專利名稱：用于超聲換能器的多部件式安裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于探頭殼體上或探頭殼體中的超聲換能器的安裝裝置，以及涉及用于借助于超聲對測試對象進行非破壞性檢查的一般的超聲測試裝置。
背景技術(shù)：
超聲檢查的原理是已知的。它用來發(fā)現(xiàn)鑄件缺陷或其它材料故障，諸如裂紋、凹穴、氣泡縫等等。具體而言，檢查棒材料的目的在于檢查內(nèi)部缺陷和審查表面缺陷，以及檢查尺寸。在這種情況下，超聲測試探頭包括至少一個發(fā)送器，該至少一個發(fā)送器能夠被電脈沖激勵，以產(chǎn)生短的超聲脈沖，超聲脈沖被弓I導(dǎo)到測試對象的待檢查的材料中。待檢查的材料中的任何缺陷，例如裂紋、凹穴等，會導(dǎo)致所關(guān)注的脈沖有回聲，回聲反射回探頭，并且由發(fā)送器接收，在這種情況下，發(fā)送器同時用作接收器；或者反射回聲也能由測試探頭的、設(shè)置在發(fā)送器附近的單獨的接收器接收。測量原始脈沖和回聲的返回脈沖之間的時延容許作出關(guān)于缺陷的濃度的結(jié)論?；芈晱姸热菰S顯示缺陷的大小，僅提及用于評估的這個可能性作為示例。此外，用空間解析進行缺陷確定也是可行的。具體而言，對缺陷確定的這個空間解析需要非常準確地定位產(chǎn)生超聲的換能器。通常，這樣的換能器，例如一個或多個壓電振蕩器(諸如壓電陶瓷元件)，設(shè)置在殼體中，殼體以各種方式設(shè)計而成，這取決于應(yīng)用的情況。殼體和超聲換能器(一個或多個)大體指的是超聲測試探頭。超聲換能器以這樣的方式設(shè)置在殼體中或殼體上，即，超聲換能器的超聲大體通過具有適當?shù)暮穸群吐曌杩沟鸟詈辖橘|(zhì)(諸如水)從換能器的發(fā)聲表面進入待檢查的測試對象。例如，提供水區(qū)域，并且將其保持在超聲換能器和待檢查的測試對象之間，例如管道或棒。對于此目的，若干種技術(shù)是已知的，諸如使用浸入技術(shù)的檢查、水坑(puddle)技術(shù)或利用引導(dǎo)的水射流。此外，還存在常常被稱為SPS的、具有測試對象通路的密封的水室。在測試對象進入密封的水室之后，測試對象密封室入口和出口。水室裝有水，以便實現(xiàn)測試探頭和測試對象之間的耦合。此外，旋轉(zhuǎn)式檢查裝置也是已知的。通過旋轉(zhuǎn)包括測試探頭的整個檢查室而產(chǎn)生穩(wěn)定的水套。將密封系統(tǒng)設(shè)置在入口和出口處會產(chǎn)生基本管狀的水套， 能通過該水套傳送測試對象。但是，超聲或超聲脈沖不僅以期望的方向而且以相反的方向發(fā)射。由于這個后側(cè)脈沖在邊界表面上反射，所以超聲換能器會接收不需要的超聲回聲，該超聲回聲在對超聲檢查生成圖像的情況下在圖像中引起干擾或噪聲。不會通過發(fā)聲表面離開的這個聲音因此必須被引導(dǎo)遠離超聲換能器，以及/或者盡可能被高效地吸收。為了實現(xiàn)這一點，將超聲換能器膠合到聲學阻尼材料上。這個所謂的背襯材料容許在壓電元件(一個或多個)的后側(cè)上發(fā)射的超聲波進入，通過吸收或擴散反射而將它們耦合出來，并且從而防止干擾。因而，適當?shù)谋骋r材料展示盡可能高的超聲吸收，以及在另一方面，具有適合于例如壓電陶瓷的超聲換能器材料的聲阻抗。為了實現(xiàn)測量的高空間解析，期望將換能器準確且可再現(xiàn)地布置或安裝在殼體中，以及如果可應(yīng)用的話，也將殼體準確且可再現(xiàn)地布置或安裝在檢查裝置上。例如，背襯材料滿足與工藝有關(guān)的要求是重要的，即經(jīng)受住熱工藝和機械制造工藝而沒有任何損壞。