CN104569155B - 一种表面缺陷电磁超声检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种表面缺陷电磁超声检测方法，属于无损检测技术，解决现有电磁超声检测方法中提离距离的变化影响检测准确度的问题。本发明通过改变电磁超声传感器检测探头的提离距离，测量不同提离距离下标准试样的信号，并进行信号处理，得到提离斜率，利用不同缺陷深度下提离斜率与缺陷深度的关系，建立相应的拟合函数；将检测待测缺陷所得到的提离斜率代入所述拟合函数，达到定量检测缺陷的目的。本发明简单易行，与现有的采用峰峰值强度和透射系数定量检测缺陷的方法相比，本发明可以减少检测探头提离距离的影响，而且不用在检测过程中测量相同提离距离下的无缺陷的检测信号。

Description

一种表面缺陷电磁超声检测方法
技术领域
本发明属于无损检测技术，具体涉及一种表面缺陷电磁超声检测方法。
背景技术
电磁超声检测技术是一种新的超声检测技术，在激励端通过将电磁场转化为声场，使声波在工件中传播；在接收端将声场转化为电磁场，通过测量检测线圈上的电压信号来达到检测缺陷的目的。
根据电磁超声检测原理，相对于压电超声需要采用耦合剂而言，电磁超声不需要与被测试件直接接触，可以与工件表面有一定的提离距离。因此电磁超声检测技术可以广泛的引用在一些快速检测和高温度检测的场合。
目前常用于检测缺陷的电磁超声检测方法主要有：一、通过测量检测信号幅度，根据幅值大小来评估缺陷；二、通过测量信号的透射系数，根据透射系数与缺陷之间的关系来评估缺陷。由于检测过程中，电磁超声探头与工件之间的距离容易发生变化，当提离距离发生改变时，检测信号的幅值大小也会改变，那么此时采用第一种方法来评估缺陷会引起错误；对于第二种方法，需要测量相同提离距离下的无缺陷信号和有缺陷信号，但是在每次检测过程中，无法保证提离距离保持一致。
发明内容
本发明提供一种表面缺陷电磁超声检测方法，解决现有电磁超声检测方法中提离距离的变化影响检测准确度的问题。
本发明所提供的一种表面缺陷电磁超声检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)制作6个材料和形状相同的标准试样，每个标准试样上各自具有矩形凹槽，矩形凹槽的横截面形状相同，深度分别为d1、…d6，单位为mm；
(2)将激励探头和检测探头分别置于标准试样上矩形凹槽宽度方向的两侧，同时保持激励探头与工件的空间位置不变，对激励探头施加脉冲电流，检测过程中保持脉冲电流的频率和强度不变；
(3)在缺陷深度d1下，改变检测探头的提离距离，测量至少两个提离距离h11和h12下分别对应的检测信号S11和S12；所述提离距离单位为mm；
(4)对检测信号S11和S12取对数，得到ln(S11)和ln(S12)，获得ln(S11)和ln(S12)和提离距离h11和h12之间的关系曲线，对该关系曲线进行线性拟合得到首次拟合斜率T1；
(5)分别对提离距离h11和h12与首次拟合斜率T1的乘积取指数，得到exp(T1×h11)和exp(T1×h12)，获得检测信号S11和S12与对应的exp(T1×h11)和exp(T1×h12)之间的关系曲线，对该关系曲线进行线性拟合得到提离斜率K1；
(6)在不同缺陷深度d2、d3、d4、d5和d6下，重复上述步骤(3)～(5)，得到相应的提离斜率K2、K3、K4、K5和K6；
(7)根据不同缺陷深度d1、d2、d3、d4、d5、d6下的提离斜率K1、K2、K3、K4、K5、K6，采用5次多项式拟合得到相应的拟合函数：
d＝a0K5+a1K4+a2K3+a3K2+a4K+a5；
其中，d为待测缺陷深度，K为提离斜率，a0、a1、a2、a3、a4、a5分别为K的5次方、4次方、3次方、2次方、1次方、0次方项的系数；
(8)将激励探头和检测探头分别置于待测缺陷的两侧，同时保持激励探头与工件的空间位置不变，对激励探头施加脉冲电流，其频率和强度与步骤(2)相同；
(9)改变检测探头与工件之间的提离距离，测量至少两处提离距离h01和h02下分别对应的检测信号S01和S02；
(10)按照步骤(4)、(5)同样的方式，得到提离斜率K0；
(11)将得到的提离斜率K0作为K值，代入到步骤(7)所得到的拟合函数中，获得被测试件的待测缺陷深度。
步骤(3)采用至少测量两组提离距离下的检测信号，当测量提离距离的数目越多时，测量精度越高。
本发明通过改变电磁超声传感器检测探头的提离距离，测量不同提离距离下标准试样的信号，并进行信号处理，得到提离斜率，利用不同缺陷深度下提离斜率与缺陷深度的关系，建立相应的拟合函数；将检测待测缺陷所得到的提离斜率代入所述拟合函数，达到定量检测缺陷的目的。本发明简单易行，与现有的采用峰峰值强度和透射系数定量检测缺陷的方法相比，本发明可以减少检测探头提离距离的影响，而且不用在检测过程中测量相同提离距离下的无缺陷的检测信号。
附图说明
图1是本发明的流程框图；
图2是标准试样和被测试件的结构示意图，缺陷的宽度一样，深度不一样
图3是标准试样为6013铝，缺陷深度为0mm，0.5mm，1.0mm，3.0mm，4.0mm和5.0mm处，提离距离为0mm，0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm和1.0mm的取对数检测信号与提离距离之间的关系曲线；
