專利名稱：利用超聲波來(lái)無(wú)損檢測(cè)受檢件的方法以及執(zhí)行該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波來(lái)無(wú)損檢測(cè)受檢件的方法，可以按照該方法根據(jù)所記 錄的超聲回波信號(hào)來(lái)確定受檢件體積中某個(gè)缺陷的等效反射體尺寸。本發(fā)明還涉及一種適 合用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)條件下類(lèi)似的方法早已為人所知?？衫妹}沖回波法將脈沖超聲波射入 受檢件之中，通過(guò)等效反射體尺寸ERG(英語(yǔ)ERS〃 equivalent reflector size")來(lái)描 述受檢件體積中找到的缺陷，例如縮孔、雜質(zhì)或裂紋。通過(guò)將受檢件體積中的缺陷所引起的 回波信號(hào)的振幅與已知大小的模型參考缺陷進(jìn)行比較，即可確定該等效反射體尺寸的值。 在這種所謂的參考試塊法中，檢驗(yàn)者使用一個(gè)其中植入了一個(gè)或多個(gè)參考反射體的參考試 塊作為受檢件的等效參考試塊，將受檢件的回波信號(hào)與參考試塊上獲得的回波信號(hào)進(jìn)行比 對(duì)。例如可以在參考試塊中鉆出一些尺寸已知的圓柱形孔。然后將超聲波在鉆孔處反射時(shí) 出現(xiàn)的回波信號(hào)與檢測(cè)受檢件時(shí)獲得的回波信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。因此若采用參考試塊法，檢驗(yàn) 者可使用一個(gè)合適的探頭，例如一種合適的斜探頭，在受檢件和預(yù)先制備好的參考試塊上 進(jìn)行測(cè)量。而如果采用AVG法，則將由受檢件體積中某一缺陷所引起的回波信號(hào)的振幅與模 型參考缺陷的回波信號(hào)的理論計(jì)算值和/或者經(jīng)驗(yàn)確定值進(jìn)行比對(duì)，該參考缺陷通常被假 設(shè)為平圓盤(pán)并且在受檢件中的深度與檢測(cè)受檢件時(shí)所找到的缺陷的深度一樣。為此可針對(duì) 檢測(cè)過(guò)程中所用的探頭，預(yù)先制作一個(gè)包含探頭特性曲線的AVG圖。AVG圖中包含的曲線表 示參考缺陷在使用探頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)所產(chǎn)生的回波幅度。在實(shí)際執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)時(shí)，檢驗(yàn)者可 以在對(duì)受檢件進(jìn)行聲波衰減修正(因材料而異的聲波衰減)和傳輸修正(因受檢件而異的 耦合損失)的情況下直接從AVG圖中讀出受檢件體積中探測(cè)出的缺陷的等效反射體尺寸。在按照AVG法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢驗(yàn)者可以改變探頭位置和相對(duì)于找到的缺陷的方 位，并且嘗試將所產(chǎn)生的回波信號(hào)最大化。該過(guò)程在利用超聲波來(lái)檢驗(yàn)材料時(shí)也稱作“培 養(yǎng)”超聲波信號(hào)。然后針對(duì)最大化的超聲回波測(cè)定所找到的缺陷的等效反射體尺寸。關(guān)于AVG法的詳細(xì)說(shuō)明，例如可參閱本申請(qǐng)人的在先權(quán)利人的專利 US5，511，425A。此外，在J. Krautkramer與H. KrautkrSmer合著的Ierkstoffprilfung mit Ultraschall (利用超聲波來(lái)檢驗(yàn)材料)”(第5版，Springer出版社，ISBN 3440-15754-9，章節(jié)19. 1，第343 349頁(yè))一書(shū)中也詳細(xì)描述了 AVG法，這里將該書(shū)所發(fā) 表的關(guān)于AVG法的詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明完整引用為本發(fā)明申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容。當(dāng)今廣為使用的AVG法的缺點(diǎn)在于，必須使用多個(gè)探頭進(jìn)行檢測(cè)，才能對(duì)受檢件 體積中的缺陷進(jìn)行有說(shuō)服力的特性描述。其原因在于，對(duì)于某一個(gè)給定的缺陷而言，并非一 定要垂直入射到受檢件之中才能輸出最大回波振幅，而是取決于缺陷在受檢件體積中的方 位，即以何種入射角能夠獲得最大回波信號(hào)。因此通常在按照AVG法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)時(shí)，要使用不同的斜探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的入射角，才能使所找到的缺陷的等效反射體尺寸值與實(shí)際 缺陷尺寸形成合理關(guān)系。該方法在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于檢驗(yàn)者而言需要完成大量的檢測(cè)和記錄 工作，因此通常僅以很少的入射角進(jìn)行檢測(cè)。除此之外，改變?nèi)肷浣沁€需要更換探頭，由于 探頭的校準(zhǔn)與耦合特性不可能百分之百一致，因此還會(huì)引起一些附加問(wèn)題。這樣就難以判 讀缺陷的ERS值。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，闡述一種利用超聲波來(lái)對(duì)受檢件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法， 檢驗(yàn)者可利用該方法以簡(jiǎn)單的方式獲得檢測(cè)結(jié)果，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果以全新方式顯示受檢 件體積中所找到的缺陷。此外還提供一種適合于執(zhí)行本發(fā)明所述方法的裝置。采用具有權(quán)利要求1所述特征的一種方法以及具有權(quán)利要求16所述特征的一種 裝置，即可解決這一任務(wù)。本發(fā)明所述的方法可用來(lái)借助超聲波來(lái)對(duì)受檢件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，尤其能以全新方 式顯示受檢件體積中所找到的缺陷的圖形。本發(fā)明所述的方法包括以下方法步驟a.將定向超聲波脈沖以入射角β射入受檢件之中，其中以電子方式調(diào)整入射角 β ,b.記錄由入射到受檢件之中的超聲波脈沖產(chǎn)生的回波信號(hào)，c.確定入射位置X0，在該入射位置處可以記錄對(duì)應(yīng)于受檢件體積中的缺陷(102) 的回波信號(hào)，d.確定缺陷的ERS值在位置XO處變得最大時(shí)的入射角β最大，e.將受檢件表面上的入射位置從XO變?yōu)閄I，其中檢測(cè)入射位置的變化，以及f.以電子方式調(diào)整入射角β，以使得缺陷(10 的ERS值在改變后的入射位置Xl 處最大。例如可以按照下述方式實(shí)現(xiàn)入射角的電子調(diào)整根據(jù)步驟d中確定的位置XO以及 相應(yīng)的入射角β 、受檢件表面上從XO至Xl的入射位置變化、受檢件中的缺陷深度，基于 簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系的權(quán)衡來(lái)確定入射到受檢件之中的超聲波脈沖在受檢件中的缺陷深度中 出現(xiàn)在同一位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度β?？梢杂煤?jiǎn)單方式，例如根據(jù)回波傳播時(shí)間和入射角β 來(lái)確定受檢件中的缺陷深度。按照本發(fā)明所述方法的另一種可選替代方案，不采用上述主動(dòng)調(diào)整入射角β的 方式，而是當(dāng)檢測(cè)到受檢件表面上的入射位置變化時(shí)，針對(duì)變化后的入射位置Xl再次確定 缺陷的ERS值在位置Xl處變?yōu)樽畲髸r(shí)所對(duì)應(yīng)的入射角β (Xl)。按照本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式，將受檢件體積中所發(fā)現(xiàn)的缺陷的最大 ERS值圖形描繪為隨入射角β變化的函數(shù)。利用上述方法可以用最簡(jiǎn)單的方式來(lái)生成這種 圖形描繪，因?yàn)榭稍谌肷湮恢肵變化時(shí)直接確定ERS值變得最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度β (X)。 結(jié)果就能針對(duì)超聲波發(fā)射器在受檢件表面上的運(yùn)動(dòng)方向，將與入射位置X直接相關(guān)的缺陷 的ERS值作為隨入射角β ⑴變化的函數(shù)，對(duì)于該入射角β (X)，缺陷的ERS值在給 定的入射位置X處變得最大。顯而易見(jiàn)的是，通過(guò)沿著空間方向在受檢件表面上引導(dǎo)超聲 波發(fā)射器，就可以生成不同空間方向的相應(yīng)的缺陷圖形描繪。以這種方式可以生成受檢件 體積中所找到的缺陷的二維圖像。