為了確保換能器的恰當功能，此外，例如對于背襯、壓電陶瓷、電路板、膠水等，必須確保成觸碰式接觸的材料的化學相容性，即所使用的材料對彼此不應(yīng)具有負面影響，既對穩(wěn)定性也對處理屬性不應(yīng)有負面影響；它們應(yīng)當展示例如尺寸穩(wěn)定性(即使在較高的溫度處)，并且導(dǎo)致利用所使用的膠水有牢固的粘結(jié)性結(jié)合。例如，已知的是提供由氧化鉛組成的、用于將換能器安裝在殼體上的單部件式安裝裝置，其中，鉛材料本應(yīng)進行以下兩者導(dǎo)致與殼體有機械連接，以及為背襯提供聲學阻尼屬性。由于其毒性的原因，使用氧化鉛是有問題的，并且部分地甚至在法律上受到禁止。此外，使用不牢固地交聯(lián)(cross-linked)的聚合物作為背襯材料也是已知的。但是,這樣的背襯材料在機械處理方面通常展示不足。在對粘合劑進行機械處理、固化和干燥的期間 出現(xiàn)較高溫度的情況下，在背襯材料中會發(fā)生以熱和/或機械的方式引起的應(yīng)力和變形。由于這缺乏機械處理的可能性，所以提供用于在局部將換能器固定在殼體中的特殊固定協(xié)助是可行的，諸如固定凹槽。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目標是提供一種用于超聲換能器的安裝裝置，一方面，該安裝裝置滿足需要的聲學要求，諸如對不需要的聲發(fā)射的阻尼和/或散射，以及另一方面，該安裝裝置還具有高的機械強度和良好的尺寸穩(wěn)定性。該目標由權(quán)利要求I的安裝裝置以及由從屬權(quán)利要求的超聲測試探頭或超聲測試裝置實現(xiàn)。必須注意，單獨在專利權(quán)利要求中引述的特征能以在技術(shù)上有意義的任何方式組合，并且能描繪本發(fā)明的其它實施例。描述具體而言連同附圖額外地表征和詳細說明了本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種用于超聲換能器的多部件式安裝裝置。要寬泛地理解用語超聲換能器，并且其包括例如單個壓電陶瓷超聲換能器(收發(fā)器)，以及能以相控方式受控制的成組的若干換能器(相控陣列)，諸如I. 2D相控陣列。此外，根據(jù)本發(fā)明的安裝系統(tǒng)還適于具有平的發(fā)聲表面的這樣的換能器，以及具有彎曲的發(fā)聲表面的這樣的換能器。根據(jù)本發(fā)明的安裝裝置的特征在于其由多個部件組成，即，至少用于安裝在超聲測試探頭的殼體上的較硬的第一部件，以及固持超聲換能器且至少與超聲換能器成觸碰式接觸的較軟的第二部件。根據(jù)本發(fā)明，第一部件比第二部件具有更大的硬度，具體而言具有更大的肖氏硬度、維氏硬度和/或洛氏硬度。要寬泛地理解用語“殼體”，而且它不需要全部或部分地封閉換能器的設(shè)計。例如，還包括板形設(shè)計。在機械上較硬的第一部件的特征主要在于即使在機械應(yīng)力下也有高形式的穩(wěn)定性，而根據(jù)本發(fā)明由第一塑料制造而成的第二部件主要承擔所謂的背襯的聲學任務(wù)，即，吸收和/或散射換能器的不需要的聲發(fā)射。根據(jù)本發(fā)明，第一部件和第二部件通過確切配合(positive fit)而連接。因而，第二部件的“在聲學上更活躍”但在機械上較不穩(wěn)定的材料由第一部件穩(wěn)定，由于第一部件的硬度的原因，第一部件為諸如機械加工的機械處理提供在確切位置上固持性地固定換能器所需的條件。通過確切配合而在兩個部件之間進行連接會提供穩(wěn)固的連接。此外，第二部件的塑料材料提供關(guān)于通常用來將壓電陶瓷安裝在第二部件上的粘合劑的特別良好的化學相容性。此外，第二部件的熱膨脹系數(shù)是所使用的壓電陶瓷的量級，使得避免相互連接部中的應(yīng)力。