耦合元件与物件的表面之间是否存在接触。

本发明因此涉及一种包含用于发射和接收超声的变换器的超声探针。该超声变换器可例如包括脉冲回波超声变换器，该脉冲回波超声变换器包含用于发射高频率时间离散纵向波形(下文中被称为“L-波”)的压电元件。该超声探针还包含被设计以接触和声学地耦合待检查物件的耦合元件(例如亲水性球面或如下文所描述的其它尖端)。还提供分析仪以分析由变换器接收的超声信号(例如在激发脉冲之后传回的回波)，且使用所接收信号来确立耦合元件与物件表面之间是否存在接触。本发明的超声探针在安装到坐标定位设备时特别有利，因为其准许测量物件的表面上的点的位置。

本发明因此提供一种超声探针，其不仅允许测量物件的内部特征(例如厚度)，而且允许确定何时探针接触物件或移动成脱离与物件的接触。这允许探针用于厚度和表面位置测量两者。换句话说，本发明的超声探针不需要使用单独的表面接触(例如触摸触发)测量探针与超声探针结合。本发明的超声探针可执行内部和外部任务两者，借此增加零件检查的速度。

变换器可被配置以在任何合适的模式中操作。超声探针可以高频率操作。举例来说，操作频率可大于5MHz、大于10MHz或更优选地大于15MHZ。在优选实施例中，操作频率大约为20MHz。可包括压电元件的变换器优选地激发纵向声波(L-波)。有利的是，变换器被布置以周期性地发射激发脉冲且随后接收传回的超声信号(即，脉冲回波模式操作)。每一激发脉冲之后所接收的超声信号的振幅接着可作为时间的函数而被测量以提供振幅扫描(又称为A-扫描)。多个此类扫描可视需要组合和平均。分析仪可依据相继A-扫描中的差异而确定耦合元件与物件之间是否存在接触。