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超聲波檢測(cè)方法和超聲波分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波檢測(cè)方法和超聲波分析方法。具體而言，公開(kāi)了一種超聲波檢測(cè)方法。該方法包括提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)。相控陣波穿過(guò)回轉(zhuǎn)體從發(fā)射相控陣裝置發(fā)射至接收相控陣裝置，從而獲得關(guān)于回轉(zhuǎn)體的超聲波檢測(cè)信息。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括：將發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置定位在渦輪轉(zhuǎn)子的外周上；將相控陣波發(fā)射到渦輪轉(zhuǎn)子中，相控陣波不反射出反射特征；調(diào)整發(fā)射相控陣裝置在渦輪轉(zhuǎn)子的外周上的定位；和將相控陣波發(fā)射到渦輪轉(zhuǎn)子中，相控陣波反射出反射特征。反射的相控陣波由接收相控陣裝置接收。
【專利說(shuō)明】超聲波檢測(cè)方法和超聲波分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非破壞性測(cè)試方法。更具體而言，本發(fā)明涉及超聲波檢測(cè)和分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]較大且復(fù)雜的物體(諸如，實(shí)心蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子)的檢查可能很困難。此類檢查對(duì)于識(shí)別特征(諸如粗糙度、空隙、瑕疵、疲勞材料、裂縫和/或材料變化)很重要。在大型物體中，非破壞技術(shù)基于物體的尺寸、基于物體的復(fù)雜性和/或基于物體的材料而受限。不能識(shí)別此類特征可導(dǎo)致延長(zhǎng)的修理周期、有限的操作有效性和/或系統(tǒng)故障。
[0003]一些商業(yè)檢查系統(tǒng)可用于提供大型物體的檢查。已知的超聲波技術(shù)使用單探頭途徑，限制了在單次通過(guò)中可檢查的材料體積。例如，一種已知的技術(shù)(脈沖回波)限于在單次通過(guò)中覆蓋較小體積的圓柱形實(shí)心轉(zhuǎn)子材料。
[0004]為了以非破壞方式實(shí)現(xiàn)此類檢查，超聲波系統(tǒng)可以以較高費(fèi)用整體結(jié)合到物體中，可需要復(fù)雜和/或重復(fù)的分析，可需要先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制和/或復(fù)雜的探頭定位控制和它們的組合，從而導(dǎo)致高成本。
[0005]在本領(lǐng)域中，不存在以上缺陷中的一個(gè)或更多個(gè)的超聲波檢測(cè)方法和超聲波分析方法將是合乎需要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波檢測(cè)方法包括提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)。相控陣波或射束穿過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子從發(fā)射相控陣裝置發(fā)射至接收相控陣裝置，從而獲得關(guān)于渦輪轉(zhuǎn)子的超聲波檢測(cè)信息。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波檢測(cè)方法包括:提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)；將發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置定位在渦輪轉(zhuǎn)子的外周上；將相控陣波或射束從發(fā)射相控陣裝置發(fā)射至渦輪轉(zhuǎn)子中，相控陣波或射束不反射出反射特征；調(diào)整發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置在渦輪轉(zhuǎn)子的外周上的定位；和將相控陣波或射束從發(fā)射相控陣裝置發(fā)射至渦輪轉(zhuǎn)子中，相控陣波或射束反射出發(fā)射特征。反射的相控陣波或射束由接收相控陣裝置接收到。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波分析方法包括:檢測(cè)回轉(zhuǎn)體內(nèi)的反射特征；提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波分析系統(tǒng)；圍繞反射特征以預(yù)定構(gòu)造定位多個(gè)發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置；將相控陣波或射束從多個(gè)發(fā)射相控陣裝置發(fā)射到回轉(zhuǎn)體中；將相控陣波或射束反射出回轉(zhuǎn)體內(nèi)的反射特征；和在多個(gè)接收相控陣裝置處接收相控陣波或射束，從而獲得關(guān)于反射特征的超聲波信息。
[0009]一種超聲波檢測(cè)方法，包括:提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)；和穿過(guò)回轉(zhuǎn)體從發(fā)射相控陣裝置到接收相控陣裝置發(fā)射和接收相控陣波，從而獲得關(guān)于回轉(zhuǎn)體的超聲波檢測(cè)信息。
[0010]優(yōu)選地，回轉(zhuǎn)體選自由通過(guò)整體鍛造制成的物件構(gòu)成的集合，諸如渦輪轉(zhuǎn)子、實(shí)心蒸汽轉(zhuǎn)子的軸、渦輪轉(zhuǎn)子輪下方的部分、和葉片附件。
