CN103267807B - 一种超声波检测设备中的探头标定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波检测设备中的探头标定方法和装置，所述方法在电接触触点焊接质量超声检测设备中，用于测量的水槽内固定一校准试样，并在探头前往校准试样的路径上设置吸水海绵，在每一个工件开始检测时探头需要归位到校准试样的正上方以校准精度和对探头进行清洁，实现了对超声波探头进行一致性标定以及对探头进行清洁。本发明通过引入校准试样使得实验室的超声检测精度能够延伸到现场的测量设备上，使得测量设备测量的结果是可溯源的。保证了对电接触触点焊接质量的检测在不同的设备上，不同时刻，不同工作环境能够得到一致的检测结果，对设备校准的同时对超声探头进行清洁。

Description

一种超声波检测设备中的探头标定方法和装置

技术领域

本发明涉及一种电接触触点焊接质量超声波检测领域内的方法，具体涉及一种超声波检测设备中的探头标定方法和装置。

背景技术

超声波检测是无损检测中的一种常用方式，也是焊缝质量常用的检测手段。超声波检测中大部分是通过检测超声波通过待测工件后的透射强度或反射强度来判别工件内部的间隙和材质分布状况，一般情况下作定性的检测只需要能够获得工件内部对超声波反射强度的差异即可表征出工件内部的分布特征。

在电接触触点的焊接质量检测过程中通过检测超声波通过焊缝的反射强度的大小来检测和评判焊缝的焊接质量的。由于电接触触点的材质的不同，焊接工艺的不同，其焊缝对于超声波强度的反射程度不完全相同。所以对于电接触触点焊接质量的检测需要定量的超声检测，才能够准确表征出接触触点的焊接质量。

现有对电接触触点焊接质量的检测，多数是借助与其他具有相似原理的设备进行的，对于电接触触点焊接结构的特殊性没有加以考虑，所以在对电接触触点焊接质量进行检测过程中表现出检测结果的不一致性，评判标准的不唯一性，通过检测结果难以准确、充分地表征出电接触触点的焊接质量的好坏。同时对于不同质量的耦合介质水其检测结果也呈现出不一致性。

美国OKOS公司有超声检测产品推出，但是该产品从通用的超声检测的原理出发，没有针对不同电接触触点材料的焊接工艺分析，同时也没有采取措施避免由于耦合介质的变化对超声检测结果的影响。同样美国GE公司也有类似的产品推出，也存在类似的问题。国内西安交通大学也有相应的产品推出，这些都没有针对性的考虑到电接触触点材料的不同而对超声检测结果的影响。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种超声波检测设备中的探头标定方法，通过校准试样对电接触触点焊接质量检测过程中超声反射强度进行标定，使得超声检测强度在各种工况下的基准唯一，将超声检测从定性检测提升到定量检测的过程。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种超声波检测设备中的探头标定方法，包括以下步骤：

第一步，设计校准试样，该校准试样具有唯一的编号。

超声波检测设备出厂标定时，确定检测设备与校准试样的一对一的关系，并于检测设备终身配套使用。校准试样的更换或者变更会影响超声检测设备的精度，需要对超声检测设备进行重新标定。

第二步，将该校准试样与超声波检测设备配有的唯一原始标准试样进行超声反射强度比对，并记录校准试样编号与比对后的结果，用于现场测量时对测量结果进行修正；

具体为：将超声探头摆放在原始标准试样上方f处，f为超声探头的精确焦距，通过超声信号发生器检测超声波经过原始标准试样表面反射后的超声强度为U₀；采用与上述相同的方法检测标号为x的校准试样反射的超声波强度U_x，定义为标号x的校准试样的校准系数。

第三步：将标号为x的校准试样固定于超声检测用的测量水槽中且位置在进行零位校准的路径上，在进行每次测量之前，超声探头移动到该校准试样的正上方，进行焦距调节后，测量超声经过校准试样后的返回强度则得到现场校准系数其中β_x即为超声探头的校正系数，在对待测工件进行检测过程中对检测到的超声强度结果需要做的修正。这样就能保证在不同机器上，不同时刻，不同工况下对同一工件检测得到结果的完全一致。从而构建了完整的数据传递链，保证了测量结果的可溯源性。

优选地，所述超声检测设备的测量水槽内进一步安装有探头清洁部件，所述校准试样与探头清洁部件一起固定并置于测量水槽的一角，位置在进行零位校准的路径上。

优选地，在每一个工件进行测试前，所述超声探头运动到原始标准试样位置处，进行灵敏度的校正，同时通过探头清洁部件擦除超声探头表面的气泡和油污，进行探头端面的清洁，保证本次测量过程中的测量精度。

