本發(fā)明方法涉及一種超聲檢測(cè)方法，特別涉一種多向可控耦合件將固體表面檢測(cè)轉(zhuǎn)換為固體內(nèi)部檢測(cè)的方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展的背景下，特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，現(xiàn)代工業(yè)朝著高精且尖的方向發(fā)展，在大型固體工件、工業(yè)金屬板狀結(jié)構(gòu)、航天器鍛件、高層鐵塔等各種工業(yè)結(jié)構(gòu)的維護(hù)中，超聲檢測(cè)技術(shù)就在其中扮演了極其重要的角色，超聲無(wú)損檢測(cè)具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、指向性好、檢測(cè)速度快、成本低、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。超聲波進(jìn)入物體內(nèi)部遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，接收器可對(duì)探頭接收的反射波進(jìn)行分析，就能精確地測(cè)出缺陷來(lái)，并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測(cè)定材料厚度等。超聲檢測(cè)作為應(yīng)用最為廣泛的無(wú)損檢測(cè)手段，其利用超聲波在介質(zhì)中的傳播和衰減特性來(lái)檢測(cè)受檢物件內(nèi)部是否存在缺陷的情況，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

但當(dāng)缺陷或裂紋位于固體表面或近表面時(shí)，由于在超聲傳播過(guò)程中縱波的脈沖反射存在盲區(qū)，以及缺陷取向?qū)z測(cè)靈敏度的影響，且由于在近場(chǎng)區(qū)的聲壓有很大的起伏存在近場(chǎng)效應(yīng)，在位于表面和非常接近表面或近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的某些缺陷常常難以檢測(cè)，此時(shí)一般采用的是磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)，現(xiàn)有的固體表面缺陷檢測(cè)方法中不足之處在于：一、磁粉檢測(cè)不適應(yīng)于非磁性材料，固體表面的覆蓋層會(huì)降低檢測(cè)林敏度；二、磁粉檢測(cè)不適用于檢測(cè)延伸方向與磁力線方向夾角小于20°的缺陷；三、磁粉檢測(cè)對(duì)被檢測(cè)件的表面光滑度要求高，檢測(cè)范圍小檢測(cè)速度慢；四、滲透檢測(cè)難以檢測(cè)多孔材料，不適應(yīng)于檢查外來(lái)因素造成的缺陷，且難以定量的控制檢測(cè)操作質(zhì)量；五、磁粉、滲透等檢測(cè)方法受環(huán)境等條件因素影響較大；由此，設(shè)計(jì)一種多向可控耦合件將固體表面檢測(cè)轉(zhuǎn)換為固體內(nèi)部檢測(cè)的超聲檢測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有的固體表面缺陷檢測(cè)技術(shù)的適應(yīng)范圍窄、對(duì)缺陷的規(guī)則形狀有要求、檢測(cè)難以精確定性以及超聲檢測(cè)不能直接檢測(cè)固體表面缺陷等缺點(diǎn)，提供一種將固體表面檢測(cè)轉(zhuǎn)換為固體內(nèi)部檢測(cè)的超聲檢測(cè)方法，且該方法便攜并適應(yīng)于各種條件下的固體表面檢測(cè)。

一種多向可控耦合件檢測(cè)固體表面缺陷的方法，該方法采用的裝置包含生成超聲信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元、多向可控耦合件、收發(fā)探頭陣列和信號(hào)處理單元，其將多向可控耦合件放置于被檢測(cè)固體與收發(fā)探頭陣列之間，檢測(cè)過(guò)程中隨著多向可控耦合件的移動(dòng)和形變使得收發(fā)探頭陣列能在探測(cè)平面上旋轉(zhuǎn)，以及通過(guò)多向可控耦合件的伸縮過(guò)程在垂直于探測(cè)平面的方向上步進(jìn)移動(dòng)，透過(guò)不同厚度的耦合層實(shí)現(xiàn)超聲探測(cè)數(shù)據(jù)的收發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)將固體表面缺陷的檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部缺陷的檢測(cè)，收發(fā)探頭陣列收到的回波信號(hào)由信號(hào)處理單元進(jìn)行特征提取、缺陷識(shí)別并給出檢測(cè)結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述多向可控耦合件，獨(dú)立于收發(fā)探頭陣列與待測(cè)固體，需要進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，多向可控耦合件放置于收發(fā)探頭陣列與待測(cè)固體之間充當(dāng)耦合劑的作用，用來(lái)排除收發(fā)探頭與待測(cè)固體之間的空氣，使超聲波能有效地通過(guò)所述可控耦合件到達(dá)待測(cè)固體表面，且增加了收發(fā)探頭陣列與待測(cè)固體表面的距離，從而使得固體表面缺陷轉(zhuǎn)變成為待測(cè)固體與可控耦合件內(nèi)部缺陷，以達(dá)到超聲檢測(cè)的目的。

