CN101122580A - 检查系统和操作方法 - Google Patents

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CN101122580A CNA2007101409152A CN200710140915A CN101122580A CN 101122580 A CN101122580 A CN 101122580A CN A2007101409152 A CNA2007101409152 A CN A2007101409152A CN 200710140915 A CN200710140915 A CN 200710140915A CN 101122580 A CN101122580 A CN 101122580A
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Abstract

本发明提供一种用于检查对象的方法。该方法包括向该对象施加脉冲激发信号,并且检测对于该脉冲激发信号的瞬态响应信号。该方法还包括将该瞬态响应信号与多个正交函数进行卷积,以便生成多个正交分量。

Description

检查系统和操作方法
技术领域
本发明总体上涉及检查系统,更具体来说,涉及用于在对象内进行缺陷检测的脉冲涡流检查系统。
背景技术
希望在金属和其他导电组件和系统(比如飞机机身或输油管线)中进行腐蚀和裂缝检测,以便确保其结构完整性。寻求非破坏性评估(NDE)技术来检查这种组件和系统。常常采用涡流检查技术来检查金属机体组件。为了检查不同深度的腐蚀,希望执行多频率检查。此外,可以采用对于涡流响应的附加的相位分析以便增大信噪比并且改进缺陷检测,这导致一种强有力的多频率和相位分析(MFPA)方法。然而,具有MFPA能力的传统的涡流检查系统典型地采用谐波激发技术,所述谐波激发技术通过每次改变激发频率来使用一系列激发,以便检查所述对象内的不同深度。相应地,使用这些技术来收集检查数据非常耗时。此外,用于谐波激发技术的激发源可能相对较为昂贵。
脉冲涡流(PEC)检查是一种可能的解决方案,其中PEC系统利用激发脉冲的多频率性质来检查一个组件。此外,对PEC响应应用时域分析技术。几种已知的PEC检查系统利用单一数据点来表征PEC响应曲线,比如所述曲线到达最大峰值的时间、所述曲线的过零时间或类似技术。此外,为了检查相对更厚的对象,采用多个时间窗来获得对应于该对象的不同层的数据点。不幸的是,该技术对于与所述对象内的更深的缺陷相对应的信号具有不良低信噪比。某些其他PEC检查系统采用滤波器和瞬态信号的时间平均值来提供更好的抗噪性。然而,这些系统通常专用于特定的应用,并且没有利用谐波激发的EC方法那么全面。此外,这种系统缺乏与利用谐波激发分析的传统EC方法的共性,所述谐波激发分析被NDE团体所采用,并且被检查人员和自动检查系统广泛用于多种工业应用。
因此,希望开发一种为谐波激发技术的MFPA能力提供更快的检查时间和成本相对更低的激发源的检查系统。
发明内容
简而言之,根据本发明的一个实施例,提供一种用于检查对象的方法。该方法包括向该对象施加脉冲激发信号,并且检测对于该脉冲激发信号的瞬态响应信号。该方法还包括将该瞬态响应信号与多个正交函数进行卷积,以便生成多个正交分量。
在另一个实施例中,提供一种用于检查对象的方法。该方法包括:向该对象施加脉冲激发信号;检测对于该脉冲激发信号的瞬态响应信号;以及将该瞬态响应信号与多个函数进行卷积,以便生成多个正交分量。所述函数是从包括以下各项的组中选择的:三角波、矩形波、梯形波及其组合。
在另一个实施例中,提供一种检查系统。该检查系统包括:脉冲发生器,其被配置成提供脉冲激发信号;以及探头,其被配置成接收该脉冲激发信号、把电磁通量传送到待测对象内以及从该对象内的瞬态电磁通量感测并生成输出信号。该检查系统还包括:模拟-数字转换器,其被配置成对来自所述探头的输出信号进行数字化并且提供数字化的瞬态响应信号;以及处理器,其被配置成把该数字化的瞬态响应信号与多个正交函数进行卷积,以便生成多个正交分量。