本发明还提供一种超声波检测设备中的探头标定装置，包括：超声检测设备的测量水槽、超声探头、超声信号发生器以及校准试样，其中：

所述校准试样具有唯一的编号，安装时将该试样固定并置于超声检测设备的测量水槽内且位置在进行零位校准的路径上；

所述超声探头，通过超声信号发生器检测超声波经过原始标准试样表面反射后的超声强度为U₀、标号为x的校准试样反射的超声波强度U_x得到标号x的校准试样的校准系数并且在进行每次测量之前检测超声经过标号为x的校准试样后的返回强度得到现场校准系数γ_x以及超声探头的校正系数β_x， ${\mathrm{\γ}}_x=\frac{U_x^{\′}}{U_0}={\mathrm{\α}}_x{\mathrm{\β}}_x.$

超声反射的强度与超声探头本身、超声信号发生器、耦合介质、被测对象都有关系。探头的更换，超声信号发生器的稳定性，耦合介质水质的变化都会影响到超声反射的强度，所以检测到的反射强度的变化不仅仅包含了被测对象的特性变化。本发明在电接触触点焊接质量的检测过程中引入校准试样，适时和实时对超声反射强度进行同一基准的标定，可以避免检测设备状况动态变化对测量结果的影响，使得超声检测结果为具有统一基准的可溯源的定量检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了电接触触点焊接质量超声波检测系统中的量值传递和测量结果的溯源性，保证了测量结果的准确性。校准试样的引入使得实验室的测量精度能够延伸到现场检测设备中，也使得在不同的检测设备上能够具有相同的检测基准，同时测量过程中对探头进行了清洁，保证了测量的精度。

附图说明

图1为超声检测基准的量值传递示意图；

图2为超声探头的对焦示意图；

图3为标准试样的安装示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图3所示，本实施例提供一种超声波检测设备中的探头标定装置，该装置包括：超声检测设备的测量水槽1、超声探头(图中未标出)、超声信号发生器(图中未标出)以及校准试样2，其中：

所述校准试样2具有唯一的编号，安装时将该试样固定并置于超声检测设备的测量水槽1内且位置在进行零位校准的路径上；

所述超声探头，通过超声信号发生器检测超声波经过原始标准试样表面反射后的超声强度为U₀、标号为x的校准试样反射的超声波强度U_x得到标号x的校准试样的校准系数并且在进行每次测量之前检测超声经过标号为x的校准试样后的返回强度得到现场校准系数γ_x以及超声探头的校正系数β_x， ${\mathrm{\γ}}_x=\frac{U_x^{\′}}{U_0}={\mathrm{\α}}_x{\mathrm{\β}}_x.$

如图3所示，所述超声检测设备的测量水槽内进一步安装有探头清洁部件3，所述校准试样2与探头清洁部件3一起固定并置于测量水槽1的一角，位置在进行零位校准的路径上。

本实施例中，所述探头清洁部件3采用吸水海绵，当然，在其他实施例中，也可以采用与吸水海绵性能相似的吸水柔性材料。

基于上述装置，本实施例提供一种超声波检测设备中的探头标定方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

第一步：在超声检测设备的测量水槽内预置一校准试样，该校准试样具有唯一的编号，安装时将该试样与吸水海绵一起固定并置于测量水槽的一角，位置在进行零位校准的路径上。

本实施例中，采用的校准试样为纯度为99.99％的无氧铜经过磨削并抛光形成25mm×25mm×50mm的长方体块，该试样特性稳定、形状标准、精加工而成。当然，该试样根据检测的对象不同适应性的变化。

第二步：设备出厂过程中将该校准试样与实验室内的原始标准试样进行比对，并记录校准试样编号与比对后的结果。

在实验室条件下采用钢珠法调整探头的焦点位置，比对标准试样和校准试样分别对超声波的反射强度，求取与校准试样一一对应的校准试样的校准系数。原始标准试样为唯一的基准件，探头和用于标定的超声信号发生器为高精度标定件。

更具体的：在实验室内将超声探头摆放在原始标准试样上方f处(f为定制探头的精确焦距)，通过高精度和稳定性超声信号发生器检测超声波经过试样表面反射后的超声强度为U₀。将待出厂超声检测设备中固定的标号为x的校准试样，安置在产品设计中心同样的位置上，通过信号发生器激励，检测反射的超声波强度U_x。则定义为标号x的校准试样的校准系数。