進(jìn)一步地，所述多向可控耦合件在使用時(shí)能發(fā)生形變；

伴隨著多向可控耦合件的形變，收發(fā)探頭陣列可以實(shí)現(xiàn)在與探測(cè)表面平行的平面上旋轉(zhuǎn)移動(dòng)、在垂直于探測(cè)平面的方向步進(jìn)移動(dòng)，將固體表面轉(zhuǎn)換為不同深度下的內(nèi)部檢測(cè)。

進(jìn)一步地，與收發(fā)探頭陣列相連接的信號(hào)處理單元，實(shí)時(shí)接收超聲接收探頭的回波信號(hào)，進(jìn)行降噪并特征提取再進(jìn)行狀態(tài)判定識(shí)別，能即時(shí)反饋出固體表面是否存在裂紋、裂紋形狀和裂紋尺寸。

進(jìn)一步地，所述一種多向可控耦合件檢測(cè)固體表面缺陷的方法包含以下步驟：

步驟1：檢測(cè)開(kāi)始前設(shè)置信號(hào)發(fā)生單元所要生成的超聲信號(hào)參數(shù)；

步驟2：選取適量的所需耦合劑形成多向可控耦合件與待測(cè)固體表面緊密貼合；

步驟3：檢測(cè)過(guò)程中伴隨著多向可控耦合件的形變，收發(fā)探頭陣列能做平面旋轉(zhuǎn)接收各個(gè)不同角度的回波信號(hào)，也能做上下步進(jìn)以滿足超聲探頭陣列接收實(shí)際離固體表面不同距離的回波信號(hào)，還能平面旋轉(zhuǎn)與上下步進(jìn)并行檢測(cè)接收多維角度的回波信號(hào)，滿足在不同情形下的檢測(cè)；

步驟4：回波信號(hào)經(jīng)由超聲接收探頭傳至相應(yīng)的信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行降噪處理、特征提取以及信號(hào)分析得到所需要的回波信號(hào)參數(shù)；

步驟5：依據(jù)由多向可控耦合件和待測(cè)固體作為整體所接收的并經(jīng)信號(hào)處理單元處理的回波信號(hào)參數(shù)，來(lái)判定整體內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷的大小長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)換為待測(cè)固體表面是否存在缺陷以及缺陷的大小長(zhǎng)度的判定。

進(jìn)一步地，所述多向可控耦合件由具有透聲性的柔軟材料制作。所述的收發(fā)探頭陣列，位于中央的是超聲發(fā)射探頭，環(huán)繞超聲發(fā)射探頭布置多個(gè)超聲接收探頭，形成“單發(fā)多收”的收發(fā)探頭陣列。使得接收信號(hào)更全面更具完備性，較于“多發(fā)多收”需要多次偏轉(zhuǎn)與聚焦操作，所述的收發(fā)探頭陣列僅需極少次數(shù)的發(fā)射和接收，即可獲得缺陷的具體信息，通過(guò)信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)缺陷的定性分析。