在另一个实施例中,提供一种检查系统。该检查系统包括:脉冲发生器,其被配置成提供脉冲激发信号;以及探头,其被配置成接收该脉冲激发信号、把电磁通量传送到待测对象内以及从该对象内的瞬态电磁通量感测并生成输出信号。该检查系统还包括至少一个积分器,其被配置成从所述探头接收所述输出信号并且将所述输出信号与多个函数进行卷积,以便生成多个正交分量。所述函数是从包括以下各项的组中选择的:三角波、矩形波、梯形波及其组合。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细描述时,本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解,在附图中,相同的附图标记表示相同的部件,其中:
图1是根据本发明的一个示例性实施例的脉冲涡流检查系统的示意图。
图2是本发明的另一个脉冲涡流检查系统实施例的示意图。
图3的流程图示出了一种利用图1或2的检查系统来检查对象的方法。
图4是利用图1的检查系统获得的瞬态响应信号和示例性正交函数的图形表示。
图5是通过对图4的瞬态响应信号执行离散变换而获得的经过处理的信号在复平面上的图形表示。
图6是利用图1的检查系统获得的对应于单一频率的对象的二维扫描图像。
图7是通过把瞬态响应信号与正弦和余弦函数进行卷积而获得的线性轮廓的图形表示,其是对于来自图6的二维扫描的单一水平线所计算的。
图8是图7的线性轮廓在复平面中的图形表示。
图9是脉冲涡流检查探头和多层对象的示意图。
图10示出了对应于图9的多层对象的不同层的图像。
图11是对于卷积图4的瞬态响应信号所采用的示例性函数的图形表示。
图12是对于卷积图4的瞬态响应信号所采用的另一个示例性函数的图形表示。
图13是对于卷积图4的瞬态响应信号所采用的另一个示例性函数的图形表示。
图14是对于卷积图4的瞬态响应信号所采用的另一个示例性函数的图形表示。
具体实施方式
如下面所详细讨论的那样,本发明的各实施例用于提供一种检查系统,该检查系统为多频率和相位分析(MFPA)能力提供相对较快的检查时间。特别地,本发明便于从对象的单次扫描生成对应于许多频率的图像,从而允许检测该对象的多层内的缺陷。现在参照附图,图1示出了一个脉冲涡流检查系统10,其用于通过探头14检查对象12。该检查系统10包括脉冲发生器16,其被配置成向该探头14提供脉冲激发信号。此外,该探头14被配置成把电磁通量传送到所述对象12内,以及从该对象12内的瞬态电磁通量感测并生成输出信号18。所述脉冲激发把一个较宽的频率范围(f)引入到待测对象12内。此外,该检查系统10包括模拟-数字转换器20,其被配置成对来自所述探头14的输出信号18进行数字化,并且把例如由附图标记22表示的数字化的瞬态响应信号提供给处理器24。
应当注意到,本发明不限于用来执行本发明的处理任务的任何特定处理器。这里使用的术语“处理器”意图表示能够执行对于执行本发明的任务来说所必要的计算或运算的任何机器。术语“处理器”意图表示能够接受结构化的输入并且能够根据所规定的规则处理该输入以便产生输出的任何机器。还应当注意到,本领域技术人员将理解,这里使用的短语“被配置成”意味着所述处理器配备有用于执行本发明任务的硬件和软件的组合。
所述处理器24被配置成把所述数字化的瞬态响应信号22与多个正交函数进行卷积,以便生成将在下面更详细地描述的多个正交分量。在一个实施例中,所述正交函数包括正弦和余弦函数。在某些实施例中,所述探头14可以被附着到一个二维机械光栅扫描器(未示出)上,以便在该扫描器的控制下从所述对象12上的不同位置处获得瞬态响应。在该示例性实施例中,所述处理器24被配置成利用所述正交分量生成对应于由该机械扫描器控制的探头位置的多个线性轮廓。此外,可以通过耦合到该处理器24的显示器28来向用户提供所述线性轮廓的二维曲线图。本领域技术人员将理解,该处理器24可以包括具有嵌入式数字或模拟信号处理的计算算法,以用于卷积所述数字化的瞬态响应信号22并且从所述正交分量生成所述线性轮廓。