經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，缺陷的ERS值常常與照射缺陷的角度有很大關(guān)系。該角度 與按照本方法將射入受檢件的超聲波耦合輸入到該受檢件之中的入射角β直接相關(guān)。試 驗(yàn)結(jié)果表面，可根據(jù)所觀察到的缺陷的ERS值的角度關(guān)系來(lái)推斷缺陷的基本特性，例如是 平面還是立體幾何形狀，尤其是其對(duì)稱性。尤其發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)ERS信號(hào)的角度關(guān)系來(lái)對(duì)受檢件體積中所找到的缺陷進(jìn)行分 類(lèi)。如果檢驗(yàn)者擁有受檢件體積中所找到的缺陷的圖形描繪，并且能夠至少定性地?fù)?jù)此推 斷缺陷的ERS值與照射角度或入射角β之間的關(guān)系，那么就能大大減輕檢驗(yàn)者的工作負(fù) 擔(dān)。按照本發(fā)明所述方法的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，生成受檢件的B-掃描圖、C-掃描 圖或者扇形掃描圖。在所生成的掃描圖中至少顯示受檢件體積中找到的某一個(gè)缺陷的ERS 值。這里所涉及的優(yōu)選是在改變?nèi)肷浣铅碌那闆r下在以預(yù)定的空間方向照射缺陷時(shí)所測(cè) 定的缺陷的最大ERS值。優(yōu)選在所生成的掃描圖中也顯示產(chǎn)生最大ERS值時(shí)所對(duì)應(yīng)的入射 角β，例如將缺陷的ERS值顯示為條柱，該條柱的大小與缺陷的ERS值相關(guān)并且其方向垂直 于產(chǎn)生缺陷的最大ERS值時(shí)的方向。按照本發(fā)明所述方法的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，(以計(jì)算方式)自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整 入射角β對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響。如果用來(lái)射入定向超聲波脈沖的發(fā)射探頭的 超聲波發(fā)射器包括多個(gè)可以相互獨(dú)立控制的超聲波換能器，那么就能以特別簡(jiǎn)單的方式進(jìn) 行補(bǔ)償。當(dāng)需要以電子方式調(diào)整入射角β時(shí)，可以相位準(zhǔn)確地對(duì)該多個(gè)超聲波換能器進(jìn)行 個(gè)別控制，從而改變超聲波發(fā)射器的發(fā)射角α以及隨之產(chǎn)生的入射角β。用來(lái)將定向超聲波脈沖射入受檢件之中的發(fā)射探頭的超聲波發(fā)射器優(yōu)選包括多 個(gè)可以相互獨(dú)立控制的超聲波換能器。當(dāng)需要以電子方式調(diào)整入射角β時(shí)，可以相位準(zhǔn)確 地對(duì)該多個(gè)超聲波換能器進(jìn)行個(gè)別控制，從而改變超聲波發(fā)射器的發(fā)射角α，結(jié)果就能直 接改變受檢件中的入射角β。優(yōu)選地，按照本發(fā)明所述的方法，在根據(jù)對(duì)應(yīng)于缺陷的回波信號(hào)來(lái)計(jì)算受檢件體 積中找到的缺陷的ERS值時(shí)，以計(jì)算方式自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整發(fā)射角α以及入射角β對(duì)測(cè) 定缺陷的ERS值的影響?？梢詫⒈景l(fā)明所述的發(fā)射角和入射角β等同視之，因?yàn)樗鼈冎g 有固定的物理關(guān)系。這尤其意味著按照本發(fā)明所述的方法至少可以自動(dòng)執(zhí)行以下所述的一 種修正，但優(yōu)選能進(jìn)行多種修正■當(dāng)發(fā)射角α或入射角β變化時(shí)，對(duì)虛擬超聲波換能器大小或者與此相關(guān)的超 聲波換能器孔徑的變化進(jìn)行補(bǔ)償，■當(dāng)發(fā)射角α或入射角β變化時(shí)，對(duì)由超聲波換能器發(fā)射到受檢件之中的超聲 波的耦合輸入點(diǎn)位置的變化進(jìn)行補(bǔ)償，并且■當(dāng)發(fā)射角α或入射角β變化時(shí)，對(duì)受檢件中的焦點(diǎn)位置變化進(jìn)行補(bǔ)償，■對(duì)由發(fā)射角α的變化引起的耦合塊中聲程的變化進(jìn)行補(bǔ)償。所述相控陣探頭特別有助于以電子方式調(diào)整入射角β。但這并不意味著按照本發(fā) 明所述的方法不能使用其它入射角可變的超聲波探頭，前提條件是可以電子調(diào)整入射角并 且能夠?qū)⑵淞炕?。按照本發(fā)明所述的方法，有利地使用至少一個(gè)AVG圖以根據(jù)從缺陷反射的回波信 號(hào)來(lái)確定受檢件體積中的缺陷的ERS值。所述AVG圖可以是因超聲波脈沖源而異的，尤其是因所使用的發(fā)射探頭而異的。此外AVG圖還可以是因受檢件材料而異的。在第一種實(shí)施 方式中，AVG圖還與入射到受檢件之中的超聲波入射角β或者與等效的角變量有關(guān)。在另 一種替代方案中，AVG圖與入射角β沒(méi)有關(guān)系，而是按照本發(fā)明所述的方法以計(jì)算方式補(bǔ) 償入射角β對(duì)所記錄的回波振幅或者對(duì)缺陷的ERS值的影響。在對(duì)受檢件進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)執(zhí)行至少一道校準(zhǔn)步驟，即檢測(cè)由參考缺陷 所引起的回波的振幅。所述參考缺陷優(yōu)選是試塊的后壁或者試孔，如果是后壁回波，則不必 使用單獨(dú)的試塊，可以直接在受檢件上執(zhí)行校準(zhǔn)步驟。優(yōu)選針對(duì)多個(gè)入射角和/或者參考 缺陷執(zhí)行校準(zhǔn)步驟，但并非必須如此。適用于執(zhí)行本發(fā)明所述方法的裝置(以下還將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論)可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 校準(zhǔn)步驟，其中例如也可以在多個(gè)預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)試塊中進(jìn)行選擇。按照該方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所生成的圖形描繪中至少顯示以下一種缺陷 特征a)缺陷的ERS值最大時(shí)的入射角β，b)關(guān)于缺陷的ERS值是否在不同的入射角β上基本上不變或者是否隨不同的入 射角而變化的信息。尤其可以在所生成的B掃描圖中通過(guò)條柱來(lái)表示所找到的缺陷，條柱沿其縱軸線 的大小與所找到的缺陷的ERS值相關(guān)。有利地，使用相同的縮放比例來(lái)顯示ERS值以及受 檢件表面上的X位置。本發(fā)明所述的條柱應(yīng)當(dāng)是相對(duì)于兩個(gè)相互垂直的軸線鏡像對(duì)稱的任 意幾何圖形，例如直線、矩形、橢圓等等。按照本發(fā)明所述，將條柱的兩個(gè)對(duì)稱軸線的其中一 個(gè)稱作其縱軸線。為了提高按照本發(fā)明所述方法生成的B掃描圖的可判讀性，尤其為了改善所生成 的B掃描圖的直觀可理解性，有利地在所生成的B掃描圖中以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示所找到的缺 陷的至少一個(gè)下述特征a)缺陷回波的相對(duì)振幅，b)所找到的缺陷的ERS值最大時(shí)的入射角β，例如通過(guò)垂直于缺陷的ERS值最大 時(shí)的入射方向顯示代表缺陷的條柱，c)相對(duì)缺陷大小，d)關(guān)于引起缺陷回波的回波聲程(例如，斜射聲程)的信息，以及e)關(guān)于所找到的缺陷的ERS值在所有被檢測(cè)的入射角β上是否在預(yù)定缺陷極限 值內(nèi)均相同或者不同的信息。