[0011]優(yōu)選地，發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置形成相控陣裝置的布置。
[0012]優(yōu)選地，該方法還包括相控陣裝置的多個(gè)布置。
[0013]優(yōu)選地，相控陣裝置的各個(gè)布置從不同位置獲得超聲波檢測(cè)信息。
[0014]優(yōu)選地，發(fā)射相控陣裝置相對(duì)于接收相控陣裝置定位，以生成穿過(guò)回轉(zhuǎn)體的預(yù)定體積的場(chǎng)。
[0015]優(yōu)選地，發(fā)射和接收相控陣裝置的定位是自動(dòng)的。
[0016]優(yōu)選地，該方法還包括分析之前檢測(cè)到的反射特征。
[0017]優(yōu)選地，該方法還包括檢測(cè)回轉(zhuǎn)體內(nèi)的反射特征的存在。
[0018]優(yōu)選地，反射特征包括從由空隙、瑕疵、疲勞材料、裂縫和腐蝕構(gòu)成的集合中選擇的缺陷。
[0019]優(yōu)選地，反射特征扭曲相控陣波。
[0020]優(yōu)選地，相控陣波通過(guò)從由尺寸、相對(duì)于入射聲波的定向、形態(tài)和聲程傳播構(gòu)成的清單中選擇的反射特征的參數(shù)來(lái)扭曲。
[0021]優(yōu)選地，各個(gè)參數(shù)以可識(shí)別的方式扭曲相控陣波。
[0022]優(yōu)選地，發(fā)射相控陣裝置以預(yù)定發(fā)射角度發(fā)出相控陣波。
[0023]優(yōu)選地，該方法還包括調(diào)整發(fā)射角度。
[0024]優(yōu)選地，相控陣波被傾斜。
[0025]優(yōu)選地，發(fā)射相控陣裝置具有預(yù)定操作頻率。
[0026]優(yōu)選地，發(fā)射和接收相控陣裝置還包括多個(gè)換能器。
[0027]—種超聲波檢測(cè)方法，包括:提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)；將發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置定位在渦輪轉(zhuǎn)子的外周上；將相控陣波從發(fā)射相控陣裝置發(fā)射到渦輪轉(zhuǎn)子中，相控陣波不反射出反射特征；調(diào)整發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置在渦輪轉(zhuǎn)子的外周上的定位；和將相控陣波從發(fā)射相控陣裝置發(fā)射至渦輪轉(zhuǎn)子中，相控陣波反射出反射特征；其中，該反射的相控陣波由接收相控陣裝置接收。
[0028]一種超聲波分析方法，包括:檢測(cè)回轉(zhuǎn)體內(nèi)的反射特征；提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波分析系統(tǒng)；圍繞反射特征以預(yù)定構(gòu)造定位多個(gè)發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置；將相控陣波從該多個(gè)發(fā)射相控陣裝置發(fā)射到回轉(zhuǎn)體中；將相控陣波反射出回轉(zhuǎn)體內(nèi)的反射特征；和在該多個(gè)接收相控陣裝置處接收相控陣波，從而獲得關(guān)于反射特征的超聲波信息。
[0029]從結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的以下更詳細(xì)的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是清楚的，附圖通過(guò)舉例的方式示出本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的透視圖，其中通過(guò)根據(jù)本公開(kāi)的超聲波檢測(cè)方法的實(shí)施例分析物體內(nèi)的第一位置處的反射特征。
[0031]圖2為超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的透視圖，其中通過(guò)根據(jù)本公開(kāi)的超聲波檢測(cè)方法的實(shí)施例分析物體內(nèi)的第二位置處的反射特征。
[0032]只要可能，則相同的參考標(biāo)號(hào)將在所有附圖中用于表示相同的零件。

【具體實(shí)施方式】
[0033]提供了一種示范超聲波檢測(cè)方法。相比于未使用本文公開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)特征的方法，本公開(kāi)的實(shí)施例:允許較大的實(shí)心或大致實(shí)心的物體中的特征的非破壞性分析，減少或消除了修理和/或檢查周期，以投捕(pitch-catch)方式使用兩個(gè)或更多個(gè)探頭，避免探頭整體結(jié)合到大型本體中，或它們的組合。
[0034]圖1和2示出了用于執(zhí)行超聲波檢測(cè)方法的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)100的實(shí)施例。系統(tǒng)100包括相對(duì)于待測(cè)量的回轉(zhuǎn)體106布置的兩個(gè)或更多個(gè)超聲波相控陣裝置112?；剞D(zhuǎn)體106可圍繞中心線旋轉(zhuǎn)，且為任何適合的物體，包括但不限于由整體鍛造制成的物體，諸如渦輪轉(zhuǎn)子、實(shí)心蒸汽轉(zhuǎn)子的軸、渦輪轉(zhuǎn)子輪下方的部分，或葉片附件。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)體106具有大于大約3噸、大約3噸和大約150噸之間、大約3噸和大約50噸之間、大約50噸和大約100噸之間、大約100和至大約150噸之間、大約50噸、大約100噸、大約150噸或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，特征被加工到軸表面中。該特征形成用于相控陣裝置112的區(qū)域，以用于定位和/或裝固。
