具有机械从动件的超声探头保持器的制作方法

具有机械从动件的超声探头保持器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年2月1日提交的名称为“ultrasonic probe holder with mechanical follower”的美国临时专利申请63/144,130号的权益，该美国临时专利申请的全文以引用方式并入。


背景技术：

3.非破坏性测试(ndt)是一类可用于在不引起损坏的情况下检查目标的特性以确保被检查的目标的特性满足所需规格的分析技术。ndt在采用不易于从其周围环境(例如，管道或焊缝)移除的结构或者其中故障将是灾难性的行业中是有用的。出于该原因，ndt可用于许多行业，诸如部件制造、航空航天、发电、油气输送或精炼。
4.超声检查是一种类型的非破坏性测试技术。超声探头可包括发射超声信号(声波)的一个或多个换能器，该超声信号在流体介质(例如油、水等)内行进到待检查目标。由所发送的超声信号在被检查目标的边界(例如，目标的外表面、目标内的缺陷等)处的反射产生的超声回波随后可由超声换能器检测并测量。可随后以多种方式分析超声回波的所测量的属性诸如振幅和飞行时间，以提供关于目标几何形状(例如厚度)、所检查部件内的缺陷(例如位置、大小、形状等)等的信息。


技术实现要素：

5.在一些情况下，当目标浸没在流体耦合剂中时，可执行超声检查，这被称为浸没式超声检查。用于检查柱形目标114(例如，圆棒、坯料等)的示例性现有浸入式超声测试系统100的示意图在图1a中示出。笛卡尔坐标系(例如，x轴、y轴和z轴)被进一步示出以供参考。
6.系统100包括槽102、超声探头保持器组件104和部件支撑件，例如用于支撑目标114(例如圆棒或坯料)的一对辊108。槽102通常是矩形的，在相对的第一端部102a与第二端部102b之间在纵向(例如，x方向)上延伸，并且被构造成容纳液体耦合剂106。超声探头保持器组件104包括安装在外壳112内的至少一个超声探头110，该外壳被构造成竖直地(例如，上下)致动。在要检查目标114的不同区域或区的情况下，超声探头保持器组件104可包括在纵向上(例如，沿x轴)彼此间隔开的多个超声探头110。如图所示，超声探头保持器组件104包括被标记为1-5的五个超声探头110。外壳112还可安装到槽102滑动组件(未示出)，该滑动组件被构造成使超声探头保持器组件104沿槽102的长度水平地平移。该对辊108可定位在槽102内并且在槽102的宽度方向上彼此间隔开(例如，在y方向上间隔开)。该对辊108还被构造成围绕相应的纵向轴线(例如，沿x方向延伸的轴线)旋转。
7.在操作中，目标114被放置在辊108上，并且槽102填充有液体耦合剂106，使得目标114被浸入其中。辊108的旋转也使目标114旋转。如图1b中进一步示出的，外壳112沿目标的长度水平地平移到期望的位置，并且竖直地平移以使外壳112的底表面与目标114接触。如此定位，超声探头保持器组件104的重量由目标114支撑。外壳112还可包括致动器(未示出)，该致动器被构造成独立于外壳112竖直地移动超声探头110。该移动将发射超声信号的
相应感测表面置于目标114附近。测量和分析从超声探头110发射的超声信号以及从目标114反射回到超声探头110的所得超声回波。然而，现有超声检查系统诸如超声检查系统100具有局限性，该局限性可能是有问题的。
8.在一个方面，超声检查系统100可在不执行超声检查的目标114的端部处表现出盲区116。例如，参考图1b，可以观察到，在超声测试期间，外壳112的第一端部112a和第二端部112b与目标114接触，以便稳定多个超声探头110。当超声探头保持器组件104靠近目标114的末端114t时，末端114t与从最靠近末端114t的超声探头发射的超声束110b的位置之间的距离被称为盲区116。可以理解，盲区116可存在于目标114的任一末端114t处，并且是不期望的，因为目标114的这些部分不经受超声检查。
9.为了减小盲区116的尺寸(长度)，当前导超声探头(例如，超声探头1)位于目标114的末端114t下方时，可竖直地(在z方向上)移动超声探头保持器组件104以接触目标114。该场景在图1c中示出。然而，由于此类移动的结果，仅外壳112的一端(例如，第二端部112b)将接触目标114并由该目标支撑。外壳112的第一端部112a仍然不受支撑，并且由于超声探头保持器组件104的重量，导致超声探头保持器组件104不期望的旋转r。如图所示，旋转发生在逆时针方向上。可以理解，类似的旋转将在目标的相对末端114t'处在顺时针方向上发生。
10.在另一方面，现有超声检查系统100可在测试期间损坏目标114。如上所述，外壳112的第一端部112a和第二端部112b在检查期间被放置成与目标114接触，以稳定超声探头110相对于目标114的位置。然而，考虑到超声探头保持器组件104的重量，该接触可导致外壳112刮擦目标114的表面，这在非破坏性测试中显然是不期望的。
11.在另一方面，可能期望定位超声探头110，使得超声信号垂直入射在目标114的表面上。这样，在不改变光束方向的情况下在目标114的表面处发生透射和反射。在其它入射角下，当分析所测量的超声回波时，需要考虑模式转换(超声波运动性质的变化)和反射(超声波传播方向的变化)。然而，即使在超声探头110最初被对准以提供超声信号与目标114表面的垂直入射的情况下，目标114表面的轮廓中的不规则也可能干扰此类对准。也就是说，现有的超声测试系统100可能缺少对目标114表面的轮廓中的不规则进行补偿以保持垂直入射的机构。