例如可以參照檢測(cè)受檢件時(shí)檢測(cè)到的參考值來(lái)注明相對(duì)值。為此可以有利地在B掃描圖中使用一個(gè)或多個(gè)下述顯示參數(shù)a)條柱的顏色，b)條柱垂直于其縱軸線的尺寸(條柱寬度B)，c)條柱縱軸線相對(duì)于受檢件表面的角度，以及d)條柱的基本幾何形狀。以下將針對(duì)不同的缺陷特征示例性地詳細(xì)解釋幾種顯示可能性。本發(fā)明所述缺陷回波的相對(duì)振幅指的是關(guān)于由受檢件體積中的缺陷引起的超聲 回波(即回波振幅)是否超過(guò)某一預(yù)定閾值的信息。這種閾值例如可以涉及與參考缺陷的振幅對(duì)照的測(cè)定缺陷回波振幅。尤其可以用單位"毫米ERS"來(lái)注明閾值，例如ERS應(yīng)當(dāng)大 于或等于例如2毫米或者5毫米的某一個(gè)記錄極限。如果按照本發(fā)明所述方法改變?nèi)肷浣铅?，并且確定缺陷的ERS值最大時(shí)的入射角 β，則可以通過(guò)將B掃描圖中代表缺陷的條柱的縱軸線相對(duì)于受檢件表面傾斜顯示的方式 來(lái)向檢驗(yàn)者給予用于定位受檢件體積中的缺陷的基點(diǎn)。這里有利地如此顯示條柱，以使其 縱軸線垂直于以缺陷的ERS值最大時(shí)的角度α入射的超聲波的聲軸。對(duì)于檢驗(yàn)者和記錄而言另一個(gè)重要的信息是所找到的缺陷的ERS值是否高于或 低于某一預(yù)定的記錄極限。例如可以在所生成的B掃描圖中將缺陷信號(hào)完全抑制在某一個(gè) 閾值下方。此外也可以對(duì)這些缺陷信號(hào)進(jìn)行色彩編碼，或者將其顯示為透明條柱，以便注明 記錄極限的距離(例如以"mm ERS"或者dB計(jì))。后兩種顯示方式特別有益，可以提示檢 驗(yàn)者在檢測(cè)部位上盡管受檢件體積中存在缺陷，但是該缺陷的ERS值很小，按照相關(guān)檢測(cè) 規(guī)定不需要對(duì)其進(jìn)行記錄。此外對(duì)于檢驗(yàn)者而言可能感興趣的還有關(guān)于從入射超聲波束的哪一個(gè)聲程會(huì)產(chǎn) 生回波信號(hào)的信息。當(dāng)檢測(cè)具有平行面的受檢件時(shí)，該信息尤其重要，因?yàn)榻?jīng)常會(huì)出現(xiàn)只有 在超聲波束在受檢件后壁上至少反射一次之后才會(huì)由該超聲波束檢測(cè)出缺陷的情況?？梢?根據(jù)缺陷回波的傳播時(shí)間來(lái)確定該信息，然后在B掃描圖中例如通過(guò)對(duì)條柱的色彩編碼來(lái) 向檢驗(yàn)者顯示該信息。此外對(duì)于檢驗(yàn)者而言重要的信息還有受檢件體積中找到的缺陷是否為平面或者 三維延伸的缺陷。三維延伸的缺陷通常是縮孔或者生產(chǎn)工藝決定的缺陷部位，并且通常沒(méi) 有發(fā)生疲勞斷裂的危險(xiǎn)。而平面延伸的缺陷通常與受檢件中的裂紋有關(guān)，這些裂紋可能是 疲勞現(xiàn)象并且有發(fā)展成為引起疲勞斷裂的強(qiáng)烈趨勢(shì)。在本發(fā)明所述的方法中，受檢件體積 中三維延伸的缺陷的特征在于，所產(chǎn)生的缺陷的ERS值基本上與入射角無(wú)關(guān)。二維延伸的 缺陷則與入射角有很大關(guān)系?？梢栽谒@示的條柱中對(duì)關(guān)于是否為平面或者三維延伸的缺 陷的信息進(jìn)行編碼。例如可以調(diào)整所顯示的條柱的長(zhǎng)度和寬度，或者選擇一種代表缺陷對(duì) 稱性的幾何形狀，但在該部位也可以有利地使用色彩編碼。除了上述生成B掃描圖的方式之外，也可以生成C掃描圖(X軸受檢件表面上X 軸方向的位置；Y軸受檢件表面上Y軸方向的位置)或者生成扇形掃描圖(也稱作S掃描 圖，X軸與入射點(diǎn)之間的距離/受檢件中的深度；Y軸方位角入射角)，其適用于特殊應(yīng) 用情況。上述關(guān)于在B掃描圖中顯示所測(cè)定的缺陷特性的實(shí)施方式可以直接轉(zhuǎn)用于C掃描 圖和S掃描圖。本發(fā)明所述的方法允許使用現(xiàn)代化超聲波探頭來(lái)執(zhí)行許多檢測(cè)規(guī)范中規(guī)定的AVG 法，這些探頭允許例如在使用相控陣技術(shù)的情況下對(duì)射入受檢件中的入射角進(jìn)行電子調(diào) 整。本發(fā)明所述的裝置可利用超聲波來(lái)對(duì)受檢件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。這種裝置包括具有超 聲波發(fā)射器的發(fā)射探頭，其能夠?qū)⒍ㄏ虺暡}沖以入射角β射入到受檢件之中。此外該 裝置還包括超聲波接收器，其可用來(lái)接收入射到受檢件之中的超聲波脈沖的回波信號(hào)。此 外還配有控制與分析單元，其可用來(lái)控制發(fā)射探頭的超聲波發(fā)射器，從而激勵(lì)超聲波發(fā)射 器發(fā)射出超聲波脈沖。此外控制與分析單元還可用來(lái)處理由超聲波接收器接收的回波信 號(hào)，然后根據(jù)能夠?qū)?yīng)于受檢件體積中的缺陷的回波信號(hào)來(lái)確定缺陷的ERS值。
本發(fā)明所述裝置的超聲波發(fā)射器具有多個(gè)可以相互獨(dú)立控制的超聲波換能器?？?制與分析單元還可用來(lái)相位準(zhǔn)確地對(duì)這些超聲波換能器進(jìn)行個(gè)別控制，從而能夠以電子方 式調(diào)整超聲波發(fā)射器的發(fā)射角α以及射入受檢件之中的入射角β。控制與分析單元還 可用來(lái)根據(jù)能夠?qū)?yīng)于缺陷的回波信號(hào)，針對(duì)多個(gè)入射角確定受檢件體積中的缺陷的ERS值。最后，控制與分析單元還可用來(lái)確定入射位置Χ0，在該入射位置XO處能夠接收到 可對(duì)應(yīng)于受檢件體積中的缺陷的回波信號(hào)，并且控制與分析單元可確定缺陷的ERS值在位 置XO處變得最大時(shí)的入射角β最大?？刂婆c分析單元還被設(shè)置成在受檢件表面上的入射位 置從XO變?yōu)閄l時(shí)檢測(cè)入射位置的變化，并且以電子方式調(diào)整入射角β，以使得缺陷的ERS 值在改變后的入射位置Xl處為最大。按照本發(fā)明所述方法的一種簡(jiǎn)化實(shí)施方式，當(dāng)受檢件表面上的入射位置從XO變 為Xl時(shí)，檢測(cè)入射位置的變化，然后以電子方式調(diào)整入射角β，以使得聲束始終在同一位 置處擊中缺陷。那么就不必以附加的角度變化的方式使ERS值最大化。按照優(yōu)選的改進(jìn)實(shí)施方式所述，控制與分析單元可用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明所述的方法及 其不同的特征和改進(jìn)實(shí)施方式。按照一種特別有益的改進(jìn)實(shí)施方式所述，控制與分析單元尤其可用來(lái)生成上述缺 陷的圖形描繪，從該圖形描繪可至少定性地讀取所測(cè)定的缺陷的ERS值與入射角β之間的關(guān)系。所生成的圖形描繪尤其能夠反映缺陷的ERS值與入射角β之間的直接關(guān)系。檢 驗(yàn)者可以根據(jù)缺陷的ERS值的角度關(guān)系，按照以上已經(jīng)討論過(guò)的方式，推斷出缺陷的基本 特性。在另一種替代方案中，所生成的缺陷圖形描繪是受檢件的B掃描圖、C掃描圖或者扇 形掃描圖，在其中以適當(dāng)?shù)姆绞奖硎倦S角度變化的缺陷的ERS值。按照本發(fā)明所述裝置的一種特別有益的尤其可以結(jié)合受檢件的B掃描圖、C掃描 圖或者扇形掃描圖的生成的實(shí)施方式，所述裝置還包括位移檢測(cè)單元，其可用來(lái)檢測(cè)探頭 在受檢件表面上的位置變化。例如可以利用安裝在探頭上的機(jī)械式位移傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)這種 位移檢測(cè)單元，但也可以使用按照光學(xué)鼠標(biāo)原理工作的光學(xué)位移傳感器。最后，如果使用相 控陣超聲波發(fā)射器，則也可以考慮將探頭在受檢件表面上的位置發(fā)生變化時(shí)所出現(xiàn)的超聲 波信號(hào)的變化用于測(cè)定位置。對(duì)此可參閱相應(yīng)的文獻(xiàn)。使用線性陣列除了能夠檢測(cè)探頭在 受檢件表面上朝向陣列縱軸線方向的位置變化之外，還能通過(guò)依次激勵(lì)不同分組的換能器 的方式在該方向進(jìn)行電子掃描。使用二維相控陣尤其能夠檢測(cè)兩個(gè)空間方向上的位置變 化，此外還能檢測(cè)探頭在受檢件表面上的旋轉(zhuǎn)。關(guān)于在所生成的缺陷圖形描繪中反映主要缺陷特性的可能性，已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明所 述的方法對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)討論。