[0036]相控陣裝置112構(gòu)造成用于發(fā)射和/或接收超聲波相控陣波或射束115。相控陣裝置112組合在布置中，各個(gè)布置包括發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射相控陣裝置120相對(duì)于接收相控陣裝置130定位，以生成穿過(guò)回轉(zhuǎn)體106的預(yù)定體積的場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，布置位于回轉(zhuǎn)體106的外周上，且構(gòu)造成將超聲波相控陣波或射束115從發(fā)射相控陣裝置120發(fā)射至接收相控陣裝置130，從而獲得關(guān)于回轉(zhuǎn)體106的超聲波檢測(cè)信息。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，相控陣裝置112的定位調(diào)整為通過(guò)超聲波相控陣波或射束115提供期望程度的詢問(wèn)(interrogat1n)。在另一個(gè)實(shí)施例中,相控陣裝置112的定位為自動(dòng)的，以通過(guò)超聲波相控陣波或射束115提供期望程度的詢問(wèn)。在一個(gè)實(shí)施例中，相控陣裝置112大致為平面的。相控陣裝置112具有多個(gè)子元件、預(yù)定操作頻率(例如，包括但不限于大約IMHz和大約1MHz之間)，或它們的組合,子元件為換能器(transducer)(例如,4個(gè)子元件、8個(gè)子元件、16個(gè)子元件、32個(gè)子元件、64個(gè)子元件或128個(gè)子元件)。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，相控陣波或射束115行進(jìn)穿過(guò)回轉(zhuǎn)體106的區(qū)域以確定反射特征114的存在或不存在。在不存在相控陣波或射束115的路徑內(nèi)的反射特征114的情況下，相控陣波或射束115不反射。在存在相控陣波或射束115的路徑內(nèi)的反射特征的情況下，相控陣波或射束115被反射且/或折射或以其它方式改變。反射特征114為回轉(zhuǎn)體106內(nèi)的間斷，該間斷包括但不限于空隙、瑕疵、疲勞材料、裂縫、腐蝕、另一材料差異，或它們的組合。在不存在反射特征114的情況下，布置(包括發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130)沿回轉(zhuǎn)體106的軸向長(zhǎng)度104逐漸地移動(dòng)，以檢測(cè)回轉(zhuǎn)體106中的反射特征114的存在。在另一個(gè)實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)體106為靜止的，且布置圍繞回轉(zhuǎn)體106沿周向移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)體106圍繞中心線110沿軸向旋轉(zhuǎn)，以每分鐘大約I圈和大約2圈之間、每分鐘大約0.5圈和大約1.5圈之間、每分鐘大約0.5圈和大約I圈之間、每分鐘大約I圈和大約1.5圈之間，每分鐘大約1.5圈和大約2圈之間，或任何適合的組合、子組合、范圍或子范圍。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100用于驗(yàn)證和/或分析通過(guò)布置(包括發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130)的增量移動(dòng)檢測(cè)到和/或通過(guò)其它方法(諸如脈沖回波)發(fā)現(xiàn)的反射特征114。系統(tǒng)100相對(duì)于與反射特征114對(duì)應(yīng)的位置定位，且相控陣波或射束115獲得關(guān)于回轉(zhuǎn)體106內(nèi)的反射特征114的超聲波檢測(cè)信息。在一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自發(fā)射相控陣裝置120的相控陣波或射束115接觸反射特征114，反射特征114扭曲相控陣波或射束115。相控陣波或射束115通過(guò)反射特征114的參數(shù)來(lái)扭曲，諸如但不限于尺寸、相對(duì)于入射聲波或射束的定向、形態(tài)、聲程傳播(sound path travel)和它們的適當(dāng)組合。
[0040]由接收相控陣裝置130接收到的相控陣波或射束115的分析提供了與反射特征114的存在和/或參數(shù)相關(guān)的信息。獲得的信息的特征在于反射特征114的形態(tài)，形態(tài)包括但不限于尺寸、形狀、定向、幾何和材料方面，或它們的組合。相控陣裝置112在回轉(zhuǎn)體106的外周上的重定位獲得了來(lái)自相同反射特征114的各種視角的響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于反射特征114的超聲波檢測(cè)信息包括但不限于位置、定向、尺寸、檢測(cè)的反射特征114的確實(shí)性和它們的組合。
[0041]發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130大體上定位成相對(duì)于彼此和/或回轉(zhuǎn)體106成角度。發(fā)射相控陣裝置120以預(yù)定的發(fā)射角度來(lái)發(fā)出相控陣波或射束115。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定發(fā)射角度為可調(diào)整的。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130的角度不同。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130的角度相同或大致相同。