第三步：将标号为x的校准试样固定于超声检测用的测量水槽中，在进行每次测量之前，超声探头移动到校准试样的正上放，进行焦距调节后，测量超声经过校准试样后的返回强度则得到现场校准系数其中β_x即为探头的校正系数，在对待测工件进行检测过程中对检测到的超声强度结果需要做的修正。这样就能保证在不同机器上，不同时刻，不同工况下对同一工件检测得到结果的完全一致。从而构建了完整的数据传递链，保证了测量结果的可溯源性。

第四步：在每一个工件进行测试前，超声探头运动到标准试样位置处，进行灵敏度的校正，同时擦除探头表面的气泡和油污，进行探头端面的清洁。保证本次测量过程中的测量精度。

本实施例中，在电接触触点焊接质量超声检测设备中，用于测量的水槽内固定一校准试样，并在探头前往校准试样的路径上设置吸水海绵。在每一个工件开始检测时探头需要归位到校准试样的正上方以校准精度和对探头进行清洁。

本实施例中，检测设备中校准试样，需要对其进行标定，获得一组与试样编号一一对应的校正系数，用于对测量精度进行校准。如图1所示，通过性能稳定的超声信号发生器，唯一的标准试样对检测设备中的校准试样进行标定，从而完成量值传递过程。

如图2所示，对超声探头实际焦距进行测定时，需要将探头在竖直方向上，左右角度上，前后角度上做微小的调整，使得探头检测到的发射强度为最大，此时探头距离钢珠的距离即时探头的实际焦距。

本实施例检测过程中，使得电接触触点的焊缝平面位于超声探头的焦点平面上，测量其对超声的反射强度，并对其进行修正，使得测量的结果具有严格的量值传递过程。

如图3所示，校准试样和吸水海绵被固定测量水槽内，保持有相对高度，并且吸水海绵位于超声探头移动的路径上。完成对探头的清洁。

综上，本发明采用校准试样对超声波探头进行一致性标定，通过引入校准试样使得实验室的超声检测精度能够延伸到现场的测量设备上，使得测量设备测量的结果是可溯源的。保证了对电接触触点焊接质量的检测在不同的设备上，不同时刻，不同工作环境能够得到一致的检测结果。并且在对设备校准的同时对超声探头进行清洁。

本发明特别适用于超声波检测领域内定量的检测过程，可以改善超声波检测的检测精度，将实验室的测量精度延伸到现场的检测设备中。使得测量结果具有可溯源性，保证了电接触触点超声检测结果的一致性和稳定性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种超声波检测设备中的探头标定方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，设计校准试样，该校准试样具有唯一的编号；

第二步，将该校准试样与超声波检测设备配有的唯一原始标准试样进行超声反射强度比对，并记录校准试样编号与比对后的结果，用于现场测量时对测量结果进行修正；

具体为：将超声探头摆放在原始标准试样上方f处，f为超声探头的精确焦距，通过超声信号发生器检测超声波经过原始标准试样表面反射后的超声强度为U₀；采用与上述相同的方法检测标号为x的校准试样反射的超声波强度U_x，定义为标号x的校准试样的校准系数；

第三步：将标号为x的校准试样固定于超声检测用的测量水槽中且位置在进行零位校准的路径上，在进行每次测量之前，超声探头移动到该校准试样的正上方，进行焦距调节后，测量超声经过校准试样后的返回强度U′_x，则得到现场校准系数其中β_x即为超声探头的校正系数，在对待测工件进行检测过程中对检测到的超声强度结果需要做的修正。

2.根据权利要求1所述的超声波检测设备中的探头标定方法，其特征在于，所述第二步中的比对，是采用超声信号发生器，同时采用探头焦距测定装置和超声探头作为标准探头；原始标准试样为唯一的基准件，超声探头和用于标定的超声信号发生器为标定件。

3.根据权利要求1所述的超声波检测设备中的探头标定方法，其特征在于，所述超声检测设备的测量水槽内进一步安装有探头清洁部件，所述校准试样与探头清洁部件一起固定并置于测量水槽的一角，位置在进行零位校准的路径上。

4.根据权利要求1所述的超声波检测设备中的探头标定方法，其特征在于，在每一个工件进行测试前，所述超声探头运动到原始标准试样位置处，进行灵敏度的校正，同时通过探头清洁部件擦除超声探头表面的气泡和油污，进行探头端面的清洁，保证本次测量过程中的测量精度。

5.根据权利要求4所述的超声波检测设备中的探头标定方法，其特征在于，所述探头清洁部件采用吸水柔性材料。

6.根据权利要求5所述的超声波检测设备中的探头标定方法，其特征在于，所述探头清洁部件采用吸水海绵。