本發(fā)明所述的裝置尤其可用來(lái)按照本發(fā)明所述的方法來(lái)生 成缺陷圖形描繪。最后，如果控制和分析單元能用來(lái)在計(jì)算缺陷的ERS值時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整入射 角β對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響，則特別有益。如已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明所述的方法所說(shuō)明的，例如可以通過(guò)與多個(gè)存儲(chǔ)著的參考值進(jìn) 行比較的方式來(lái)自動(dòng)確定缺陷的ERS值，其中所述參考值例如可以是一個(gè)或多個(gè)AVG圖。就 此而言需注意，除了 AVG圖之外，還必須有例如來(lái)自探頭的參考回波可供使用，才能利用本發(fā)明所述的方法針對(duì)照射缺陷的每一個(gè)角度來(lái)確定所找到的缺陷的ERS值。按照一種特別有益的實(shí)施方式，在控制與分析單元中存儲(chǔ)例如成群地與不同入射 角β相關(guān)的AVG圖形式的大量參考值。這些參考值還可以是因探頭而異的，尤其可以是因 探頭而異的數(shù)目個(gè)相對(duì)于不同入射角β的AVG圖。探頭優(yōu)選還具有電子標(biāo)識(shí)符，這樣就使 得控制單元能夠在連接探頭時(shí)獨(dú)立地識(shí)別探頭類(lèi)型甚至各個(gè)探頭，并且選擇存儲(chǔ)著的因探 頭(類(lèi)型)而異的參考值。但是在所有實(shí)施方式中，確定所找到的缺陷的(因入射角而異的)ERS值通常要以 存在參考值為前提條件，該參考值例如是以相應(yīng)的角度在試塊上檢測(cè)到的參考值，或者是 根據(jù)不同測(cè)量角度之間的插值得出的參考值。如果控制和分析單元能用來(lái)在計(jì)算缺陷的ERS值時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整入射角β 對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響，則特別有益。按照本發(fā)明所述裝置的一種特別有益的實(shí)施方式，該裝置的控制和分析單元可用 來(lái)自動(dòng)地將超聲波發(fā)射器的發(fā)射角α換算成受檢件中產(chǎn)生的入射角β，以便自動(dòng)補(bǔ)償電 子調(diào)整入射角β對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響。尤其可以因探頭而異地進(jìn)行這種補(bǔ)償。 此外，控制和分析單元實(shí)際上還考慮受檢件材料的超聲特性，例如聲速。為了自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整入射角β對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響，還可以進(jìn)一 步進(jìn)行改進(jìn)，即將本發(fā)明所述裝置的控制和分析單元用來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償因?yàn)殡娮痈淖內(nèi)肷浣铅?而引起的虛擬超聲波發(fā)射器尺寸的變化以及探頭孔徑的變化?？筛鶕?jù)超聲波發(fā)射器的實(shí)際 幾何尺寸朝向超聲波發(fā)射器的垂直于電子地設(shè)置的發(fā)射方向的投影來(lái)得出虛擬超聲波發(fā) 射器尺寸。如果超聲波發(fā)射器以不同于0°的發(fā)射角α進(jìn)行發(fā)射，則可以直接減小虛擬超 聲波發(fā)射器尺寸。由于必要時(shí)要將超聲波發(fā)射器尺寸納入檢出缺陷的ERS值的計(jì)算之中， 因此必要時(shí)必須進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)補(bǔ)償。另一種改進(jìn)方式是，將控制與分析單元用來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償因?yàn)檎{(diào)整發(fā)射角α或入射 角β而引起的耦合輸入點(diǎn)\的位移對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響。這里也可以自動(dòng)補(bǔ) 償耦合塊中隨發(fā)射角α的變化而改變的聲程長(zhǎng)度。最后還可以自動(dòng)補(bǔ)償受檢件中的焦點(diǎn)在發(fā)射角α變化時(shí)由于耦合塊中聲程長(zhǎng)度 的變化而產(chǎn)生的位置變化。最后應(yīng)注意的是，可以基于存儲(chǔ)著的AVG圖以兩種不同的方式來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào) 整入射角β對(duì)待確定的缺陷的ERS值的影響。控制與分析單元一方面可以用來(lái)根據(jù)調(diào)整 入射角β的影響來(lái)將實(shí)際測(cè)量值(即，時(shí)間分辨的回波信號(hào))歸一化，也就是換算成具有 固定入射角β的常規(guī)探頭的測(cè)量結(jié)果，然后利用標(biāo)準(zhǔn)化的AVG圖對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。另一方面可以在創(chuàng)建保存于控制和分析單元中的AVG圖時(shí)考慮電子的角度調(diào)整 對(duì)回波信號(hào)的影響，也就是說(shuō)，在存儲(chǔ)著的AVG圖中已經(jīng)考慮到將要進(jìn)行的補(bǔ)償。本發(fā)明所 述的方法以及本發(fā)明所述的裝置也包括這種實(shí)施方式。關(guān)于本發(fā)明所述裝置以及本發(fā)明所述方法的其它優(yōu)點(diǎn)和特征，可參閱相關(guān)從屬權(quán) 利要求以及以下將根據(jù)附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)解釋的實(shí)施例。


附圖1用于無(wú)損檢測(cè)受檢件的本發(fā)明所述裝置的示意圖，
附圖2a_2c在不同入射位置χ以及不同入射角β條件下記錄的受檢件的A掃描 圖，以及關(guān)于給定的入射角β的最大振幅隨受檢件中深度d變化的曲線，附圖3最大回波振幅隨入射角β變化的關(guān)系圖，附圖4因探頭而異的角度分辨的AVG圖，附圖5探頭上的波束幾何形狀示意圖，附圖6代表試樣的B掃描圖的圖示，在其中通過(guò)相應(yīng)的ERS值來(lái)代表缺陷，以及附圖7根據(jù)附圖6繪制的受檢件的圖示，該受檢件包括多個(gè)具有不同反射特性的 缺陷，附圖8用于檢測(cè)受檢件體積中的缺陷的取決于角度的ERS值的方法的示意圖，以 及附圖9a、9b受檢件體積中兩個(gè)不同缺陷的取決于角度的ERS值的示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖1所示為本發(fā)明所述裝置1的一種實(shí)施例，其可利用超聲波來(lái)對(duì)受檢件100 進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。裝置1包括一個(gè)發(fā)射探頭10，該發(fā)射探頭包括一個(gè)耦合塊16以及一個(gè)安 裝于耦合塊上的超聲波發(fā)射器12。將超聲波發(fā)射器12適當(dāng)布置在耦合塊16上，從而可在 激勵(lì)超聲波發(fā)射器12以發(fā)射超聲波脈沖時(shí)將超聲波脈沖基本上耦合輸入到耦合塊16之 中。耦合塊16可以由例如Plexiglas 有機(jī)玻璃體構(gòu)成，正如現(xiàn)有技術(shù)條件下眾所周知的 一樣。發(fā)射探頭10的元件均被組裝在一個(gè)共同的外殼之中，為了清晰起見(jiàn)，附圖中沒(méi)有繪 出外殼。附圖所示的發(fā)射探頭10是一種斜探頭，其可用來(lái)將超聲波發(fā)射器12射出的超聲 波脈沖以一定的入射角β (相對(duì)于受檢件100的入射面法線測(cè)定的角度)耦合輸入到受檢 件100之中?？梢赃x用斜探頭，但并非一定如此，視應(yīng)用情況而定，也可以使用垂直入射(即 β =0° )的探頭。發(fā)射探頭10中所使用的超聲波發(fā)射器12是一種相控陣超聲波發(fā)射器，也就是說(shuō)， 超聲波發(fā)射器12包括多個(gè)超聲波換能器14，這些超聲波換能器至少形成一個(gè)線性陣列，并 且可以對(duì)其進(jìn)行個(gè)別控制。超聲波換能器14的該至少線性的陣列的縱軸線被定位在以X 標(biāo)志的方向上。