图2是本发明的另一个脉冲涡流检查系统实施例40的示意图。在操作中,所述探头14从所述脉冲发生器16接收所述脉冲激发信号,并且从所述对象12内的瞬态电磁通量生成输出信号42。在所示出的实施例中,所述检查系统40包括例如由附图标记44、46和48所表示的多个积分器,所述多个积分器被配置成从该探头14接收输出信号42并且把该输出信号42与多个函数进行卷积,以便生成多个正交分量。此外,在某些实施例中,所述积分器44、46和48被配置成在多个频率下对输出信号42进行卷积,以便生成与所述对象12内的相应深度相对应的多个正交分量。这种函数的非限制性例子包括正弦波、三角波、矩形波、梯形波等等。在所示出的实施例中,该检查系统40包括三个积分器。然而也可以设想数量更多或更少的积分器。与图1的实施例一样,该检查系统40还包括显示器50,其被配置成在复平面内显示从所述正交分量生成的所述线性轮廓的XY散点图。有利的是,这里参照图2描述的实施例可以被实现在具有嵌入式数字或模拟处理的前端电子装置内。因此,所示出的实施例便于实现MFPA而不需要使用高速数字化器或必要的计算机能力来执行与更为复杂的解析函数(比如正弦和余弦函数)相关的数学计算。这种利用集成电路电子装置的硬件实现方式大大提高了所述MFPA计算的信号处理速度。
图3的流程图示出了一种利用图1或2的检查系统来检查对象的方法60。如图所示,把脉冲激发信号施加到对象(步骤62)。在步骤64中,检测到与该脉冲激发信号相对应的瞬态响应信号。把该瞬态响应信号与正交函数进行卷积(步骤66),以便如步骤68所表示的那样生成正交分量。在一个示例性实施例中,所述正交函数包括正弦函数和余弦函数。在一个更为具体的实施例中,该正弦函数采取离散正弦变换的形式,并且该余弦函数是离散余弦变换。这些例子是说明性的而非限制性的。更一般来说,所述正交(如果是复数的话也被称作“酉”)函数可以是被定义在a≤x≤b内的满足下面一般条件的任何函数φi
∫ a b φ i ( x ) φ j * ( x ) dx = K i δ ij
其中对于i=j有δij=1,对于i≠j有δij=0,并且*是复数共轭。
从所述瞬态响应信号生成的所述正交分量代表在所述对象内是否存在缺陷。此外,在某些实施例中,利用所述正交分量生成多个线性轮廓,其被绘制在复平面内,以便产生XY散点图(复平面迹线或Lissajous图)。在一个实施例中,所述复平面是阻抗平面。特别地,对于所选择的频率,利用所述离散变换把矢量轨迹(locus)的实部和虚部映射到该阻抗平面上。在一个实施例中,基于初始时间(T0)与所述正弦函数的零位置之间的差为所述瞬态响应确定相移(φ)。此外,可以利用该相移(φ)来调节所述线性轮廓或XY散点图。在步骤70中,基于所述正交分量执行缺陷检测。下面将参照图4-8描述从所述瞬态响应信号生成正交分量以及基于这种分量进行缺陷检测。
图4是利用图1的检查系统10获得的瞬态响应信号的图形表示80。在所示出的实施例中,横轴表示所经过的时间(t),纵轴表示幅度。响应于所施加的脉冲激发信号从所述对象12(见图1)接收的瞬态响应信号由附图标记86表示。在该示例性实施例中,把该瞬态响应信号86与由附图标记88和90表示的正弦函数和余弦函数进行卷积。对于在图1中示出的实施例,在把该瞬态响应信号86与正交函数88、90进行卷积之前对该瞬态响应信号86进行数字化。本领域技术人员将理解,可以采用多种正交函数来对该瞬态响应信号进行卷积,以便生成用于缺陷检测的正交分量。
在该示例性实施例中,在图4中示出对应于所述卷积步骤的处理时间(Δt)和相移(φ)。应当注意到,可以为该卷积步骤选择该处理时间(Δt),并且其定义所述正交分量的基频(f=1/t)。在某些实施例中,可以利用传统的查找表为谐波激发技术的频率选择所述处理时间(Δt)。此外,可以基于初始时间(T0)与所述正弦函数88的零位置92来确定对应于该瞬态响应信号86的相移φ。还可以采用这种相移φ来调节利用所述正交函数生成的二维曲线图或线性轮廓。
图5是通过对图4的瞬态响应信号86执行离散变换而获得的正交分量100的经过处理的信号的图形表示。如上所述,在所示出的实施例中,把该瞬态响应信号86与所述离散正弦和余弦变换进行卷积,以便生成正交分量。在该示例性实施例中,所述经过处理的信号106的正交分量包括实部(SRe)102和虚部(SIm)104。所述实部和虚部102和104由下面的等式表示:
