表征至少局部地包括對稱平面的物體的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于表征物體(300)的方法，物體(300)至少局部地包括對稱平面(P1)，該方法包括由所述物體發(fā)射的超聲波的至少一次觀察，每次觀察均在垂直于對稱平面(P1)的一軸線上進(jìn)行，每次觀察沿著分別根據(jù)所述軸線(d)生成并以入射角(-1)沿著不同于法線的所述軸線(d)而與物體(300)接觸的超聲波發(fā)射，該超聲波接觸物體(300)的方式為沿著對稱于對稱平面(P1)的路徑。
【專利說明】表征至少局部地包括對稱平面的物體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及研宄并表征工業(yè)中的零件，特別是用于確定它們的主要機(jī)械性能和它 們的表面特性的方法的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明具體應(yīng)用于無法進(jìn)行機(jī)械牽引測試的小尺寸的零零件。例如，這應(yīng)用于球 軸承的滾珠，所述滾珠具有厘米量級的直徑。本發(fā)明具體用于具有在一截平面中彎曲的表 面的零件。
[0003]目前，沒有已知的方案用于確定這種小零件的內(nèi)部各向同性或用于確定其機(jī)械特 性，例如，其彈性橫量或其柏松比。然而，重要的是具有關(guān)于這種零件的豐富知識，以確保軸 承是可靠的。
[0004] 已知的表征表示特性的技術(shù)利用超聲波測量，尤其使用反射波，但也使用折射波 或表面波。
[0005] 這樣，文件FR 2 806 162和EP 1 691 193使用測量反射波的換能器來描述缺陷 檢測系統(tǒng)，其中由超聲波所輻射的材料的表面是平面。
[0006] 文件EP 1 767 898公開了使用瑞利波，所述瑞利波是一種表面波，其在暴露于入 射超聲波的零件的表面處生成，以測量例如滲氮層的表面層的厚度。
[0007] 文件FR 2 930 034講授了使用縱向反射波來測量已被處理的材料的殘留應(yīng)力。
[0008] 為了這些不同的目的，使用用于通過接觸來實(shí)施檢查的超聲換能器，或用于在浸 沒的零件上實(shí)施檢查的超聲換能器。使用這種換能器的方法具有無破壞性的優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 所提出的本發(fā)明是一種表征物體的方法，所述物體至少局部地包括對稱平面，該 方法包括傳播穿過所述物體的超聲波的至少一次觀察，各觀察在垂直于對稱平面的軸線上 執(zhí)行，各觀察由超聲波的發(fā)射產(chǎn)生并沿著所述軸線以入射角而不是法線遇見物體。超聲波 以這種方式與該物體相遇，以跟隨相對于對稱平面對稱的路徑。
[0010] 超聲波的傳播時間和/或在其上實(shí)施發(fā)射和觀察的軸線的位置的分析使得可表 征物體，無論其是小的還是大的，因此與無法表征較小零件的現(xiàn)有技術(shù)相比較而構(gòu)成主要 優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 超聲波以入射角而不是法線接觸物體的事實(shí)使得可使用做為模式轉(zhuǎn)換工具（體 波或表面波）的物體的表面，從而提供與傳播或反射的波的觀察相比較的額外信息。
[0012] 相對于一對稱平面對稱的路徑的使用使得可面朝發(fā)射和接收易于放置和調(diào)整的 換能器來使用。
[0013] 在一具體實(shí)施例中，位于公共軸線上的發(fā)射和接收超聲換能器移動，同時發(fā)射超 聲波并觀察傳播的超聲波，在選自由發(fā)射超聲波產(chǎn)生的縱波、橫波和瑞利波的至少兩個波 上進(jìn)行觀察。由這種表征表征方法所確定的性能可包括該物體的彈性橫量或柏松比。
[0014] 可有利地觀察在縱波、橫波和瑞利波中的所有三個波，以及通過使用Viktorov的 公式來驗(yàn)證該方法。
[0015] 在另外的實(shí)施例中，對于具有垂直于第一對稱平面的第二對稱平面的物體，位于 公共軸線上的發(fā)射和接收超聲波在第二對稱平面的任何一側(cè)上移動，同時發(fā)射超聲波并觀 察所傳播的超聲波，兩個縱波或兩個橫波在第二對稱平面的相對側(cè)上觀察。由這種表征方 法所確定的物體的性能可包括其是否具有在至少一個平面中的各向同性或各向異性的特 征。
[0016] 在另外一個實(shí)施例中，對通過與其相遇的超聲波在所述物體的表面處產(chǎn)生的至少 一個瑞利波進(jìn)行觀察。測量傳播時間使得可檢測由將表明處理應(yīng)用到該物體所產(chǎn)生的層或 區(qū)域的存在。
[0017] 當(dāng)物體具有包括至少一個橢圓件的弧或圓形件的弧的表面時，本發(fā)明特別可適 用。特別是，該物體是軸承滾珠或軸承滾柱，但其他應(yīng)用是可能的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施例中的方法的預(yù)備步驟。
[0019] 圖2顯示本發(fā)明的方法的實(shí)施例的后續(xù)步驟。
[0020] 圖3顯示本發(fā)明的實(shí)施例的重要零件。
[0021] 圖4-9顯示在圖3中所顯示的重要零件的展示，用于本發(fā)明的方法的兩次利用。
[0022] 圖10顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的重要零件。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 圖1顯示調(diào)整用于表征軸承滾珠的表征設(shè)備的步驟。該設(shè)備基于使用浸沒的超聲 換能器。
[0024] 該設(shè)備包括在大量的水10中的第一超聲換能器100和第二超聲換能器200。它們 位于一公共軸線上，在一構(gòu)成球體300的軸承滾珠的相對側(cè)上相互面對。在此例中，它們是 HarisonicI7-1012-R型的四英寸聚焦換能器，具有IOMHz的頻率，直徑為0.75英寸，在焦 點(diǎn)處的焦斑估計為0. 808_?？墒褂闷渌膿Q能器。