12.在另外的方面，可能期望相对于目标114的表面控制超声信号的焦点或聚焦区域。超声信号的焦点或聚焦区域表示超声信号的表现出最大振幅的部分，并且通常定位在目标114的待检查的部分处，以便使所分析的超声回波的信噪比最大化。当目标114的直径改变时，将聚焦区域置于相对于目标114的期望位置处(例如，在目标表面114s处、在目标表面之下的预定深度处)的超声探头110的位置可改变。
13.然而，可以理解，可能需要超声检查系统110对具有各种不同直径的目标114执行检查。然而，现有的超声检查系统100可能缺乏通过相对于每个坐标轴的粗略和精细平移和/或旋转来调整相应超声探头110的能力(例如，在y-z平面中倾斜、在x-z平面中倾斜、围绕z轴旋转、沿z轴平移)。因此，可能难以确保由超声探头110发射的超声束相对于目标114取向，以便与目标表面114s和期望的焦深垂直入射。
14.在一个实施方案中，提供了一种超声探头保持器。超声探头保持器可包括探头保持器框架、弧板、从动板和多个接触件。探头保持器框架可具有大致平面的主体和延伸穿过
其中的至少一个孔。至少一个孔中的孔沿向下方向开口并且限定探头保持器框架的开口下端。弧板可定位在孔内并且在相对的弯曲横向边缘之间延伸。弧板可联接到探头保持器框架。弧板的横向边缘可被约束在探头保持器框架的平面中。从动板可安装到弧板的下端并且可包括从弧板的平面中的竖直轴线横向向外延伸的臂。多个接触件可滑动地安装到从动板的臂并且在竖直方向上延伸。弧板还可被构造成响应于多个接触件中的一个或多个接触件的竖直移动而相对于探头保持器框架枢转。
15.在一个实施方案中，弧板可通过一个或多个弹簧安装到探头保持器框架。
16.在一个实施方案中，超声探头保持器还可包括在孔的相对横向边缘之间延伸的横杆和安装到横杆并且在弧板的平面外的方向上延伸的至少一个第一销。当弧板不枢转时，弧板的下端可接触至少一个第一销。
17.在一个实施方案中，超声探头保持器还可包括至少一个第二销，该至少一个第二销被定位成与弧板的横向边缘相邻，并且被构造成调节抵抗弧板的枢转的摩擦阻力。
18.在一个实施方案中，接触件可包括接触件本体和定位在接触件的末端处的接触件尖端。
19.在一个实施方案中，接触件尖端可包括球窝。
20.在一个实施方案中，提供了一种超声探头保持器，并且该超声探头保持器可包括超声探头保持器、控制器、致动器和探头安装件。控制器可包括至少一个处理器。致动器可联接到探头保持器框架，并且其可被构造成响应于从控制器接收的命令而在竖直方向上移动。探头安装件可包括水平延伸的第一部分。探头安装件的第一部分的前向表面可联接到致动器。
21.在一个实施方案中，超声探头保持器组件还可包括安装到横杆并与控制器电连通的限位开关。限位开关可被构造成在致动器使探头保持器框架向下移动期间响应于弧板的向上移动而将限位开关信号传输至控制器。控制器可被构造成响应于接收到限位开关信号而命令致动器停止向下移动。
22.在一个实施方案中，超声探头保持器组件还可包括安装到弧板并在水平方向上延伸的一个或多个导轨、可滑动地安装到一个或多个导轨的万向架和安装到万向架的超声探头。万向架可被构造成使超声探头相对于探头保持器框架旋转，并使超声探头相对于探头保持器框架竖直地平移。
23.在一个实施方案中，万向架还可包括在下端与上端之间延伸的竖直延伸轴和围绕该轴设置并彼此竖直偏移的多个水平延伸板。多个板可包括刚性地联接到轴的底板、上板和竖直地定位在底板与上板之间的中间板。万向架还可包括可滑动安装件，该可滑动安装件联接到底板并且包括多个孔，这些孔被构造成接收导轨中的对应导轨。超声探头可联接到轴的下端。
24.在一个实施方案中，万向架还可包括第一夹具、第二夹具和第三可调节杆。第一夹具可围绕轴设置在第一竖直位置处，并且被构造成当闭合时在轴上施加第一夹紧力。第二夹具可围绕轴设置在第二竖直位置处，并且被构造成当闭合时在轴上施加大于第一夹紧力的第二夹紧力。第三可调节杆可联接到第一夹具，并且被构造成竖直地致动以相对于轴竖直地移动多个板。
25.在一个实施方案中，万向架还可包括在水平方向上延伸并连接底板和中间板的第
一枢轴、联接到底板和中间板的第四可调节杆、和定位在底板与中间板之间的第一对万向弹簧。第一对万向弹簧中的第一万向弹簧可定位在第一枢轴的一侧上，并且第一对万向弹簧中的第二万向弹簧可定位在第一枢轴的与第一对万向弹簧中的第一万向弹簧相对的一侧上。第四可调节杆可在竖直方向上被致动以使得中间板围绕第一枢轴旋转。
26.在另一个实施方案中，当第一夹具和第二夹具闭合时，中间板围绕第一枢轴的旋转可引起超声探头围绕第一枢轴的对应旋转。第一对万向弹簧可抵抗围绕第一枢轴的旋转，使得中间板和超声探头的旋转位置在没有第四可调节杆的致动的情况下近似恒定。
27.在一个实施方案中，万向架还可包括：第二枢轴，该第二枢轴在与水平方向和竖直方向正交的方向上延伸，并且连接中间板和上板；第五可调节杆，该第五可调节杆联接到中间板和上板；和第二对万向弹簧，该第二对万向弹簧定位在中间板与上板之间。第二对万向弹簧中的第一万向弹簧可定位在第二枢轴的一侧上，并且第二对万向弹簧中的第二万向弹簧可定位在第二枢轴的与第二对万向弹簧中的第一万向弹簧相对的一侧上。第五可调节杆可在竖直方向上被致动以使得上板围绕第二枢轴旋转。
28.在另一个实施方案中，当第一夹具和第二夹具闭合时，上板围绕第二枢轴的旋转可引起超声探头围绕第二枢轴的对应旋转。第二对万向弹簧可抵抗围绕第二枢轴的旋转，使得上板和超声探头的旋转位置在没有第五可调节杆的致动的情况下近似恒定。