S Re = 1 N 2 - N 1 Σ n = N 1 N 2 U ( n ) cos ( 2 π ( n - N 1 ) N 2 - N 1 + φ ) - - - ( 1 )
S Im = 1 N 2 - N 1 Σ n = N 1 N 2 U ( n ) sin ( 2 π ( n - N 1 ) N 2 - N 1 + φ ) - - - ( 2 )
此外,从这种正交分量生成的阻抗平面迹线(即Lissajous图)被绘制在复平面上,以便表示所述正交分量100的XY散点图。或者,可以通过相位108(角度量度)和幅度(径向量度)在复平面上表征所述经过处理的信号106。应当注意到,所述正交分量100的经过处理的信号表示通过在第一频率(f1=1/T1)下对所述瞬态响应信号86进行卷积所获得的信号。在某些实施例中,可以对于由下式表示的多个频率重复所述卷积步骤:
f 2 = 1 T 2 , . . . , f n = 1 T n - - - ( 3 )
以便生成各组正交分量,其中每一组正交分量对应于所述对象内的相应深度(Δz)。下面将参照图9和10描述生成各组正交分量以便对多层对象进行缺陷检测。
图6是利用图1的检查系统10获得的对应于单一频率的对象的二维扫描图像110。在所示出的实施例中,该图像110是利用二维机械扫描器(未示出)获得的。用于该扫描的所述对象12是铝板的多层层叠,如下面在图9中所示,其具有位于不同层内的几处人为瑕疵。在所示出的实施例中,所述二维扫描图像110表示对于单一频率从所述瞬态响应信号计算的正交分量的幅度,其中该瞬态响应信号是从所述探头14(见图1)获得的。该对象内的无缺陷区域由附图标记112表示。如前所述,把该瞬态响应信号86(见图4)与正交函数进行卷积,以便生成正交分量。在所示出的实施例中,把该信号86与正弦和余弦函数进行卷积,以便生成所述正交分量。所述二维图像110是对于所述二维扫描中的每个探头位置与正弦函数进行这种卷积的结果。此外,如图7所示,利用这种正交分量从所述二维扫描生成线性轮廓。
图7是通过把瞬态响应信号与正弦和余弦函数进行卷积而获得的对象的线性轮廓120的图形表示,其中该瞬态响应信号是对于穿过所述二维扫描110的中心的一条水平线内的每个位置获得的。在所示出的实施例中,横轴表示探头位置,纵轴表示所述正交分量的幅度,此外,分别用附图标记122和124来表示利用正弦和余弦变换计算的显示出所述对象的不同层内的缺陷的线性轮廓。此外,如图8所示,这种线性轮廓122和124被绘制在复平面上。图8是图7的线性轮廓在复平面132内的图形表示130。在该实施例中,来自图7的线性轮廓120的每一对正交分量122和124由所述复平面132的水平(124)和垂直(122)坐标表示。在该实施例中,在该复平面132上用附图标记134来表示所述对象的不同层内的缺陷。特别地,在该复平面132上以不同的幅度和相位示出位于不同层内的缺陷。在某些实施例中,所述缺陷指示134的相位值可以被用来表示缺陷是否存在,或者被用来表示所述缺陷在所检查对象内的深度。此外,可以通过改变对于所述瞬态响应信号86(见图4)的卷积的时间间隔来执行多频率分析。在该实施例中,对应于所述卷积的时间间隔和相移可以被调节,以便通过表示所述复平面132上的线性轮廓来检测所述对象的多个层内的瑕疵。例如,可以选择相对较长的处理时间来检测所述对象内的位置更深的缺陷。下面将参照图9和10描述通过所述多频率分析来对多层对象进行缺陷检测。
图9是所述脉冲涡流检查探头14和多层对象142的示意图140。如图所示,该对象142包括例如由附图标记144、146、148、150和152表示的多个层。各层144、146、148、150和152可以包括例如由附图标记154、156、158和160表示的缺陷。在操作中,可以通过改变对应于卷积的时间间隔来执行多频率分析,以便检测在各层144、146、148、150和152内是否存在缺陷154、156、158和160,或者检测突起(liftoff)153的存在。如前所述,在把所述瞬态响应从所述探头14转换成复平面表示之后,可以采用幅度和相位分析来检测并且显现诸如154、156、158和160的瑕疵。在操作中,可以调节所述处理时间间隔和相移参数来显现特定层内的瑕疵。在某些实施例中,可以利用一组校准样本来最大化来自位于特定层内的缺陷的信号。此外,在某些实施例中,可以采用一组处理参数来生成几层的同时图像,以便对来自单次扫描的这种图像进行实时处理。