[0025] 在調(diào)整步驟的過程中，換能器以發(fā)射模式和接收模式啟動。它們通常在該球體的 點(diǎn)上進(jìn)行調(diào)整。因此，以傳輸模式，兩個換能器100和200精確地對齊。在水10中產(chǎn)生的 超聲波波束在相同的軸線上。
[0026] 由所述球體和兩個換能器所構(gòu)成的裝置具有對稱的平面P1。該球體的垂直于平面 Pi并在包含換能器軸線的平面中的截面具有是一圓的表面S。
[0027]測量對應(yīng)于聚焦在該球體的與接收波的最大振幅相關(guān)聯(lián)的點(diǎn)上的換能器的表面 波的往返行程的行進(jìn)時間。在換能器100與球體300的表面之間的水柱Ll的高度通過將 由示波器的屏幕讀出的時間tl與水中波的速度，即V# = 1486. 5米/秒（m/s)相關(guān)聯(lián)而獲 得。在換能器200與球體300的表面之間的水柱L2的高度以相同的方式獲得。
[0028] 圖2顯示本發(fā)明的方法的基本步驟。換能器100和200兩者均從圖1中所示出的 結(jié)構(gòu)開始，或從某一其他結(jié)構(gòu)開始，沿著垂直于它們的公共軸線的方向，平移相同的距離。
[0029] 其后，測量由一個以接收模式工作的換能器（在此例中為換能器100)所接收的信 號，另一換能器（換能器200)以發(fā)射模式工作。
[0030] 對于給定的換能器的平移，通過相對于初始位置的距離d，超聲波穿過水的路徑伸 長以下所表示的距離：
[0031]修正=2.R(l-cosΘJ
[0032] 存儲所測量的信號，可看到的是，首先通過觀察兩個傳輸?shù)牟ǔ尸F(xiàn)的兩個最大值， 呈現(xiàn)在距離換能器的初始軸線兩個距離d處。
[0033] 波的路徑在圖2中顯示，其中給出附圖標(biāo)記400。從發(fā)射換能器200開始，該波以 相對于法線的角度0glj達(dá)球體300的表面。其通過折射現(xiàn)象在水/球體交界面處偏轉(zhuǎn)，并 以相對于法線的角度CΘi向前穿過球體。在行進(jìn)距離L后其到達(dá)球體的表面，對于所關(guān)心 的部分，其由該表面反射。其后，其沿著第二路徑穿過球體，并再次到達(dá)其被折射的該表面。 隨后，該波穿過水傳播。
[0034] 最大值被觀察的距離d的特別特征為，反射發(fā)生在與兩個換能器距離相等處，在 兩次折射后，該波朝向接收換能器100傳播。
[0035] 而且，通過利用由于滾珠的對稱性質(zhì)而以角度2XCQ1發(fā)生反射的事實(shí)，應(yīng)用以 下：
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種表征物體（300)的方法，所述物體（300)至少局部地包括一對稱平面（PI)，該 方法包括穿過所述物體傳輸?shù)某暡ǎˋ，B，C)的至少一次觀察，每次觀察均在垂直于所述 對稱平面（P1)的軸線（dl，d2，d3)上進(jìn)行，每次觀察均由分別沿著所述軸線（dl，d2，d3)中 的一個生成，并以入射角（01)沿著所述軸線（(11，(12，(13)，而不是沿法線與所述物體（3〇〇) 相接觸的超聲波的發(fā)射而產(chǎn)生，所述超聲波與所述物體（300)相接觸的方式為沿著相對于 所述對稱平面（P1)對稱的路徑，分析所述超聲波的行進(jìn)時間和/或在其上進(jìn)行發(fā)射和觀察 的所述軸線的位置，以表征所述物體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中位于一公共軸線上的發(fā)射和接收超聲換能器 (100, 200)在發(fā)射超聲波時和觀察所傳輸?shù)某暡ǎˋ，B，C)時移動，在選自由所發(fā)射的超 聲波所產(chǎn)生的縱波、橫波和瑞利波中的至少兩個波上進(jìn)行觀察。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在來自所述縱波、橫波和瑞利波的所有三個波（A， B，C)上進(jìn)行觀察，該方法通過使用Viktorov公式來驗(yàn)證。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其中對于具有垂直于第一對稱平面 (P1)的第二對稱平面（P2, P3)的物體，位于一公共軸線上的發(fā)射和接收超聲換能器（100， 200)在發(fā)射超聲波和觀察所述傳輸?shù)某暡〞r在所述第二對稱平面（P2, P3)的任一側(cè)上 移動，在所述第二對稱平面（P2，P3)的相對側(cè)上觀察兩個縱波或兩個橫波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其中對通過與超聲波接觸而在所述物 體的表面上產(chǎn)生的至少一個瑞利波（C)進(jìn)行觀察。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中使用浸沒式的超聲換能器（100， 200) 〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述物體具有包括一橢圓的至少 一個弧的表面（S)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述表面（S)包括一圓的至少一個弧。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述物體（300)是軸承滾珠或滾 柱。
【文檔編號】G01N29/04GK104487838SQ201380037120
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】讓-伊夫斯·弗朗西斯·羅杰·查特利爾 申請人:斯奈克瑪