29.在另一个实施方案中，提供了一种超声测试系统，并且该超声测试系统可包括超声探头保持器组件、被构造成容纳液体耦合剂的槽、以及被构造成相对于槽水平地移动并且联接到探头安装件的第一部分的后向表面的滑动组件。
30.在一个实施方案中，超声测试系统还可包括安装到滑动组件的多个超声探头保持器组件、被定位成与多个超声探头保持器中的前导超声探头保持器相邻的探头安装件的竖直延伸的第二部分、以及安装到探头安装件的第二部分的下端并与控制器通信的接近传感器。接近传感器可被构造成在检测到与其相邻的目标的末端时向控制器发送一个或多个接近信号。
31.在另一实施方案中，控制器可被构造成接收目标信息，该目标信息包括目标朝向多个超声探头的行进速率和接近传感器与多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件的接触件之间的距离。控制器还可被构造成基于接收到的目标信息和一个或多个接近信号来确定目标的末端竖直地位于多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件的接触件下方的估计时间。控制器可另外被构造成命令多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件的致动器在基于估计时间的时间处朝向目标竖直向下移动多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件。
附图说明
32.根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
33.图1a是示出现有超声测试系统的一个示例性实施方案的横截面侧视图的示意图，该现有超声测试系统包括浸没槽、超声探头保持器组件和定位在槽内的目标；
34.图1b是图1a的超声测试系统的示意图，其示出了超声探头保持器组件的向下致动以及超声测试组件的外壳的两端与目标的接触；
35.图1c是图1a的超声测试系统的示意图，其示出了超声探头保持器组件的向下致动
以及超声测试组件的外壳的单个端部与目标的接触以及所导致的超声探头保持器组件的旋转r；
36.图2a是示出改进的超声探头保持器组件的一个示例性实施方案的等距视图的图示，该超声探头保持器组件包括探头安装件、探头保持器、控制器、致动器和万向架；
37.图2b是示出图2a的改进的超声探头保持器组件的前视图的图示；
38.图3是示出图2a的改进的超声探头保持器组件的侧视图的图，其更详细地示出了探头保持器；
39.图4a是示出探头保持器与具有第一直径的圆棒形式的目标的接合的图示；
40.图4b是示出探头保持器与具有比第一直径大的第二直径的圆棒形式的目标的接合的图示；
41.图5a是示出图2a至图2c的万向架的等距视图的图示；
42.图5b是示出图2a至图2c的万向架的侧视图的图示；
43.图5c是示出图2a至图2c的万向架的正视图的图示；
44.图6a是图3的一部分的剖视图，其更详细地示出了弧板；
45.图6b是图2a的改进的超声探头保持器组件的一部分的另一视图，示出了限位开关；
46.图7a是示出图2b的超声探头保持器组件的前视图的图示，该超声探头保持器组件包括联接到探头安装件的传感器，该传感器被构造成检测目标的末端；并且
47.图7b是示出超声探头保持器组件的正视图的图示，其示出了超声探头保持器响应于检测到目标的末端边缘而致动。
具体实施方式
48.超声测试通常在目标诸如圆棒上执行，以测量目标特征(例如，尺寸)和/或识别可能难以从外表面检测到的内部缺陷的存在。然而，适用于测试圆棒的现有超声测试系统可表现出若干不期望的缺陷。在一个方面，现有的超声测试系统可能在测试期间接触目标，并且由于这些超声测试系统相对较重，因此该接触导致对目标表面的损坏。在另一方面，现有的超声系统可在不能执行测试的棒的端部处表现出相对较长的“盲区”。在另一方面，现有的超声系统可能很难遵循棒的轮廓线轨迹的变化。因此，提供了解决这些缺陷的改进的超声测试系统和相应的使用方法。
49.如下文所详细讨论的，改进的超声测试系统可包括超声探头保持器组件，其具有安装到万向架的超声探头，万向架可安装到与弧板附接的从动板，并且弧板被弹簧安装到探头保持器。万向架可允许超声探头相对于目标平移和旋转。弧板和随动板可被构造成旋转，以便补偿目标轮廓的变化，从而保持从超声探头发射的超声信号的垂直入射。将弧板和随动板弹簧安装到探头外壳框架可以减小当超声探头保持器组件接触目标时施加到目标的重量。
50.本文讨论了用于浸入测试的超声探头组件和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可无限制地与其他超声测试构造一起使用。
51.图2a至图2b是示出改进的超声探头保持器组件204的等距视图和正视图的示意图。超声探头保持器组件204可用于替换上文在浸入式超声测试系统100的上下文中所讨论
的超声探头保持器组件104。如图所示，超声探头保持器组件204包括探头安装件206、探头保持器210、控制器212、致动器214和万向架224。如下面更详细讨论的，超声探头222可安装到万向架224。
52.探头安装件206包括第一部分206a和第二部分206b。第一部分206a通常是平面的并且水平(例如，x方向)延伸。第一部分206a的后向表面可联接到滑动组件，以将超声探头保持器组件204固定到槽102。致动器214可联接到第一部分206a的前向表面。第二部分206b通常是平面的并且竖直(例如，在z方向上)延伸。如下面更详细讨论的，传感器208可安装到探头安装件206的第二部分206b，以用于检测目标114的末端114t、114t'。