通過(guò)有針對(duì)性地調(diào)整各個(gè)超聲波換能器14之間的相位，就能在很寬的極限 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)地改變發(fā)射角α，也就是改變照射方向。發(fā)射探頭10在附圖所示的實(shí)施例中包括一個(gè)機(jī)械式位移傳感器18，該位移傳感 器以機(jī)械方式掃描發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的運(yùn)動(dòng)，并且可將相應(yīng)的位置信息提供 給例如與發(fā)射探頭10相連的控制單元50。位移傳感器18也可以例如按照光學(xué)鼠標(biāo)原理以 非接觸方式工作。位移傳感器18 (無(wú)論哪一種結(jié)構(gòu)型式)優(yōu)選能夠在兩個(gè)相互獨(dú)立的方向 上探測(cè)發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的運(yùn)動(dòng)。如果也能探測(cè)發(fā)射探頭10在受檢件表面 上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則特別有益。根據(jù)US 7，3Μ，910Β2所公開(kāi)的技術(shù)以及2007年6月沈日在 德國(guó)專利申請(qǐng)Az. 102007028876. 1中所公開(kāi)的改進(jìn)實(shí)施方式，完全可以不必使用單獨(dú)的位 移傳感器，因?yàn)榭梢詮某暡òl(fā)射器12的信號(hào)獲取全部位置信息。與發(fā)射探頭10相連的控制單元50可用來(lái)相位準(zhǔn)確地對(duì)布置在發(fā)射探頭10的超 聲波發(fā)射器12中的超聲波換能器14進(jìn)行個(gè)別控制?？刂茊卧?0還可用來(lái)與一個(gè)超聲波 接收器40相連，以便接收從受檢件10反射回來(lái)的、由超聲波發(fā)射器12射入的超聲波脈沖所產(chǎn)生的回波信號(hào)。在附圖所示的實(shí)施例中，布置在發(fā)射探頭10中的超聲波發(fā)射器12也 可作為超聲波接收器40。為此可在發(fā)射出一個(gè)發(fā)射脈沖之后，將包含在超聲波發(fā)射器12中 的獨(dú)立構(gòu)造的可以個(gè)別控制的超聲波換能器14連通到大面積的超聲波發(fā)射器12，此后該 發(fā)射器就會(huì)起到超聲波接收器40的作用。當(dāng)然也可以使用獨(dú)立構(gòu)造的超聲波接收器40，例 如可以將其布置在一個(gè)獨(dú)立構(gòu)造的接收探頭之中。這種獨(dú)立的接收探頭在本實(shí)施例中同樣 也可包括一個(gè)與發(fā)射探頭10的耦合塊16 —樣的耦合塊。為了對(duì)受檢件100進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，例如檢測(cè)隱藏在受檢件100體積中的缺陷102， 可將發(fā)射探頭10與控制單元50相連，然后將發(fā)射探頭10放在受檢件100的表面上。通常 使用一種適當(dāng)?shù)鸟詈蟿﹣?lái)將發(fā)射探頭10聲耦合到受檢件100上，所述耦合劑例如是水、油 或者水基凝膠。所述受檢件100優(yōu)選是一種機(jī)械工件或工具，但也可以是一種生物試樣。檢驗(yàn)者可以將發(fā)射探頭10沿著附圖1中以X標(biāo)志的方向在受檢件100表面上來(lái) 回移動(dòng)，同時(shí)觀察對(duì)應(yīng)于控制單元50的顯示裝置52上的顯示，在附圖所示的實(shí)施例中，該 顯示裝置是整合在控制單元50之中的顯示器。在附圖所示的實(shí)施例中，在顯示裝置52上 顯示A圖像，在該圖像中將對(duì)應(yīng)于給定入射點(diǎn)X的反射超聲波脈沖的振幅表示為隨時(shí)間變 化的函數(shù)。如果發(fā)射探頭10射出的聲束遇到受檢件100體積中的某一個(gè)缺陷102，也就是 說(shuō)遇到能夠反射超聲波的例如缺陷部位、縮孔或裂紋之類(lèi)的結(jié)構(gòu)，那么一部分入射聲束就 會(huì)被反射回來(lái)，然后以同樣的路徑返回到發(fā)射探頭的超聲波發(fā)射器12。如前所述，該發(fā)射器 同時(shí)也起到超聲波接收器40的作用，其可將反射回來(lái)的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后在必要 時(shí)以適當(dāng)方式將該電信號(hào)放大并輸出給控制單元50。在控制單元50中以適當(dāng)方式處理接 收到的回波信號(hào)，該回波信號(hào)是發(fā)射探頭10可以傳輸?shù)碾娦盘?hào)，但也可以是光信號(hào)，該處 理例如可以通過(guò)高時(shí)間分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理來(lái)進(jìn)行。然后在顯示裝置52上顯示 上述A掃描圖形式的信號(hào)。如果射入的超聲波束遇到一個(gè)缺陷102，就會(huì)產(chǎn)生能夠在A掃描 圖中直接看見(jiàn)的回波信號(hào)。優(yōu)選在入射角β固定的情況下實(shí)現(xiàn)上述方法。如果檢驗(yàn)者已采用上述方法來(lái)探測(cè)缺陷102，則要嘗試通過(guò)改變發(fā)射探頭10在受 檢件100表面上的X位置來(lái)使所產(chǎn)生的缺陷信號(hào)的振幅最大化，也就是培養(yǎng)信號(hào)。該信號(hào) 培養(yǎng)也是針對(duì)某一個(gè)固定的入射角β 1進(jìn)行的。附圖加所示是在不同入射點(diǎn)Χ1、Χ2和Χ3 上培養(yǎng)回波信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的A掃描圖。很顯然，由于受檢件100中的聲程變化，會(huì)在不同時(shí) 刻出現(xiàn)回波信號(hào)，此外其最大振幅也會(huì)變化。其原因在于，當(dāng)發(fā)射探頭10在受檢件100表面 上移動(dòng)時(shí)，會(huì)使得聲壓最高的聲錐中心在缺陷102上方移動(dòng)。當(dāng)聲束中心遇到缺陷102時(shí)， 通常會(huì)在回波信號(hào)中產(chǎn)生最大振幅。如果在入射點(diǎn)X改變時(shí)針對(duì)某一個(gè)固定的入射角β 測(cè)定所有回波信號(hào)的包絡(luò)線，就能將回波振幅表示為隨傳播時(shí)間或者隨受檢件100中的缺 陷102的深度變化的函數(shù)，如附圖加的右圖所示?？梢愿鶕?jù)該圖來(lái)確定在所選擇的入射角 β 1條件下產(chǎn)生的最大回波振幅(β 1)。然后檢驗(yàn)者就可以改變?nèi)肷浣铅?，從而能夠針?duì)改變后的入射角β 2再次進(jìn)行相 同的檢測(cè)。按照一種(半)自動(dòng)化檢測(cè)方法所述，也可以自動(dòng)調(diào)整角度，從而產(chǎn)生振幅隨時(shí) 間或者隨受檢件100中的缺陷102的深度變化的曲線圖，如附圖2b的右圖所示。這里在入 射角β2條件下產(chǎn)生的最大回波振幅并非一定要等于第一次所選擇的入射角β 1條件下的 回波振幅，只要不是一種有規(guī)則形狀的缺陷，這里通常甚至存在偏差。
如果補(bǔ)償因不同入射角β 和β 2所引起的不同傳播時(shí)間，則上述包絡(luò)線A^ (β)示意圖中的峰值基本上處在相同的位置隊(duì)。但如果不對(duì)傳播時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，則峰值會(huì) 在不同的位置上。附圖2c所示為在再次改變的入射角β 3條件下執(zhí)行該方法的結(jié)果。就上述方法而言，可以利用相控陣類(lèi)型的超聲波發(fā)射器12的有利的發(fā)射特性來(lái) 以電子方式調(diào)整入射角β。按照另一種替代實(shí)施方式，控制單元50可用來(lái)針對(duì)給定的入射點(diǎn)X通過(guò)改變?nèi)肷?角β的方式來(lái)自動(dòng)地優(yōu)化所產(chǎn)生的回波信號(hào)。如果將不同入射角β條件下產(chǎn)生的最大振幅作為豎軸，將相應(yīng)的入射角β 作為橫軸，就會(huì)得到附圖3所示的曲線圖。現(xiàn)在可以根據(jù)該圖或者所基于的回波數(shù)據(jù)來(lái)確 定檢測(cè)到的缺陷102呈現(xiàn)最大回波振幅時(shí)的入射角β。這樣就能以簡(jiǎn)單的方式來(lái)說(shuō) 明和分析缺陷102的超聲波反射特性的角度關(guān)系。以上所討論的是針對(duì)缺陷102的類(lèi)型對(duì) 所獲得的特性曲線的可能解讀。