图10示出了对应于图9的多层对象142的不同层的图像170。如图所示,二维扫描图像172包括由所述探头14获得的对应于第一层144的突起参考的指示174。在该示例性实施例中,采用多频率分析来检测后续各层146、148、150和152内的缺陷。例如,对应于层146的图像176包括对于该层146内的缺陷154的指示178。类似地,对应于层148的图像180包括对于该层148内的缺陷156的指示182。此外,该图像180还可以包括对于例如对应于层150内缺陷158的更深层内缺陷的指示184。此外,如图所示,对应于层150的图像186包括对应于缺陷158的指示184和对应于层148内的缺陷156的指示182。此外,图像186还包括对应于层152内的缺陷160的指示188。类似地,对应于层152的图像190包括对应于缺陷160的响应188以及对应于缺陷158的指示184。因此,对应于浅缺陷的指示可以存在于较低频率的图像中。在某些实施例中,可以利用两个或多个图像的线性组合来衰减来自更深缺陷的图像中的浅缺陷的某些指示。
在所示出的实施例中,把来自所述对象142上不同位置的瞬态响应信号与多个正交函数进行卷积,以便生成如上所述的多个正交分量,从而形成对应于不同层144、146、148、150和152的图像172、176、180、186和190。在第一频率下执行所述卷积步骤,并且对于多个频率重复该卷积步骤,以便生成对应于所述对象142内的相应深度的多组正交分量。如前所述,这种正交分量表示在各个层内是否存在缺陷。可以把所述正交分量的实部(x分量)和虚部(y分量)转换成相位和幅度等等。在该示例性实施例中,所述正交函数包括正弦函数和余弦函数。然而,如在上面关于在图2中示出的嵌入式电子装置实施例所讨论的那样,可以采用其他简化函数来对所述瞬态响应信号进行卷积,以便生成正交分量。图11-14示出了可以被用来对从探头14获得的所述瞬态响应信号进行卷积的示例性函数。
如图11和12中所示,例如由附图标记204和206表示的矩形函数可以被用来近似正弦或余弦函数202,以便对瞬态响应信号进行卷积。类似地,如图13和14中所示,可以使用三角函数208或梯形函数210来近似所述正弦或余弦函数202,以便对所述瞬态响应信号进行卷积。本领域技术人员将理解,可以使用多个其他函数来对该瞬态响应信号进行卷积,以便生成表示对象内缺陷的正交分量。图11-14中所示出的相对简单的函数例如被用于上面参照图2所描述的嵌入式电子装置实施例。
上面描述的方法和系统的各方面可以用在不同的NDT应用中,比如用在航空、油、气工业中。上面描述的方法和系统允许通过多频率和相位分析(MFPA)在组件中进行缺陷检测,所述多频率和相位分析利用了来自涡流传感器的瞬态涡流响应。特别地,所述方法和系统利用了单次二维扫描来生成对应于几个频率的图像,其允许在一个对象的多层内进行缺陷检测。有利地,这些方法和系统提供更快的检查时间和成本相对更低的激发源,同时对于与所述对象内的更深缺陷相对应的信号提供相对较高的信噪比。此外,如上所述的对瞬态响应进行处理并且在复平面内对正交分量进行成像的方法提供了一个强有力的工具,其已经由当前的EC系统用于谐波激发。训练现有的EC系统的操作员来对各种缺陷的复平面迹线(Lissajous图)表示进行操作,并且对所述Lissajous图的解释包括在用户手册中。有利地,上面描述的对所述PEC响应的处理使用了先前开发的并且被广泛采用的EC成像惯例的优点。
虽然在这里仅仅说明及描述了本发明的某些特征,但是本领域技术人员将能够想到许多修改和改变。因此,应当理解的是,所附权利要求书意图覆盖落在本发明真实范围内的所有这种修改和改变。
部件列表
10   PEC检查系统
12   对象
14   探头
16   脉冲发生器
18   响应信号
20   ADC
22   数字化的信号
24   处理器
26   二维曲线图
28   显示器