53.探头保持器210包括探头保持器框架216、弧板220、从动板226和多个接触件230。致动器214与控制器212电连通，并且联接到探头安装件206的第一部分206a(例如，前向表面)和探头保持器框架216。致动器214还被构造成响应于从控制器212接收的命令而上下(例如，在z方向上竖直地)致动。探头保持器框架216的顶表面可安装到致动器214，而弧板220可旋转地或可枢转地安装在探头保持器框架216的孔内。
54.弧板220可包括安装在前向表面和/或后向表面上(例如，在x方向上)的一个或多个导轨228。超声探头222可经由万向架224安装到从动板226。万向架224可安装在导轨228上。从动板226联接到弧板220的下端，并且接触件从从动板226向下延伸。在导轨仅安装在弧板的前向表面或后向表面中的一者上的构造中，可采用单个超声探头。另选地，在存在两个导轨的构造中，一个导轨安装在弧板的前向表面和后向表面中的每一者上，可采用两个超声探头，一个超声探头安装到导轨中的每个导轨。
55.如下文更详细讨论的，万向架224可用于相对于探头保持器框架216并因此也相对于目标114移动其所附接的超声探头222。例如，超声探头222的y位置(水平位置)可通过沿导轨228的移动来调整，而超声探头222的z位置(竖直位置)可独立于y位置来进一步调整。万向架224还可被构造成允许绕x轴、y轴和/或z轴旋转以及在z方向上平移。这样，超声探头222的感测面可相对于目标114的表面平移和/或旋转，以提供所发射的超声信号与目标114的表面的近似垂直入射。
56.在操作中，滑动组件将超声探头保持器组件204移动到相对于目标114的期望位置，并且目标114通过辊108旋转。致动器214向下移动相应的探头保持器210，使得接触件230接触目标114的外表面。当弧板220可旋转地安装到探头保持器框架216时，弧板可在平面内(例如，y-z平面)旋转以适应目标114表面的轮廓中的任何不规则。如下面进一步讨论的，弧板220可弹簧安装到探头保持器框架216，以便减小施加到目标114的超声探头保持器组件204的重量。该构造防止探头保持器210与目标114接触而损伤目标114。
57.图3是示出图2a的超声探头保持器组件的侧视图的图示，更详细地示出了探头保持器210。如图所示，致动器214包括活塞300、连杆302、一对导轨304、引导块306和调节机构310。
58.连杆302的上表面与活塞300连接，并且连杆302的侧表面与引导块306连接。引导块306包括被构造成与导轨304接合的大致矩形的第一部分306a和被构造成将引导块306的第一部分306a联接到调节机构310的在z方向上延伸的大致矩形的第二部分306b。
59.活塞300可以是气动装置，该气动装置被构造成响应于来自控制器312的命令而在大致平行于超声探头保持器组件204的竖直轴线a的上下方向(例如，z方向)上致动。当被致
动时，引导块306的第一部分306a被导轨304约束以在竖直方向上移动。调节机构310还被构造成允许探头保持器框架216以相对于竖直轴线a的预定角度旋转和保持。当引导块306联接到探头保持器框架216时，活塞300和引导块306的运动引起探头保持器框架216和与其附接的部件(例如，弧板220、至少一个超声探头222和对应的万向架224、从动板226和多个接触件230)的对应的竖直运动。该构造提供了超声探头222相对于目标114的表面的大规模竖直移动和旋转。
60.探头保持器框架216包括大致平面的主体，该主体具有穿过其(例如，穿过x方向上的厚度)形成的多个孔。可提供多个孔中的一个或多个第一孔312a，以从探头保持器框架216移除预定量的材料，从而减轻重量。如图所示，第一孔312a可与探头保持器框架216的上端相邻。第二孔312b可形成于第一孔312a下方，并且其尺寸被设定为在其中接收弧板220。如图所示，第二孔312b可包括上边缘314a和相对的侧边缘314b、314c。第二孔312b可在向下方向上开口(例如，与上边缘314a相对)。即，第二孔312b可限定探头保持器框架216的开口下端。
61.弧板220位于第二孔312b内。如图所示，一对弹簧316将弧板220联接到探头保持器框架216。例如，弹簧316弹簧316可联接到探头保持器框架216和与第二孔312b的上边缘相邻的弧板220。即，弧板220由弹簧316支撑在第二孔312b内。这样，弹簧316用于抵抗向下的重力，从而当接触件230接触目标114的外表面时减小由弧板220和与其附接的部件(例如，超声探头222和对应的万向架224、从动板226和接触件230)所施加的重量。虽然在图3中示出了两个弹簧316，但是可以理解，超声探头保持器组件的替代实施方案可以根据需要包括更多或更少的弹簧。可以通过改变弹簧316的长度来调节由超声探头保持器组件204施加的净重。
62.探头保持器还可包括在第二孔312b的相对的第一侧边缘314b和第二侧边边缘314c之间延伸的横杆318。一个或多个销318p可安装到横杆318，从而在弧板220的平面外的方向上延伸。如此配置，当弧板220不旋转(不枢转)时，弧板220的下端可接触一个或多个销318p，从而支撑弧板220和与弧板220附接的部件(例如，至少一个超声探头222和对应的万向架224、从动板226和多个接触件230)的重量。
63.从动板226的上端可安装到弧板220的下端。从动板226可包括在弧板220的平面中(例如，在y-z平面中)从竖直轴线a横向向外延伸的臂330。臂330可包括相应的狭槽322，接触件230可滑动地安装到该狭槽。如此安装，接触件在竖直方向(例如，x方向)上延伸。作为示例，接触件230可包括接触件主体230b和定位在接触件230的末端处以用于接合(例如，处于探头保持器210的最低点处的)目标114的接触件尖端230t。接触件尖端230t可以是球窝。接触件尖端230t的球窝构造可最小化接触件230与目标114的表面之间的接触面积和摩擦。