[0042]用于接收相控陣裝置130和/或發(fā)射相控陣裝置120的適合的發(fā)射角度包括但不限于相對(duì)于中心線110的平行線布置在大約O度和大約90度之間、大約I度和大約89度之間、大約O度和大約80度之間、大約O度和大約70度之間、大約10度和大約80度之間、大約10度和大約60度之間、大約45度和大約80度之間、大約30度和大約60度之間、大約30度和大約45度之間、大約45度和大約60度之間、大約10度、大約30度、大約45度、大約60度、大約80度，或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。
[0043]例如，參看圖1，相控陣裝置112位于第一位置102。在第一位置102，相控陣波或射束115以第一發(fā)射角度117離開(kāi)發(fā)射相控陣裝置120，且反射出反射特征114，從而形成第一反射角度119。參看圖2，相控陣裝置112位于第二位置202。在第二位置202，相控陣波或射束115以第二發(fā)射角度217離開(kāi)發(fā)射相控陣裝置120，且反射出反射裝置114，從而形成第二反射角度219。在一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)射角度117與第二發(fā)射角度217相同，且形成與第二反射角度219不同的第一反射角度119。在一個(gè)實(shí)施例中，第一發(fā)射角度117與第二發(fā)射角度217不同，且形成與第二反射角219不同的第一反射角119。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，相控陣波或射束115傾斜以獲得來(lái)自但不限于不能夠由相控陣裝置112直接接近的區(qū)域的數(shù)據(jù)。傾斜相控陣波或射束115包括旋轉(zhuǎn)相控陣波或射束115，從而繞表面法線離開(kāi)發(fā)射相控陣裝置120。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括多個(gè)布置(布置中的各個(gè)包括發(fā)射相控陣裝置120和接收相控陣裝置130)。布置位于回轉(zhuǎn)體106上的多個(gè)位置，布置的接收相控陣裝置130從不同的視角獲得超聲波檢測(cè)信息。來(lái)自布置的超聲波檢測(cè)信息相對(duì)于各種信號(hào)屬性組合和分析，從而提供與回轉(zhuǎn)體106內(nèi)的反射特征114相關(guān)的改善的準(zhǔn)確度。
[0046]盡管已經(jīng)參照各種優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，可制作出各種變化，且等同物可替代其元件，而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可制作出許多改型，以使特定情形或材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)，而不脫離本發(fā)明的基本范圍。因此，期望本發(fā)明不限于作為用于執(zhí)行本發(fā)明而構(gòu)想出的最佳實(shí)施方式公開(kāi)的特定實(shí)施例，相反，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波檢測(cè)方法,包括: 提供具有發(fā)射相控陣裝置和接收相控陣裝置的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)；和穿過(guò)回轉(zhuǎn)體從所述發(fā)射相控陣裝置到所述接收相控陣裝置發(fā)射和接收相控陣波，從而獲得關(guān)于所述回轉(zhuǎn)體的超聲波檢測(cè)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)體選自由通過(guò)整體鍛造制成的物件構(gòu)成的集合，諸如渦輪轉(zhuǎn)子、實(shí)心蒸汽轉(zhuǎn)子的軸、渦輪轉(zhuǎn)子輪下方的部分、和葉片附件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射相控陣裝置和所述接收相控陣裝置形成相控陣裝置的布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括相控陣裝置的多個(gè)布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，相控陣裝置的各個(gè)布置從不同位置獲得所述超聲波檢測(cè)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射相控陣裝置相對(duì)于所述接收相控陣裝置定位，以生成穿過(guò)所述回轉(zhuǎn)體的預(yù)定體積的場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射和接收相控陣裝置的定位是自動(dòng)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括分析之前檢測(cè)到的反射特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括檢測(cè)所述回轉(zhuǎn)體內(nèi)的反射特征的存在。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述反射特征包括從由空隙、瑕疵、疲勞材料、裂縫和腐蝕構(gòu)成的集合中選擇的缺陷。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104165926SQ201410207248
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月17日
【發(fā)明者】M.C.弗雷達(dá), F.A.里德 申請(qǐng)人:通用電氣公司