按照以上所述對(duì)受檢件進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)之前(與具有固定入射角β的探頭的現(xiàn)有 技術(shù)一樣)，首先要確定所謂的AVG圖。AVG圖所表達(dá)的是不同直徑的圓盤(pán)反射體以及平面 延伸的反射體的回波振幅(后壁回波)隨距離變化的函數(shù)關(guān)系，也就是隨受檢件中深度d 變化的函數(shù)關(guān)系。與現(xiàn)有技術(shù)條件下已知的AVG圖以及例如以數(shù)字形式在其中保存因探頭 而異的AVG圖的超聲波檢測(cè)裝置的不同之處在于，按照本發(fā)明所述還能夠以時(shí)間分辨的方 式記錄或者生成AVG圖，且必要時(shí)可將其保存在控制單元50之中。例如附圖4示出在預(yù)定 的圓盤(pán)反射體直徑情況下隨距離d變化或者隨角度β變化的這種AVG圖。為了利用允許以電子方式來(lái)改變?nèi)肷涞绞軝z件100之中的入射角β的相控陣探 頭來(lái)測(cè)定缺陷的ERS值，可能需要以不同的方式來(lái)調(diào)整現(xiàn)有技術(shù)條件下已知的、基于理論 考慮的普通AVG圖(參考US 5，511，425Α)。一方面需要校準(zhǔn)因探頭而異的AVG圖，以便考 慮受檢件材料的超聲特性并且補(bǔ)償因探頭而異的效應(yīng)(例如超聲波換能器的老化)或者發(fā) 射探頭與受檢件之間的耦合變化。為此，在對(duì)受檢件100進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)之前，大多數(shù)檢測(cè)規(guī) 范均要求執(zhí)行一道校準(zhǔn)步驟，以便對(duì)可能已經(jīng)保存在裝置1中的普通AVG圖進(jìn)行校準(zhǔn)。除此之外，在利用相控陣探頭以電子方式改變?nèi)肷浣铅聲r(shí)，還要考慮探頭的超聲 特性也會(huì)因?yàn)榻嵌雀淖兌l(fā)生變化。鑒于這一原因，必須將以前針對(duì)某一入射角確定的普 通AVG圖換算成其它(電子方式設(shè)置的)入射角β。尤其可以在該裝置本身中執(zhí)行這種 換算，從而不需要保存大量針對(duì)不同入射角β的因探頭而異的AVG圖。按照另一種替代方 案，當(dāng)然也可以在裝置1中保存大量涉及多個(gè)入射角β的例如因探頭而異的AVG圖。這里 也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定或者以理論方式計(jì)算AVG圖。如前所述，在采用本發(fā)明所述的裝置時(shí)，能夠以電子方式調(diào)整入射角β。如附圖 5所示，在具有一個(gè)耦合塊的斜探頭情況下，當(dāng)以電子方式調(diào)整入射角β時(shí)，不僅入射到受 檢件之中的聲束的耦合輸入點(diǎn)會(huì)改變?chǔ)う叮耶?dāng)聲束從耦合塊轉(zhuǎn)入到受檢件之中時(shí)，聲束 的直徑也會(huì)變化。也可以將其解釋為超聲波發(fā)射器12的虛擬尺寸變化(D- >D')，采用 上述AVG圖的時(shí)候同樣必須對(duì)該變化加以考慮。以這種方式就能借助簡(jiǎn)單的幾何考慮因素 以及聲學(xué)折射定律來(lái)計(jì)算以電子方式改變?nèi)肷浣铅聦?duì)耦合輸入點(diǎn)的變化以及虛擬超聲波 發(fā)射器(12)的尺寸的影響。
現(xiàn)在為了確定受檢件體積中找到的缺陷的等效反射體尺寸ERS，檢驗(yàn)者(與現(xiàn)有 技術(shù)條件下已知的具有固定入射角β的探頭的裝置一樣)可以在控制單元50的顯示裝置 52上顯示AVG曲線，該曲線對(duì)應(yīng)于已經(jīng)過(guò)電子調(diào)整并且已產(chǎn)生最大回波信號(hào)的入射角 β。在真正檢測(cè)參考缺陷之前就已檢定了 AVG曲線，例如可以將該參考缺陷植入到試塊之 中。所謂“檢定^^的是校準(zhǔn)所用探頭的靈敏性。通常從標(biāo)準(zhǔn)化的所謂"Kl-"或者"Κ2-" 試塊處的后壁回波獲得所需的參考回波(視所用探頭的頻率而定)。由于在這些情況下所 涉及的并不是平面的后壁，因此必須(通常按照探頭制造商的規(guī)定)進(jìn)行圓弧修正。而用 構(gòu)件構(gòu)成的參考反射體則極為罕見(jiàn)。屏幕上顯示的AVG曲線對(duì)應(yīng)于某一個(gè)預(yù)定的等效反射體尺寸，該等效反射體尺寸 則通常對(duì)應(yīng)于檢測(cè)規(guī)范所規(guī)定的記錄極限。如果找到其回波超過(guò)屏幕上所顯示的AVG曲線 的缺陷，則控制單元50就會(huì)例如自動(dòng)地注明所得到的等效反射體尺寸ERS(要么以超過(guò)記 錄極限的dB為單位，或者直接以毫米為單位)。在標(biāo)注脈沖直至所找到的缺陷的傳播時(shí)間 的情況下，檢驗(yàn)者可以在AVG曲線中直接讀取缺陷的等效反射體尺寸ERS。在一種很大程度上自動(dòng)化的檢測(cè)例程中，檢驗(yàn)者按照前述處理方式掃描受檢件 100的表面，直至找到其認(rèn)為可歸因于受檢件100體積中某一個(gè)缺陷102的回波信號(hào)。如有 必要，檢驗(yàn)者可在將本發(fā)明所述裝置1的控制和分析單元50轉(zhuǎn)換到自動(dòng)檢測(cè)模式之前，首 先以手工方式適當(dāng)優(yōu)化缺陷信號(hào)。控制單元50在該模式下適當(dāng)控制超聲波發(fā)射器12，以使 得射入受檢件之中的聲束的耦合輸入點(diǎn)朝向X方向在受檢件100的表面上移動(dòng)。控制單元 50同時(shí)檢測(cè)所產(chǎn)生的缺陷回波的作為耦合輸入點(diǎn)的函數(shù)的振幅，并且確定最大回波振幅。 這時(shí)入射角β保持不變。在隨后的方法步驟中，控制單元50改變?nèi)肷浣?，從而以另一個(gè)角度β 2照射受檢 件100體積中待測(cè)量的缺陷102。控制單元50也通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂瞥暡òl(fā)射器12的方式 改變射入受檢件之中的聲束的耦合輸入點(diǎn)，其中同時(shí)檢測(cè)所產(chǎn)生的回波振幅。這里也可在 調(diào)整好入射角β 2之后確定最大回波振幅( β 2)，即檢驗(yàn)者“培養(yǎng)”缺陷信號(hào)。通過(guò)與一個(gè)或多個(gè)因探頭或角度而異的AVG圖進(jìn)行比較，本發(fā)明所述裝置的控制 單元50就能自動(dòng)確定測(cè)定缺陷102的ERS值。為此，控制單元50將自動(dòng)補(bǔ)償電子改變超 聲波發(fā)射器12的發(fā)射角α對(duì)射入到受檢件之中的超聲波束的耦合輸入點(diǎn)的影響，以及對(duì) 超聲波脈沖從超聲波發(fā)射器12直至缺陷102的傳播時(shí)間的影響。此外控制單元50同樣也 自動(dòng)補(bǔ)償電子改變超聲波發(fā)射器12的發(fā)射角α對(duì)以上所述虛擬發(fā)射器尺寸的影響?？刂?單元50也自動(dòng)補(bǔ)償受檢件中的焦點(diǎn)位置變化以及耦合塊中變化的聲程所引起的耦合塊中 傳播時(shí)間的變化。最后，控制單元50還自動(dòng)將發(fā)射角α換算成入射角β，其中必要時(shí)也考 慮受檢件的材料特性。結(jié)果，不僅能以手動(dòng)執(zhí)行的、而且也能以自動(dòng)執(zhí)行的檢測(cè)方法，獲得受檢件100體 積中所發(fā)現(xiàn)的缺陷102的ERS值以及產(chǎn)生最大缺陷信號(hào)A最大時(shí)的入射角β。然后可以記 錄這些數(shù)據(jù)。如果還存在關(guān)于探頭的位置信息，則可以在例如附圖6所示的B掃描圖中或者在C 掃描圖或S掃描圖中以直觀方式顯示檢測(cè)結(jié)果。那么，可以在B掃描圖中顯示長(zhǎng)度為L(zhǎng)的 條柱，其在受檢件的表面上的X位置對(duì)應(yīng)于計(jì)算出來(lái)的缺陷所在位置\。在Y方向上，條柱 位于深度Dtl之中，這對(duì)應(yīng)于受檢件100體積中的缺陷的計(jì)算深度。此外，將表示測(cè)定缺陷102的條柱的長(zhǎng)度L與按照本發(fā)明所述檢測(cè)方法確定的缺陷的等效反射體尺寸ERS直接關(guān) 聯(lián)起來(lái)。除此之外有利的是，將條柱的方位與產(chǎn)生最大回波信號(hào)時(shí)的入射角β直接關(guān) 聯(lián)起來(lái)。為此，可以相對(duì)于X軸傾斜顯示條柱的縱軸線，以使得條柱垂直于聲傳播方向，該 聲傳播方向?qū)?yīng)于得到最大回波信號(hào)時(shí)的入射角β。附圖6所示B掃描圖中的條柱方位因 此向檢驗(yàn)者直接給出關(guān)于受檢件中的測(cè)定缺陷的方位信息，同樣也可以將該信息記錄并保 存起來(lái)。同樣也可在與控制單元50相連的顯示裝置52上向檢驗(yàn)者顯示附圖6所示的B掃 描圖。