所述的多向可控耦合件，獨(dú)立于收發(fā)探頭陣列與待測(cè)固體，需要進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，多向可控耦合件放置于收發(fā)探頭陣列與待測(cè)固體之間充當(dāng)耦合劑的作用，用來(lái)排除收發(fā)探頭與待測(cè)固體之間的空氣，使超聲波能有效地通過(guò)所述可控耦合件到達(dá)待測(cè)固體表面，且增加了收發(fā)探頭陣列與待測(cè)固體表面的距離，從而使得固體表面缺陷轉(zhuǎn)變成為待測(cè)固體與可控耦合件內(nèi)部缺陷，以達(dá)到超聲檢測(cè)的目的。多向可控耦合件由透聲性好且柔軟的材料制作，根據(jù)應(yīng)用情況選擇合適的材料，當(dāng)使用在光滑固體材料表面時(shí)，可以使用低粘度的耦合劑；當(dāng)使用在粗糙固體表面、垂直表面及頂表面時(shí)，應(yīng)使用粘度高的耦合劑；高溫固體應(yīng)選用耐高溫耦合劑。

所述的多向可控耦合件可在檢測(cè)過(guò)程中可發(fā)生多向形變，滿足收發(fā)探頭陣列如圖4的平面的旋轉(zhuǎn)、伸縮的步進(jìn)、以及平面旋轉(zhuǎn)和伸縮步進(jìn)滿足從各個(gè)不同的角度以及轉(zhuǎn)換為已知深度的超聲檢測(cè)，形成全方位、多角度的檢測(cè)效果。

所述的信號(hào)發(fā)生單元生成線性調(diào)頻信號(hào)，設(shè)置頻率、幅度等參數(shù)以滿足所述檢測(cè)方法超聲信號(hào)的配置條件。

所述的信號(hào)處理單元對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行降噪處理、特征提取以及信號(hào)分析得到所需要的回波信號(hào)參數(shù)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1.本發(fā)明所述方法適應(yīng)于各種材料，不會(huì)因?yàn)椴牧戏谴判远鴻z測(cè)效果失靈，應(yīng)用范圍更廣。

2.本發(fā)明所述方法對(duì)檢測(cè)方向與磁力線方向夾角無(wú)要求，實(shí)現(xiàn)全方位、多角度的固體表面檢測(cè)。

3.本發(fā)明所述方法適合更多的固體表面形態(tài)，能即時(shí)的對(duì)固體表面的狀態(tài)進(jìn)行反饋。

4.本發(fā)明所述方法能適應(yīng)于固體表面因各種因素所造成的缺陷檢測(cè)，且能定量的分析固體的表面。

5.本發(fā)明方法能克服檢測(cè)過(guò)程中的近場(chǎng)效應(yīng)問(wèn)題，且較好的解決

檢測(cè)盲區(qū)的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1a~圖1d為本發(fā)明實(shí)例中超聲檢測(cè)固體表面缺陷方法示意圖；

圖2 為本發(fā)明實(shí)例中超聲檢測(cè)方法超聲信號(hào)流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)例中超聲檢測(cè)方法實(shí)施例示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)例中超聲檢測(cè)過(guò)程中超聲探頭探測(cè)方向示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明方法的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅僅用以解釋本發(fā)明方法，并不用于限定本發(fā)明方法，需指出的是，以下若有為特別詳細(xì)說(shuō)明之過(guò)程或參數(shù)（如超聲信號(hào)處理和計(jì)算），均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)或理解的。

一種多向可控耦合件檢測(cè)固體表面缺陷的方法，結(jié)合了收發(fā)探頭陣列與多向可控耦合件的使用。本實(shí)施例中的多向可控耦合件由硅膠耦合劑材料制作，待測(cè)固體與多向可控耦合件結(jié)合，便于將固體表面缺陷檢測(cè)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部缺陷檢測(cè)。

請(qǐng)參見(jiàn)圖圖1a~圖1d、圖2、圖3、圖4，如圖2所示，其中，待測(cè)固體1出現(xiàn)了表面裂紋2，直接進(jìn)行超聲探測(cè)時(shí)由于近場(chǎng)效應(yīng)，無(wú)法精確探測(cè)到該裂紋。本實(shí)施例結(jié)合使用收發(fā)探頭陣列與多向可控耦合件，將多向可控耦合件3置于收發(fā)探頭陣列與固體表面之間，由于多向可控耦合件具有一定的高度，使得固體表面裂紋轉(zhuǎn)換為內(nèi)部缺陷。其中收發(fā)探頭陣列由超聲發(fā)射探頭4和超聲接收探頭5組成。超聲信號(hào)流程如圖3所示，收發(fā)探頭陣列探測(cè)角度與方位的變化如圖4所示。x-y平面是平行于探測(cè)固體表面的平面，z平面是垂直于探測(cè)固體表面的平面。隨著多向可控耦合件的形變和移動(dòng)，收發(fā)探頭陣列可以沿著x-y平面旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，以進(jìn)行各個(gè)方向、角度的探測(cè)；收發(fā)探頭陣列還可以沿著z軸移動(dòng)、上下步進(jìn)，實(shí)現(xiàn)不同深度的探測(cè)。