選擇一方面適于化學相容性而另一方面適于聲學要求的第一塑料是本領(lǐng)域技術(shù)人員的職責。優(yōu)選地，第一部件基本由金屬和/或陶瓷材料和/或第二塑料制造而成，第二塑料比第一塑料具有更大的硬度，具體而言具有更大的肖氏硬度。更優(yōu)選地，第一部件完全由金屬材料制成。根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，第二部件以這樣的方式構(gòu)造而成，S卩，當安裝裝置安裝在超聲測試探頭的殼體上時，第二部件與殼體不形成接觸區(qū)域，以便防止在殼體和第二部件之間有直接的聲學耦合。例如通過舌槽連接，能實現(xiàn)第一部件和第二部件之間的確切配合式連接。優(yōu)選地，在這種情況下，在第二部件上形成凹槽。
為了使第二部件實現(xiàn)有效的聲學阻尼和/或散射作用，第一部件以這樣的方式構(gòu)造而成，即，第一部件與超聲換能器不具有接觸區(qū)域。所使用的第一塑料為例如由硬質(zhì)塑料(duroplastic)構(gòu)成的模制材料。也稱為硬質(zhì)聚合物(duromers)的硬質(zhì)塑料材料是由可固化的樹脂制造而成的塑料。用硬質(zhì)塑料模制而成的材料為第二部件提供需要的尺寸穩(wěn)定性。優(yōu)選地，第一塑料優(yōu)選地包括至少一種環(huán)氧樹脂，更優(yōu)選地雙酚A環(huán)氧樹脂。例如，這是以商品名“Araldit CY 221”銷售的樹脂，已經(jīng)對其添加以商品名“Araldit 956”銷售的環(huán)氧樹脂作為硬化劑。第二部件的樹脂基質(zhì)能包含由具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的聚合物構(gòu)成的精細地分散的相。由于這個聚合物相，第二部件的阻尼屬性得到相當大的改進，同時保持良好的尺寸穩(wěn)定性。優(yōu)選地，對樹脂基質(zhì)添加在室溫處交聯(lián)的硅橡膠(RTV)。阻尼作用能歸因于聚合物相和硅橡膠的表面上的散射作用和反射，并且因此，能明確地調(diào)節(jié)聲學阻尼作用。因為除了樹脂基質(zhì)中的聚合物相或硅橡膠的比例和粒度之外，在樹脂基質(zhì)和聚合物相或橡膠之間的相互作用也確定阻尼作用的質(zhì)量。大體上，根據(jù)本發(fā)明的第二部件具有足夠的聲阻抗，S卩，適合于換能器材料的聲阻抗。阻抗有利地能由適當?shù)念w粒形材料調(diào)節(jié)，即與塑料相比具有高的密度的材料，優(yōu)選以相對于總材料的高達50體積％的比例將該材料添加到第二部件的材料中。密度優(yōu)選> 3. 5g/cm3,具體而目^ 5g/cm3的這個添加物優(yōu)選是無機填料，諸如二氧化鶴，特別優(yōu)選地二氧化二鉍Bi203。能使用的其它添加物為例如氧化鋁、鉛-鋯-鈦酸鹽。原則上，如果允許添加物導(dǎo)電的話，則能使用諸如銅、銀和鎢的金屬粉末來提高聲阻抗。為了避免沉淀，具體而言在粘性低的樹脂混合物的情況下，可添加本質(zhì)上已知的添加物，諸如高熱所產(chǎn)生的硅酸。優(yōu)選地，填料的顆粒分布具有這樣的D 50值，即，該D 50值在大約或剛好I U m至大約或剛好IOOiim的范圍中，優(yōu)選在大約或剛好IOiim至50 iim的范圍中，優(yōu)選在大約或剛好20 ii m至大約或剛好30 ii m的范圍中，例如為大約或剛好25 u m。優(yōu)選地,第二部件通過包覆式模制(overmold)在第一部件上而連接到第一部件上。例如，第一部件插入到成形模型的陰模中，并且部分地與第二部件的塑料材料進行包覆式模制。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，第一部件包括用于安裝第二部件的至少一個開口。