控制單元50優(yōu)選還可用來(lái)將所保存的數(shù)據(jù)傳輸給能夠?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行繼續(xù)分析的PC 機(jī)。附圖7所示為受檢件100的另一個(gè)B掃描圖，從中可看出受檢件100體積中的三 個(gè)缺陷102。這些缺陷處在XI、Χ2以及Χ3位置上。在Xl和Χ3位置上發(fā)現(xiàn)的缺陷102表 明回波信號(hào)與入射角之間有很大關(guān)系，也就是說(shuō)，入射角β變化時(shí)產(chǎn)生的最大缺陷回波振 幅的變化超過(guò)某一閾值。據(jù)此可以推斷所涉及的是平面延伸的缺陷102，在附圖7的B 掃描圖中將這些缺陷顯示為基本上一維的符號(hào)。而在Χ2位置發(fā)現(xiàn)的缺陷102則表明回波振幅基本上與入射角β沒(méi)有關(guān)系，也就 是說(shuō)，所產(chǎn)生的回波振幅變化保持在某一預(yù)定的閾值之下。據(jù)此可以推斷是一種統(tǒng)一的三 維延伸的缺陷102，在附圖7的B掃描圖中以一個(gè)二維缺陷符號(hào)表示(例如圖中所示的圓 盤(pán))，其直徑與該缺陷的等效反射體尺寸ERS有關(guān)。附圖8所示為一種同樣也在本發(fā)明所述裝置1中實(shí)現(xiàn)的新方法。在第一個(gè)方法步 驟中由裝置1控制發(fā)射探頭10，以使其將超聲波脈沖以固定的入射角β射入到受檢件100 之中。如果檢驗(yàn)者發(fā)現(xiàn)了受檢件100體積中的某一個(gè)缺陷102，則可以培養(yǎng)缺陷信號(hào)，直至 信號(hào)振幅變?yōu)樽畲?。在下一個(gè)步驟中激活一種“掃描”功能，其中由裝置1控制探頭10，以 使得以電子方式在預(yù)定的時(shí)間間隔之內(nèi)改變射入到受檢件100之中的入射角β。裝置100 還可用來(lái)根據(jù)不同入射角β條件下接收的缺陷回波來(lái)確定最大缺陷回波以及相應(yīng)的入射 角β λ。如果改變發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的位置，那么缺陷回波最大時(shí)的入射 角β就會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)橥ǔＶ挥挟?dāng)超聲波束檢測(cè)缺陷中央時(shí)，才能獲得最大缺陷回波。 如果按照以上所述執(zhí)行電子的角度掃描，則裝置1就能全自動(dòng)地找到缺陷回波變得最大時(shí) 的入射角β。通過(guò)改變發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的位置，可以利用上述方法自動(dòng)地 針對(duì)不同的入射角β確定最大缺陷回波。一方面可以通過(guò)發(fā)射探頭10的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)改變 發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的位置，但也可以按在超聲波發(fā)射器12中的大量個(gè)體超 聲波換能器14之內(nèi)進(jìn)行線性掃描的方式虛擬地改變?cè)撐恢?即所謂的“電子線性掃描”)。如果在設(shè)備中保存了至少一個(gè)例如附圖4所示的可以用理論計(jì)算方式或者利用 實(shí)際測(cè)量得出的AVG圖，則可以根據(jù)該圖從為某一入射角β所確定的最大缺陷回波振幅來(lái) 確定該角度下的缺陷的ERS值。必要時(shí)可能需要在真正檢測(cè)受檢件100之前，根據(jù)不同入 射角條件下在試塊上獲得的參考回波來(lái)對(duì)保存在設(shè)備之中的AVG圖進(jìn)行因探頭或材料而 異的校準(zhǔn)。AVG方法尤其允許自動(dòng)補(bǔ)償不同入射角條件下在受檢件中產(chǎn)生的不同聲程。在確定受檢件100體積中的缺陷102的因角度而異的ERS值時(shí)，裝置1也可以采 用位移檢測(cè)單元18提供的位置信息。如上所述，在第一個(gè)步驟中針對(duì)某一個(gè)固定的入射角 β尋找缺陷回波的振幅變得最大時(shí)發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的位置。檢驗(yàn)者隨后激活裝置1上的〃跟蹤〃功能。當(dāng)激活該功能時(shí)，裝置1就可用來(lái)在發(fā)射探頭10位置變化時(shí)利用適當(dāng)?shù)膸缀斡?jì)算方法來(lái)調(diào)整發(fā)射探頭10上的入射角β，從而 即使當(dāng)發(fā)射探頭位置改變時(shí)，超聲波束也能檢測(cè)受檢件100中的缺陷102中央。當(dāng)發(fā)射探 頭10在受檢件100表面上移動(dòng)時(shí)，可利用上述跟蹤功能，隨時(shí)用超聲波束檢測(cè)所發(fā)現(xiàn)的缺 陷102中央，從而可以將所產(chǎn)生的缺陷回波認(rèn)為是關(guān)于所調(diào)整的入射角β的最大缺陷回 波。因此可以直接通過(guò)改變發(fā)射探頭10在受檢件100表面上的位置的方式，將最大缺陷回 波記錄為入射角β的函數(shù)，然后據(jù)此確定缺陷102的隨角度變化的作為角度β的函數(shù)的 ERS 值。附圖9a和9b所示為受檢件100體積中兩個(gè)不同缺陷102的ERS值隨角度變化的 曲線。附圖9a所示缺陷102的ERS值僅僅隨入射角β微弱變化。顯然這一缺陷102的超 聲反射特性實(shí)際上與超聲波束照射該缺陷的角度無(wú)關(guān)。因此可以認(rèn)為該缺陷至少關(guān)于上述 探測(cè)過(guò)程中改變發(fā)射探頭10位置的空間方向基本上呈各向同性。而附圖9b所示則是其ERS值與入射角β關(guān)系很大的一種缺陷，也就是說(shuō)，缺陷 102的超聲反射特性與超聲波束檢測(cè)缺陷102的角度有很大關(guān)系?？烧J(rèn)為待分類(lèi)的缺陷102 至少關(guān)于移動(dòng)發(fā)射探頭以檢測(cè)ERS值的角度關(guān)系的空間方向呈很大的各向異性。所涉及的 例如很可能是必須記錄的裂紋，因此應(yīng)當(dāng)以適當(dāng)?shù)姆绞?，例如按照之前已?jīng)解釋過(guò)的方式， 在裝置1生成的B掃描圖、C掃描圖或者扇形掃描圖中突出顯示出來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波來(lái)對(duì)受檢件(100)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，包括以下方法步驟a.將定向超聲波脈沖以入射角β射入所述受檢件(100)之中，其中以電子方式調(diào)整所 述入射角β，b.記錄由入射到所述受檢件(100)之中的所述超聲波脈沖產(chǎn)生的回波信號(hào)，c.確定入射位置X0，在該入射位置XO處能夠記錄對(duì)應(yīng)于受檢件體積中的缺陷(102) 的回波信號(hào)，d.確定所述缺陷(10 的ERS值在所述位置XO處變得最大時(shí)的入射角β最大，e.將受檢件(100)表面上的入射位置從XO變?yōu)閄I，其中檢測(cè)所述入射位置的變化，以及f.以電子方式調(diào)整入射角β，以使得所述缺陷(10 的所述ERS值在改變后的入射位 置Xl處最大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成最大ERS值的圖形描繪作為入射角 β的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述受檢件(100)的B掃描圖、C掃 描圖或者扇形掃描圖，其中至少顯示所述受檢件(100)體積中發(fā)現(xiàn)的缺陷(10 的ERS值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，顯示所述受檢件體積中發(fā)現(xiàn)的所述缺陷 (102)隨所述入射角β變化的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整所述入射角β對(duì)所述 缺陷(102)的待確定的ERS值的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，a.使用發(fā)射探頭(10)來(lái)射入定向超聲波脈沖，所述發(fā)射探頭的超聲波發(fā)射器(12)包 括多個(gè)能夠相互獨(dú)立控制的超聲波換能器(14)，并且b.相位準(zhǔn)確地個(gè)別控制所述多個(gè)超聲波換能器(14)，從而改變所述超聲波發(fā)射器 (12)的發(fā)射角α，以便以電子方式調(diào)整所述入射角β。