64.如下面更详细讨论的，弧板220能够可枢转地安装到探头保持器框架216，从而允许弧板220在目标114的表面表现出不规则轮廓时旋转。不规则轮廓可以是与目标表面的标称位置(例如，半径)相比更靠近探头保持器框架216(例如，突出部)或更远离探头保持器框架(例如，凹陷部)的目标表面的一部分。当遇到不规则轮廓时，接触件230和从动板226可竖直移动，从而导致弧板220枢转。有利地，弧板220枢转的能力允许探头保持器适应接触件230和从动板226的竖直移动，并且保持超声探头222的感测表面与目标114的表面之间的距离近似恒定。这样，当目标114的表面表现出不规则轮廓时，可保持超声信号与目标114的表
面的垂直入射以及超声信号的聚焦区域相对于目标114的表面的相对位置。
65.图4a至图4b是示出接触件230分别与具有第一直径和大于第一直径的第二直径的圆棒形式的目标114的接合的图示。接触件230到随动板226的可滑动安装构造允许接触件230在狭槽322内移动，从而改变相应接触件尖端230t之间的分离距离以适应具有不同直径的目标114。
66.一个或多个导轨228可安装到弧板220并且在y方向上大致水平地延伸。万向架224可滑动地安装在导轨上，用于支撑和调整万向架224的水平位置。万向架224在图5a至图5c中更详细地示出。图5a至图5c分别呈现万向架224的等距视图、侧视图(面向x方向)和正视图(面向y方向)。万向架包括轴500，多个水平延伸的板(例如，底板502、中间板504和上板506)围绕该轴设置并且彼此竖直偏移。中间板504位于底板502与上板506之间。超声探头222联接到轴500的下端。
67.底板502刚性地联接到轴500和可滑动安装件508。可滑动安装件508包括多个孔，这些孔被构造成接收导轨228中的对应导轨。万向架224由可滑动安装件508支撑在导轨228上。
68.万向架224还可包括第一夹具510a、第二夹具510b(例如，套筒夹具)、第一可调节杆512a、第二可调节杆512b和第三可调节杆512c。例如，可调节杆512a、512b、512c可以是固定螺钉。第一夹具510a可围绕轴500设置在第一竖直位置处(例如，竖直地位于上板506上方)，并且被构造成根据第一可调节杆512a的致动而打开和关闭。第二夹具510b可围绕轴500设置在第二竖直位置处(例如，插入上板506内)，并且被构造成根据第二可调节杆512b的致动而打开和关闭。
69.在某些实施方案中，第一夹具510a可被构造为在闭合时在轴500上施加第一夹持力。第二夹具510b可被构造成当闭合时在轴500上施加第二夹紧力。第二夹紧力可大于第一夹紧力。
70.为了使超声探头222在z方向上相对于目标114进行相对较大的竖直移动，和/或使超声探头222围绕z轴进行相对较大的旋转，第一可调节杆512a和第二可调节杆512b可移动为使得第一夹具510a和第二夹具510b完全打开。这将第一夹具510a、第二夹具510b与轴500之间的摩擦力减小到允许轴500(例如，通过手)进行相对较大的平移和/或旋转移动的水平。轴500可以用手支撑。然而，防坠块514也可设置在轴500的与超声探头222相对的端部处，以防止轴500从多个板移除(例如，由于重力而坠落)。
71.为了使超声探头222围绕z轴相对于目标114进行相对较小的竖直移动，第一可调节杆512a和第二可调节杆512b可移动为使得第一夹具510a可以完全闭合，而第二夹具510b可以打开。如此配置，在第二夹具510b与轴500之间基本上没有夹紧力，并且在第一夹具510a之间有适度的夹紧力。第一夹紧力可足以支撑轴500和超声探头222(例如，轴500基本上不相对于多个板502、504、506和可滑动安装件508移动)，并且通过第三可调节杆512c的致动允许多个板相对于轴500进行相对较小的精确的移动。即，通过旋转第三调节杆512c，第三调节杆512c的精确螺纹确保了精确的竖直移动。
72.一旦轴500被定位在期望的竖直和旋转位置处，第一可调节杆512a和第二可调节杆512b可移动为使得第一夹具510a和第二夹具510b两者均闭合，以将第一夹具510a、第二夹具510b和轴500之间的摩擦力增加到抑制轴500的平移和旋转移动并锁定超声探头222的
平移和旋转位置的水平。
73.进一步参照图5a至图5c，底板502和中间板504可通过第一枢轴516a和第四可调节杆512d连接。第一枢轴516a可大致平行于水平方向延伸。中间板504和上板506可通过第二枢轴516b和第五可调节杆512e连接。多个第一万向弹簧520a可定位在底板502和中间板504之间并与其连接。多个第一万向弹簧520a可以是定位在第一枢轴516a的相对侧上的一对第一万向弹簧。多个第二万向弹簧520b可定位在中间板504与上板506之间并与其连接。多个第二万向弹簧520b可以是定位在第二枢轴516b的相对侧上的一对万向弹簧。
74.第四可调节杆512d可旋转以竖直地致动，并由此使得中间板504围绕第一枢轴516a(例如，围绕y轴)旋转。致动第四可调节杆512d以向上移动中间板504使得中间板顺时针旋转，而致动第四可调节杆520d以向下移动中间板504使得中间板504逆时针旋转。由于第一夹具510a和第二夹具510b闭合时轴500联接到多个板502、504、506，因此中间板504围绕y轴的旋转引起超声探头222围绕y轴的对应旋转。第一万向弹簧520a被构造成抵抗中间板504围绕y轴的旋转。因此，当第四可调节杆512d未被致动时，中间板504的旋转位置以及因此超声探头222的旋转位置保持恒定。