所述的收發(fā)探頭陣列，位于中央的是超聲發(fā)射探頭4，環(huán)繞超聲發(fā)射探頭布置多個(gè)超聲接收探頭5，形成“單發(fā)多收”的收發(fā)探頭陣列。使得接收信號(hào)更全面更具完備性，較于“多發(fā)多收”需要多次偏轉(zhuǎn)與聚焦操作，所述的收發(fā)探頭陣列僅需極少次數(shù)的發(fā)射和接收，即可獲得缺陷的具體信息，通過(guò)信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)缺陷的定性分析。

下面結(jié)合圖1、2、3、4，對(duì)具體的固體表面缺陷檢測(cè)方法進(jìn)行描述：

步驟1：檢測(cè)開(kāi)始前，設(shè)置信號(hào)發(fā)生單元所要生成的超聲信號(hào)參數(shù)，以滿足超聲信號(hào)的配置條件。

步驟2：選取適量的硅膠形成多向可控耦合件與待測(cè)固體表面緊密貼合，以滿足所需要的物理?xiàng)l件。

步驟3：檢測(cè)過(guò)程中伴隨著多向可控耦合件的形變?nèi)鐖D1a~圖1d，收發(fā)探頭陣列可平面旋轉(zhuǎn)接收各個(gè)不同角度的回波信號(hào)，如圖1b、1d；或上下步進(jìn)以滿足收發(fā)探頭陣列接收實(shí)際離固體表面不同距離的回波信號(hào)，如圖1a、1c；或同時(shí)平面旋轉(zhuǎn)與上下步進(jìn)檢測(cè)接收多維角度的回波信號(hào)，如圖圖1a~圖1d，以上滿足在不同情形下的檢測(cè)。

步驟4：回波信號(hào)經(jīng)由超聲接收探頭傳至相應(yīng)的信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行降噪處理、特征提取以及信號(hào)分析得到所需要的回波信號(hào)參數(shù)。

步驟5：依據(jù)由多向可控耦合件和待測(cè)固體作為整體所接收的并經(jīng)信號(hào)處理單元的回波信號(hào)參數(shù)，來(lái)判定整體內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷的大小長(zhǎng)度等各種形態(tài)，轉(zhuǎn)換為待測(cè)固體表面是否存在缺陷以及缺陷的大小長(zhǎng)度等各種形態(tài)的判定。

該方法由收發(fā)探頭陣列與多向可控耦合件結(jié)合使用，收發(fā)探頭陣列可平面旋轉(zhuǎn)形成多角度多方位探測(cè)，與多向可控耦合件的結(jié)合使用可前后步進(jìn)從而收集不同距離下的探測(cè)數(shù)據(jù)，即通過(guò)改變多向可控耦合件的高度實(shí)現(xiàn)不同深度的探測(cè)。由于在超聲傳播過(guò)程中縱波的脈沖反射存在盲區(qū)，以及缺陷取向?qū)z測(cè)靈敏度的影響，且在近場(chǎng)區(qū)的聲壓有很大的起伏存在近場(chǎng)效應(yīng)，在位于表面和非常接近表面或近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的某些缺陷常常難以檢測(cè)。本發(fā)明所述的方法能將固體表面或近表面的缺陷轉(zhuǎn)換為固體內(nèi)部檢測(cè)并克服近場(chǎng)效應(yīng)以更好的適應(yīng)超聲檢測(cè)，并且便攜性好，可應(yīng)用于各種條件下的固體表面檢測(cè)。

上述實(shí)施例為本發(fā)明方法較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明方法的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明方法的保護(hù)范圍之內(nèi)。