因而在第一部件和第二部件之間實現(xiàn)特別耐用的連接。因而，具體而言，實現(xiàn)這樣的情況，即，盡管在塑料中形成破裂和/或裂紋，第一部件與第二部件也不發(fā)生分離。優(yōu)選地，第二部件和第一部件構(gòu)造成呈至少環(huán)節(jié)段形狀。例如，第一部件和第二部件以這樣的方式構(gòu)造而成，即由內(nèi)半徑限定的第一部件的內(nèi)部邊界表面在由外半徑限定的第二部件的外部邊界表面的附近。本發(fā)明進一步涉及一種超聲測試探頭，其包括前面描述的有利實施例中的一個中的至少一個超聲換能器、殼體和多部件式安裝裝置。如上面提到的那樣，要寬泛地理解用語超聲換能器，并且其包括例如單壓電陶瓷超聲換能器(收發(fā)器)，以及能以相控的方式控制的成組的若干換能器(相控陣列)，諸如I. 2D相控陣列。此外，根據(jù)本發(fā)明的安裝系統(tǒng)還適于具有平的發(fā)聲表面的這樣的換能器，以及具有彎曲的發(fā)聲表面的這樣的換能器。根 據(jù)本發(fā)明的安裝裝置的特征在于由多個部件組成，即，至少用于安裝在超聲測試探頭的殼體上的較硬的、特別優(yōu)選為金屬的第一部件，以及固持超聲換能器且與超聲換能器至少成觸碰式接觸的第二部件。要寬泛地理解用語“殼體”，并且其不需要全部或部分地封閉換能器的設(shè)計。例如，還包括板形設(shè)計的殼體。為了在局部以可靠且可再現(xiàn)的方式固定安裝裝置，并且從而固定超聲換能器，殼體和第一部件形成配合部，例如干涉配合部。例如，在殼體上提供導(dǎo)引銷，在意圖將安裝裝置安裝在殼體上的情況下，導(dǎo)引銷以確切配合的方式接合安裝裝置的第一部件的導(dǎo)引凹槽。通過機械加工將導(dǎo)引凹槽例如插入到第一部件的較硬的材料中。優(yōu)選地，換能器(一個或多個)限定面向待檢查的測試對象的彎曲的或平的發(fā)聲表面，并且第二部件優(yōu)選地設(shè)置在換能器或多個換能器的、與發(fā)聲表面相反的邊界表面附近。例如，換能器膠合到這個第二部件上。本發(fā)明進一步涉及用于對例如管道的測試對象進行超聲檢查的超聲測試裝置，其包括上面描述的實施例中的一個中的至少一個超聲測試探頭、評估單元和用于在該至少一個測試探頭和測試對象之間產(chǎn)生相對運動的器件。超聲測試裝置能包括用于在檢查步驟期間和檢查步驟之間中在測試探頭和測試對象之間產(chǎn)生相對運動的器件。根據(jù)本發(fā)明，能使用各種技術(shù)來在測試對象和測試探頭之間進行聲學耦合浸入技術(shù)、水坑技術(shù)或利用引導(dǎo)水射流。根據(jù)本發(fā)明，以下也是可行的常常被稱為SPS的、具有測試對象通路的密封的水室。在測試對象進入密封的水室之后，測試對象密封室入口和出口。水室裝有水，以便在測試探頭和測試對象之間實現(xiàn)耦合。此外，旋轉(zhuǎn)式檢查裝置也是已知的。通過旋轉(zhuǎn)包括測試探頭的整個檢查室來產(chǎn)生穩(wěn)定的水套。將密封系統(tǒng)設(shè)置在入口和出口處會產(chǎn)生基本管狀的水套，能通過該水套而傳送測試對象。


參照附圖更加詳細地闡明了本發(fā)明以及技術(shù)環(huán)境。必須注意，圖描繪了本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例，但本發(fā)明不限于此。圖示意性地顯示了 圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明的、具有管狀測試對象的測試探頭的示意圖；圖2顯示了沿著圖I的截線AA得到的截面圖3顯示了沿著圖I的截線BB得到的截面圖。