75.可致动第五可调节杆512e以使上板506围绕第二枢轴516b(例如，围绕x轴)旋转。致动第五可调节杆512e以向上移动上板506使得中间板顺时针旋转，而致动第五可调节杆512e以向下移动上板506使得上板506逆时针旋转。由于第一夹具510a和第二夹具510b闭合时轴500联接到多个板，因此上板506围绕x轴的旋转引起超声探头222围绕x轴的对应旋转。第二万向弹簧520b被构造成抵抗上板506围绕x轴的旋转。因此，当第五可调节杆512e未被致动时，上板506的旋转位置以及因此超声探头222的旋转位置保持恒定。
76.图6是图3的一部分的剖视图，其更详细地示出了弧板220。如图所示，弧板220在弯曲的相对的横向边缘600a、600b之间延伸。横向边缘600a、600b中的每一者可由一对大致平坦的矩形板602约束于y-z平面中。为了更好地示出横向边缘600a、600b，从图6中移除了在横向边缘600a、600b前面的板602。
77.可调节销604设置在弧板220的每个横向侧上，与横向边缘600a、600b相邻。可调节销可被构造成调节抵抗弧板220的旋转(并且因此枢转)的摩擦阻力。例如，在一个实施方案中，可调节销604可以是具有头部的螺杆。增加由可调节销604施加在弧板220上的夹紧力可增加摩擦阻力，而减小由可调节销604施加在弧板220上的夹紧力可减小摩擦阻力。可以理解，在另外的实施方案中，可调节销的数量可以变化。例如，可以在弧板的单侧上采用单个可调节销，而非在弧板的每侧上采用可调节销。
78.图6b是图2a的探头保持器210的侧视图，其示出了安装到横杆318并与控制器212通信的传感器620。传感器620被构造成用作z轴限位开关。当在z方向上向下移动超声探头保持器组件204时，接触件尖端230t接触目标表面114s，并且从动板226和弧板220在z方向上向上移动。弧板220的该向上(竖直)运动激活传感器620，从而导致限位开关信号传输到控制器312。当接收到限位开关信号时，控制器312被构造成命令控制z方向移动的马达(例如，致动器214)停止探头保持器框架216的向下移动。有益地是，此类感测的使用便于将超声探头保持器组件204在z方向上定位在接触件230t轻轻地接触目标表面114s并避免碰撞的高度处。
79.图7a至图7b是示出多个超声探头保持器组件204的前视图的图示，该超声探头保
持器组件包括编号为1-5的相应探头保持器210和被构造成检测目标114的末端(例如，114t、114t')的传感器208。如图所示，传感器208安装到第二部分206b的下端(例如，与目标114相邻)。例如，传感器208可以是接近传感器。探头安装件206的第二部分206b还被定位成与多个超声探头保持器组件204中的前导超声探头保持器组件(例如，超声探头保持器组件1)相邻。即，前导超声探头保持器组件可以是多个超声探头保持器组件204中的一个，其在目标114朝向多个超声探头保持器组件204行进时最靠近该目标。
80.当目标114的末端114t接近传感器208时，其被传感器208检测到。随后，传感器208向控制器312发送一个或多个接近信号，报告检测到末端114t。在某些实施方案中，目标114朝向超声探头保持器组件204的行进速率以及传感器与接触件230中的相应接触件之间的水平距离d可为已知的(例如，由控制器212从存储器检索或传输到控制器)。利用该信息，可以(例如，通过控制器312)确定末端114t位于多个超声探头保持器中的各个超声探头保持器下方预定距离处的估计时间。
81.控制器312还可被构造成向相应的致动器214发送命令以进行致动，从而基于估计时间使相应的超声探头保持器组件1-6的接触件230与目标114接触。例如，控制器312可使用所确定的时间以及已知的延迟时间(例如，末端114t行进预定距离的时间)来使相应超声探头保持器组件1-6的接触件230在距目标114的末端114t大约预定距离处与目标114接触。这样，与现有超声测试系统相比，超声探头保持器组件204的实施方案可显著地减小盲区。
82.本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括(作为非限制性示例)超声探头保持器组件，该超声探头保持器组件构造成相对于目标定位安装到其的超声探头，以提供所发射的超声束与目标表面的垂直或近似垂直入射。在一个方面，超声探头保持器组件包括万向架，该万向架联接到超声探头并且被构造成允许超声探头的旋转(例如，围绕x、y和z方向)以及在y和z方向上的平移。调整超声探头的旋转和平移位置的能力可促进超声束与目标表面的垂直/接近垂直对准。在另一方面，超声探头保持器的一部分(例如，弧板和从动板)可被构造成旋转以便补偿目标的轮廓的变化。有益地是，该配置可帮助保持超声束与目标表面的垂直/接近垂直入射。在另一方面，可使用弹簧来支撑超声探头组件和超声探头的重量的一部分，从而促进超声探头组件和目标表面之间的相对较轻的接触，以避免损坏目标表面。超声探头保持器组件还可被构造成感测目标的末端的接近，并且确定致动探头保持器组件与目标接触的时间，从而最小化不执行超声检查的目标端部处的盲区。
83.描述了某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例已在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