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用至少一個(gè)AVG圖以根據(jù)所述回波信號(hào) 來(lái)確定所述缺陷的所述ERS值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述AVG圖是因超聲波脈沖源而異的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述AVG圖具有隨所述入射角β變化的 關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述AVG圖與所述入射角β沒(méi)有關(guān)系， 并且所述入射角β對(duì)所記錄的回波振幅的影響是以計(jì)算方式來(lái)補(bǔ)償?shù)摹?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在對(duì)所述受檢件(100)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)至少 執(zhí)行一次校準(zhǔn)步驟，其中檢測(cè)由參考缺陷引起的回波的振幅。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述參考缺陷是試塊的后壁或者試孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，針對(duì)多個(gè)入射角β執(zhí)行所述校準(zhǔn)步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所生成的所述缺陷(10 的圖形描繪 中至少顯示所述缺陷(10 的以下某一個(gè)特性a.所述缺陷(102)的ERS值最大時(shí)的入射角β，b.關(guān)于所述缺陷(102)的ERS值是否隨不同的入射角β基本上不變的信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，a.在所生成的圖形描繪中將所述缺陷(10 顯示為條柱，并且b.使用至少一個(gè)以下顯示參數(shù)來(lái)對(duì)待顯示的缺陷特性進(jìn)行編碼 i.顏色， .條柱縱軸線相對(duì)于所述受檢件(100)表面的角度， iii.條柱的基本幾何形狀。
16.一種利用超聲波來(lái)對(duì)受檢件(100)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的裝置(1)，包括a.具有超聲波發(fā)射器(1 的發(fā)射探頭(10)，所述超聲波發(fā)射器(1 將定向超聲波脈 沖以入射角β射入到所述受檢件(100)之中，b.超聲波接收器(40)，用于接收射入到所述受檢件(100)之中的所述超聲波脈沖的回 波信號(hào)，c.控制與分析單元(50)，用于i.控制所述發(fā)射探頭(10)的所述超聲波發(fā)射器(12)，從而激勵(lì)所述超聲波發(fā)射器 (12)射出超聲波脈沖， .處理由所述超聲波接收器GO)所接收的回波信號(hào)，并且iii.根據(jù)能夠?qū)?yīng)于受檢件(100)體積中的缺陷(10 的回波信號(hào)來(lái)確定所述缺陷 (102)的 ERS 值， 其特征在于，d.所述超聲波發(fā)射器(1 包括多個(gè)能夠相互獨(dú)立控制的超聲波換能器(14)，并且e.所述控制與分析單元(50)用于i.相位準(zhǔn)確地個(gè)別控制所述多個(gè)超聲波換能器(14)，從而能夠以電子方式調(diào)整所述 超聲波發(fā)射器(1 的發(fā)射角α并且因此改變射入到所述受檢件(100)之中的入射角β， .確定入射位置X0，在該入射位置處能夠記錄能夠?qū)?yīng)于所述受檢件體積中的缺陷 (102)的回波信號(hào)，iii.確定所述缺陷(10 的ERS值在所述位置XO處變得最大時(shí)的入射角β最大，iv.當(dāng)受檢件(100)表面上的入射位置從XO變?yōu)閄l時(shí)1.檢測(cè)所述入射位置的變化，并且2.以電子方式調(diào)整所述入射角β，以使得所述缺陷(10 的ERS值在改變后的入射位 置Xl處最大。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(1)，其特征在于，所述裝置還用于生成最大ERS值的 圖形描繪作為所述入射角β的函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(1)，其特征在于，所述裝置還用來(lái)生成所述受檢件 (100)的B掃描圖、C掃描圖或者扇形掃描圖，其中至少顯示所述受檢件(100)體積中發(fā)現(xiàn) 的缺陷(10 的ERS值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置(1)，其特征在于，所述裝置(1)還用來(lái)顯示所述受檢 件體積中發(fā)現(xiàn)的所述缺陷(10 的ERS值隨所述入射角β變化的關(guān)系。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(1)，其特征在于，所述裝置還用來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整 所述入射角β對(duì)所述缺陷(102)的待確定的ERS值的影響。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(1)，其特征在于，所生成的圖形描繪是B掃描圖、C掃描圖或者扇形掃描圖。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(1)，其特征在于，所述控制與分析單元(50)用來(lái)在 計(jì)算所述缺陷(10 的ERS值時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償電子調(diào)整所述入射角β對(duì)所述缺陷(10 的待 確定的ERS值的影響。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(1)，其特征在于，所述裝置還包括位移檢測(cè)單元 (18)，該位移檢測(cè)單元(18)用來(lái)檢測(cè)所述探頭(10)在所述受檢件(100)表面上的位置變 化。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置(1)，其特征在于，在所生成的掃描圖中通過(guò)條柱來(lái)表 示缺陷(102)，所述條柱沿其縱軸線延伸的長(zhǎng)度與所述缺陷(10 的ERS值相關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置(1)，其特征在于，在所生成的掃描圖中顯示缺陷 (102)的以下其他特性中的至少一個(gè)特性a.所述缺陷回波的相對(duì)振幅，b.所述缺陷(102)的ERS值最大時(shí)的入射角β，c.相對(duì)缺陷大小，d.引起所述缺陷回波的斜射聲程，以及e.關(guān)于所述缺陷(102)的ERS值是否隨不同的入射角β基本上不變的信息。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置(1)，其特征在于，使用至少一個(gè)以下顯示參數(shù)來(lái)對(duì)待 顯示的其它缺陷特性進(jìn)行編碼a.顏色，b.條柱垂直于其縱軸線的尺寸，c.條柱縱軸線相對(duì)于所述受檢件表面的角度，d.條柱的基本幾何形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用超聲波來(lái)無(wú)損檢測(cè)受檢件(100)的方法，包括以下方法步驟a.將定向超聲波脈沖以入射角β射入受檢件(100)之中，其中以電子方式調(diào)整入射角β；b.記錄由入射到受檢件(100)之中的超聲波脈沖產(chǎn)生的回波信號(hào)；c.確定入射位置X0，在該入射位置處可以記錄對(duì)應(yīng)于受檢件體積中的缺陷(102)的回波信號(hào)；d.確定缺陷(102)的ERS值在位置X0處變得最大的入射角β最大；e.將受檢件(100)表面上的入射位置從X0變?yōu)閄1，其中檢測(cè)入射位置的變化；f.以電子方式調(diào)整入射角β，以使得缺陷(102)的ERS值在改變后的入射位置X1處最大。本發(fā)明還涉及一種用來(lái)執(zhí)行該方法的裝置。
文檔編號(hào)G01N29/30GK102066921SQ200980120640
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者W-D·克萊納特, Y·奧伯多弗 申請(qǐng)人:通用電氣傳感與檢測(cè)科技有限公司