具體實施例方式圖I是根據(jù)本發(fā)明的測試探頭10的實施例的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的測試探頭10用來借助超聲對測試對象(在這種情況下，管道9)進行非破壞性檢查。半環(huán)形狀的超聲換能器5通過雙部件式安裝裝置I、2連接到殼體8上，僅部分地描繪了殼體8。半環(huán)形狀的超聲換能器5膠合到第二部件2上，第二部件2能夠良好吸收由于其彎曲形狀而在膠合期間需要的沿徑向起作用的接觸力。安裝裝置1、2包括通過確切配合而連接的兩個同心地設(shè)置的半環(huán)形狀的部件1、2 :外部金屬部件I和內(nèi)部部件2。內(nèi)部部件2由包括Araldit CY 221和Araldit HY 956作為硬化劑的環(huán)氧樹脂成分制造而成。環(huán)氧樹脂成分包括作為填料的氧化鉍粉末(D50 = 25i!m)以及玻璃纖維和在室溫處交聯(lián)的硅橡膠的研磨過的且篩過的混合物。重量比為60 12 500 30。通過將第一部件I插入到陰模和樹脂中來實現(xiàn)在第一部件I和第二部件2之間的確切配合式連接，在硬化之前，樹脂是可流動的，樹脂被引入到模子中，以便在硬化之后形成第二部件2。在該過程中，第二部件2封閉形成于第一部件I上的環(huán)形凸出部4，并且穿透形成于凸出部4中的開口 3。因而，部件I和部件2形成確切 的舌槽連接，其中，第一部件I的凸出部4嵌到第二部件2的凹槽中。在機械上可處理的第一部件I用來安裝在殼體8上，在這種情況下，僅部分地顯示了殼體8。殼體8上的安裝部包括形成于第一部件I上的凹槽6b的配合部，殼體上的凸出部6a閂鎖到凹槽6b中。因而實現(xiàn)了在局部將安裝裝置1、2以及從而換能器5可再現(xiàn)地固定在殼體8上。第二部件2以這樣的方式構(gòu)造而成，即，在將第一部件I安裝在殼體8上之后，第二部件2與殼體8形成間隙11，并且如圖2顯示的那樣不與殼體8形成接觸區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種用于超聲換能器(5)的多部件式安裝裝置(1，2)，至少包括用于安裝在超聲測試探頭的殼體(8)上的第一部件(I)，以及第二部件(2)，所述第二部件(2)固持所述超聲換能器，并且至少與所述超聲換能器(5)成觸碰式接觸，優(yōu)選成粘結(jié)性結(jié)合，其中，所述第二部件(2)由第一塑料制成，并且通過確切配合而連接到所述第一部件(I)，并且所述第一部件(I)比所述第二部件(2)具有更大的硬度，具體而言具有更大的肖氏硬度、維氏硬度和/或洛氏硬度。
2.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第一部件基本由金屬和/或陶瓷材料和/或第二塑料制成，所述第二塑料比所述第一塑料具有更大的硬度，具體而言具有更大的肖氏硬度。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第二部件(2)以這樣的方式構(gòu)造而成，即，當所述安裝裝置(1，2)安裝在所述超聲測試探頭的所述殼體(8)上時，所述第二部件(2)不與所述殼體(8)形成接觸區(qū)域。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述 第一部件(I)以這樣的方式構(gòu)造而成，即，所述第一部件(I)與所述超聲換能器(5)不具有接觸區(qū)域。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第一塑料包括環(huán)氧樹脂，優(yōu)選雙酚A環(huán)氧樹脂，例如以商品名Araldit CY 221銷售的樹脂。