84.本文所述的主题可在模拟电子电路、数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储装置中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、
计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
85.本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的设备可被实现为专用逻辑电路(例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路))。
86.以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或操作地耦接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器装置(例如，eprom、eeprom和闪存存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，cd和dvd盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
87.为了提供与用户的交互，本文所述的主题可在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或lcd(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
88.本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个装置和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并
添加至另一个装置，以及/或者可包括在两个装置中。
89.本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的实施方式进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“lan”)和广域网(“wan”)，例如互联网。
90.如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，该定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
91.基于上述实施方案，本领域技术人员将了解本发明的其他特征和优点。因此，除所附权利要求书所指示的以外，本技术不受已具体示出和描述的内容的限制。本文所引用的所有出版物和参考文献均明确地全文以引用方式并入。

技术特征：
1.一种超声探头保持器，所述超声探头保持器包括：探头保持器框架，所述探头保持器框架具有大致平面的主体和延伸穿过所述主体的至少一个孔，其中所述至少一个孔中的孔在向下方向上开口并且限定所述探头保持器框架的开口下端；弧板，所述弧板定位在所述孔内并且在相对的弯曲横向边缘之间延伸，其中所述弧板联接到所述探头保持器框架，并且其中所述横向边缘被约束在所述探头保持器框架的所述平面中；从动板，所述从动板安装到所述弧板的下端，并且包括从所述弧板的所述平面中的竖直轴线横向向外延伸的臂，和多个接触件，所述多个接触件可滑动地安装到所述从动板的所述臂并且在所述竖直方向上延伸；其中所述弧板还被构造成响应于所述多个接触件中的一个或多个接触件的竖直移动而相对于所述探头保持器框架枢转。2.根据权利要求1所述的超声探头保持器，其中所述弧板通过一个或多个弹簧安装到所述探头保持器框架。3.根据权利要求2所述的超声探头保持器，所述超声探头保持器还包括：横杆，所述横杆在所述孔的相对横向边缘之间延伸；和至少一个第一销，所述至少一个第一销被安装到所述横杆并且在所述弧板的所述平面外的方向上延伸；其中当所述弧板不枢转时，所述弧板的所述下端接触所述至少一个第一销。4.根据权利要求1所述的超声探头保持器，所述超声探头保持器还包括至少一个第二销，所述至少一个第二销被定位成与所述弧板的横向边缘相邻，并且被构造成调节抵抗所述弧板的枢转的摩擦阻力。5.根据权利要求1所述的超声探头保持器，其中所述接触件包括接触件主体和定位在所述接触件的末端处的接触件尖端。6.根据权利要求5所述的超声探头保持器，其中所述接触件尖端包括球窝。7.一种超声探头保持器组件，所述超声探头保持器组件包括：根据权利要求1所述的超声探头保持器；控制器，所述控制器包括至少一个处理器；致动器，所述致动器联接到所述探头保持器框架，并且被构造成响应于从所述控制器接收的命令而在竖直方向上移动；和探头安装件，所述探头安装件包括水平延伸的第一部分，其中所述探头安装件的所述第一部分的前向表面联接到所述致动器。8.根据权利要求6所述的超声探头保持器组件，所述超声探头保持器组件还包括限位开关，所述限位开关安装到所述横杆并且与所述控制器电连通，其中所述限位开关被构造成在所述探头保持器框架通过所述致动器向下移动期间响应于所述弧板的向上运动而向所述控制器发送限位开关信号，并且其中所述控制器被构造成响应于接收到所述限位开关信号而命令所述致动器停止所述向下移动。9.根据权利要求6所述的超声探头保持器组件，所述超声探头保持器组件还包括：