40   PEC检查系统
42   响应信号
44-48积分器
50   经过处理的信号
60   用于检查的处理
62-70处理步骤
80   PEC响应和变换函数
82   时间
84   幅度
86   PEC响应信号
88   正弦函数
90   余弦函数
100  复平面上的经过处理的信号
102  实部
104  虚部
106     经过处理的信号
108     相位
110     2d扫描
112     无缺陷区域
120     对应于缺陷的线性轮廓
122     利用正弦变换计算的线性轮廓
124     利用余弦变换计算的线性轮廓
130     复平面上的线性轮廓
132     复平面
134     对应于单一频率的轮廓
140     用于多层对象的检查系统
142     对象
144-152 层
154-160 缺陷
170     对应于不同层的图像
172     对应于第一层的图像
174     2d扫描
176     对应于第二层的图像
178     对应于第二层内缺陷的响应
180     对应于第三层的图像
182-184 对应于第三和第四层内缺陷的响应
186     对应于第四层的图像
188     对应于第五层内缺陷的响应
190     对应于第五层的图像
202     正弦或余弦函数
204     矩形函数
206     矩形函数
208     三角函数
210     梯形函数。

Claims (10)

1.一种用于检查对象的方法,该方法包括:
向该对象施加脉冲激发信号;
检测对于该脉冲激发信号的瞬态响应信号;以及
将该瞬态响应信号与多个正交函数进行卷积,以便生成多个正交分量。
2.权利要求1的方法,还包括:利用所述正交分量生成多个线性轮廓。
3.权利要求2的方法,还包括:在复平面内绘制所述线性轮廓。
4.权利要求1的方法,其中,所述正交函数包括正弦函数和余弦函数。
5.权利要求1的方法,其中,在第一频率f1=1/T1下执行所述卷积步骤,并且对于多个频率{f2=1/T2,...,fn=1/Tn}重复该卷积步骤,以便生成多组正交分量,其中每一组正交分量对应于所述对象内的相应深度Δz。
6.权利要求1的方法,其中,所述正交分量表示在所述对象内是否存在缺陷。
7.一种用于检查对象的方法,该方法包括:
向该对象施加脉冲激发信号;
检测对于该脉冲激发信号的瞬态响应信号;以及
将该瞬态响应信号与多个函数进行卷积,以便生成多个正交分量,其中所述函数是从包括以下各项的组中选择的:三角波、矩形波、梯形波及其组合。
8.一种检查系统(10),包括:
脉冲发生器(16),其被配置成提供脉冲激发信号;
探头(14),其被配置成接收该脉冲激发信号、把电磁通量传送到待测对象(12)内以及从该对象(12)内的瞬态电磁通量感测并生成输出信号(18);
模拟-数字转换器(20),其被配置成对来自该探头(14)的所述输出信号(18)进行数字化并且提供数字化的瞬态响应信号(22);以及
处理器(24),其被配置成把该数字化的瞬态响应信号(22)与多个正交函数进行卷积,以便生成多个正交分量(26)。
9.一种检查系统(40),包括:
脉冲发生器(16),其被配置成提供脉冲激发信号;
探头(14),其被配置成把电磁通量传送到待测对象(12)内以及从该对象(12)内的瞬态电磁通量感测并生成输出信号(42);以及
至少一个积分器(44),其被配置成从该探头(14)接收所述输出信号(42)并且将所述输出信号(42)与多个函数进行卷积,以便生成多个正交分量,其中所述函数是从包括以下各项的组中选择的:三角波、矩形波、梯形波及其组合。
10.一种检查对象的方法,该方法包括:
向该对象施加脉冲激发信号;
检测对于该脉冲激发信号的瞬态响应信号;
将该瞬态响应信号与正弦函数和余弦函数进行卷积,以便生成多个正交分量;以及
利用所述正交分量检测该对象内的缺陷,
其中,所述正交分量是从包括以下各项的组中选择的:实部(x分量)、虚部(y分量)、相位、幅度及其组合。
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