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第一塑料包括至少一種顆粒形填料。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述填料的顆粒分布具有這樣的D50值，即，所述D50值在大約或剛好I μ m至大約或剛好100 μ m的范圍中，優(yōu)選在大約或剛好ΙΟμπι至50μπι的范圍中，更優(yōu)選地在大約或剛好20μπι至大約或剛好30 μ m的范圍中，例如為大約或剛好25 μ m。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第二部件(2)通過包覆式模制在所述第一部件(I)上而連接到所述第一部件(I)上。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第一部件(I)包括用于安裝所述第二部件(2)的至少一個開口(3)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的多部件式安裝裝置(1，2)，其特征在于，所述第二部件(2)和所述第一部件(I)構(gòu)造成呈至少環(huán)節(jié)段形狀。
11.一種超聲測試探頭(10)，其包括根據(jù)權(quán)利要求I至10中的任一項所述的至少一個超聲換能器(5)、殼體(8)和多部件式安裝裝置(1，2)。
12.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的超聲測試探頭(10)，其特征在于，所述殼體(8)和所述第一部件(I)形成配合部^a，6b)，例如干涉配合部。
13.根據(jù)前兩項權(quán)利要求中的任一項所述的超聲測試探頭(10)，其特征在于，所述超聲測試探頭(10)包括收發(fā)器(5)或相控陣列。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求11至13中的任一項所述的超聲測試探頭(10)，其特征在于，所述換能器(一個或多個)(5)限定面向待檢查的測試對象(9)的彎曲的或平的發(fā)聲表面，并且所述第二部件(2)設(shè)置在所述換能器(5)或多個換能器的與所述發(fā)聲表面相反的邊界表面(7)附近，例如膠合到所述邊界表面(7)上。
15.一種用于對諸管道的測試對象進行超聲檢查的超聲測試裝置，包括根據(jù)前述權(quán)利要求11至14中的任一項所述的至少一個超聲測試探頭、評估單元，以及用于在所述至少一個測試探頭和所述測試對象之間產(chǎn)生相對運動的器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于超聲換能器的多部件式安裝裝置。本發(fā)明涉及一種用于超聲換能器(5)的多部件式安裝裝置(1，2)，其至少包括用于安裝在超聲測試探頭的殼體(8)上的第一部件(1)，以及第二部件(2)，該第二部件(2)固持超聲換能器，并且至少與超聲換能器(5)成觸碰式接觸，優(yōu)選成粘結(jié)性結(jié)合，其中，第二部件(2)由塑料制成，并且通過確切配合而連接到第一部件(1)上，并且第一部件(1)比第二部件(2)具有更大的硬度，具體而言具有更大的肖氏硬度、維氏硬度和/或洛氏硬度。
文檔編號G01N29/24GK102798670SQ20121017350
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者Y·奧伯德菲爾, J·迪爾謝德, J·齊爾斯, W·瓦科夫斯基, M·帕魯澤爾 申請人:Ge傳感與檢測技術(shù)有限公司