一个或多个导轨，所述一个或多个导轨安装到所述弧板并在水平方向上延伸；万向架，所述万向架可滑动地安装到所述一个或多个导轨；和超声探头，所述超声探头安装到所述万向架；其中所述万向架被构造成使所述超声探头相对于所述探头保持器框架旋转，并使所述超声探头相对于所述探头保持器框架竖直地平移。10.根据权利要求8所述的超声探头保持器组件，其中所述万向架包括：竖直延伸的轴，所述竖直延伸的轴在下端与上端之间延伸；多个水平延伸的板，所述多个水平延伸的板围绕所述轴设置并且彼此竖直偏移，所述多个板包括：底板，所述底板刚性地联接到所述轴；上板；和中间板，所述中间板竖直地定位在所述底板与所述上板之间；和可滑动安装件，所述可滑动安装件联接到所述底板并且包括多个孔，所述多个孔被构造成接收所述导轨中的对应导轨；其中所述超声探头联接到所述轴的所述下端。11.根据权利要求10所述的超声探头保持器组件，其中所述万向架还包括：第一夹具，所述第一夹具围绕所述轴设置在第一竖直位置处，并且被构造成当闭合时在所述轴上施加第一夹紧力；第二夹具，所述第二夹具围绕所述轴设置在第二竖直位置处，并且被构造成当闭合时在所述轴上施加大于所述第一夹紧力的第二夹紧力；和第三可调节杆，所述第三可调节杆联接到所述第一夹具，并且被构造成竖直地致动以相对于所述轴竖直地移动所述多个板。12.根据权利要求11所述的超声探头保持器组件，其中所述万向架还包括：第一枢轴，所述第一枢轴在所述水平方向上延伸并连接所述底板和所述中间板；第四可调节杆，所述第四可调节杆联接到所述底板和所述中间板；和第一对万向弹簧，所述第一对万向弹簧定位在所述底板与所述中间板之间，其中所述第一对万向弹簧中的第一万向弹簧还定位在所述第一枢轴的一侧上，并且所述第一对万向弹簧中的第二万向弹簧还定位在所述第一枢轴的与所述第一对万向弹簧中的所述第一万向弹簧相对的一侧上；其中所述第四可调节杆能够在所述竖直方向上被致动以使得所述中间板围绕所述第一枢轴旋转。13.根据权利要求12所述的超声探头保持器组件，其中当所述第一夹具和所述第二夹具闭合时，所述中间板围绕所述第一枢轴的旋转引起所述超声探头围绕所述第一枢轴的对应旋转，并且其中所述第一对万向弹簧抵抗围绕所述第一枢轴的所述旋转，使得所述中间板和所述超声探头的所述旋转位置在不致动所述第四可调节杆的情况下近似恒定。14.根据权利要求11所述的超声探头保持器，其中所述万向架还包括：第二枢轴，所述第二枢轴在与所述水平方向和所述竖直方向正交的方向上延伸，并且连接所述中间板和所述上板；第五可调节杆，所述第五可调节杆联接到所述中间板和所述上板；和
第二对万向弹簧，所述第二对万向弹簧定位在所述中间板与所述上板之间，其中所述第二对万向弹簧中的第一万向弹簧还定位在所述第二枢轴的一侧上，并且所述第二对万向弹簧中的第二万向弹簧还定位在所述第二枢轴的与所述第二对万向弹簧中的所述第一万向弹簧相对的一侧上；其中所述第五可调节杆能够在所述竖直方向上致动以使所述上板围绕所述第二枢轴旋转。15.根据权利要求14所述的超声探头保持器组件，其中当所述第一夹具和所述第二夹具闭合时，所述上板围绕所述第二枢轴的旋转引起所述超声探头围绕所述第二枢轴的对应旋转，并且其中所述第二对万向弹簧抵抗围绕所述第二枢轴的所述旋转，使得所述上板和所述超声探头的所述旋转位置在不致动所述第五可调节杆的情况下近似恒定。16.一种超声测试系统，所述超声测试系统包括：根据权利要求7所述的超声探头保持器组件；槽，所述槽被构造成容纳液体耦合剂；和滑动组件，所述滑动组件被构造成相对于所述槽水平地移动，并且联接到所述探头安装件的所述第一部分的后向表面。17.根据权利要求16所述的超声测试系统，所述超声测试系统还包括：多个超声探头保持器组件，所述多个超声探头保持器组件安装到所述滑动组件；所述探头安装件的竖直延伸的第二部分，所述第二部分被定位成与所述多个超声探头保持器中的前导超声探头保持器相邻；和接近传感器，所述接近传感器安装到所述探头安装件的所述第二部分的下端并且与所述控制器通信；其中所述接近传感器被构造成在检测到与其相邻的目标的末端时向所述控制器发送一个或多个接近信号。18.根据权利要求18所述的超声测试系统，其中所述控制器被构造成：接收目标信息，所述目标信息包括所述目标朝向所述多个超声探头的行进速率和所述接近传感器与所述多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件的所述接触件之间的距离；基于所接收的目标信息和所述一个或多个接近信号，确定所述目标的所述末端竖直地位于所述多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件的所述接触件下方的估计时间；以及命令所述多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件的所述致动器在基于所述估计时间的时间处朝向所述目标竖直向下移动所述多个超声探头保持器组件中的相应超声探头保持器组件。

技术总结
本发明公开了一种超声探头保持器，包括探头保持器框架、弧板、从动板和多个接触件。该框架可具有至少一个孔，该至少一个孔延伸穿过该框架，在向下的方向上开口并且限定该框架的开口下端。弧板可定位在孔内，在相对的弯曲横向边缘之间延伸，并联接到框架。从动板可安装到弧板的下端，并且包括从弧板的平面中的竖直轴线横向向外延伸的臂。接触件可滑动地安装到从动板的臂并在竖直方向上延伸。弧板可被约束在框架的平面中，并且响应于多个接触件中的一个或多个接触件的竖直移动而相对于框架枢转。或多个接触件的竖直移动而相对于框架枢转。或多个接触件的竖直移动而相对于框架枢转。


技术研发人员：赵奇 李嘉珩 陈晓宾 姚晶宇
受保护的技术使用者：贝克休斯控股有限责任公司
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2023/9/9