图4是标准试样为6013铝，缺陷深度为0mm，0.5mm，1.0mm，3.0mm，4.0mm和5.0mm处，提离距离为0mm，0.1mm，0.2mm，0.3mm，0.4mm和1.0mm的检测信号与取指数的提离距离之间的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的实施例，如图1所示，包括下述步骤：
(1)制作6个材料和形状相同的标准试样，为长500mm、宽250mm、厚30mm的6013铝板，如图2所示，每个标准试样上在长度方向的中间各自具有矩形凹槽，矩形凹槽的横截面形状相同，长250mm、宽1mm，深度分别为0mm、0.5mm、1.0mm、3.0mm、4.0mm和5.0mm；
(2)将激励探头和检测探头分别置于标准试样上矩形凹槽宽度方向的两侧各150mm的位置，同时保持激励探头与标准试样直接接触，对激励探头施加脉冲电流，脉冲电流的频率为500KHz，脉冲电流峰峰值为20A，检测过程中保持脉冲电流的频率和强度不变；
(3)在缺陷深度0mm下，改变检测探头的提离距离，测量六个提离距离0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm和1.0mm下的检测信号S11、S12、S13、S14、S15和S16；
(4)对检测信号S11、S12、S13、S14、S15和S16取对数，得到ln(S11)、ln(S12)、ln(S13)、ln(S14)、ln(S15)和ln(S16)，获得ln(S11)、ln(S12)、ln(S13)、ln(S14)、ln(S15)和ln(S16)和对应的提离距离0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm和1.0mm之间的关系曲线，对该关系曲线进行线性拟合得到首次拟合斜率T1值为-1.1215，如图3所示；
(5)分别对提离距离0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm和1.0mm与斜率T1的乘积取指数，得到exp((-1.1215)×0)、exp((-1.1215)×(0.1))、exp((-1.1215)×(0.2))、exp((-1.1215)×(0.3))、exp((-1.1215)×(0.4))、exp((-1.1215)×(0.5))，获得检测信号S11、S12、S13、S14、S15、和S16与对应的exp((-1.1215)×0)、exp((-1.1215)×(0.1))、exp((-1.1215)×(0.2))、exp((-1.1215)×(0.3))、exp((-1.1215)×(0.4))、exp((-1.1215)×(0.5))之间的关系曲线，对该关系曲线进行线性拟合得到提离斜率K1值为1.8728；
(6)在不同缺陷深度0.5mm、1.0mm、3.0mm、4.0mm和5.0mm下，重复上述步骤(3)～(5)，得到相应的提离斜率K2、K3、K4、K5和K6，如图4所示
(7)根据不同缺陷深度0.5mm、1.0mm、3.0mm、4.0mm和5.0mm下的提离斜率K1、K2、K3、K4、K5、K6，采用5次多项式拟合得到相应的拟合函数：
d＝0.0021K5-0.0379K4+0.244K3-0.5946K2-0.0259K+1.8728；
(8)将激励探头和检测探头分别置于待测试样缺陷宽度方向的两侧各150mm的位置，同时保持激励探头与标准试样直接接触，对激励探头施加脉冲电流，其频率和强度与步骤(2)相同；
(9)改变检测探头与工件之间的提离距离，测量提离距离分别为0mm、0.1mm、0.3mm和1.0mm下的检测信号；
(10)按照步骤(4)、(5)同样的方式，得到提离斜率K0值为1.3348；
(11)将得到的提离斜率K0作为K值，代入到步骤(7)所得到的拟合函数中，获得被测试件的待测缺陷深度为1.2mm，对比缺陷的实际深度1.3mm，相对误差为7.7％，可以看出采用该方法可准确测量缺陷。

Claims (1)

1.一种表面缺陷电磁超声检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)制作6个材料和形状相同的标准试样，每个标准试样上各自具有矩形凹槽，矩形凹槽的横截面形状相同，深度分别为d1、…d6，单位为mm；
(2)将激励探头和检测探头分别置于标准试样上矩形凹槽宽度方向的两侧，同时保持激励探头与工件的空间位置不变，对激励探头施加脉冲电流，检测过程中保持脉冲电流的频率和强度不变；
(3)在缺陷深度d1下，改变检测探头的提离距离，测量至少两个提离距离h11和h12下分别对应的检测信号S11和S12；所述提离距离单位为mm；
(4)对检测信号S11和S12取对数，得到ln(S11)和ln(S12)，获得ln(S11)和ln(S12)和提离距离h11和h12之间的关系曲线，对该关系曲线进行线性拟合得到首次拟合斜率T1；
(5)分别对提离距离h11和h12与首次拟合斜率T1的乘积取指数，得到exp(T1×h11)和exp(T1×h12)，获得检测信号S11和S12与对应的exp(T1×h11)和exp(T1×h12)之间的关系曲线，对该关系曲线进行线性拟合得到提离斜率K1；
(6)在不同缺陷深度d2、d3、d4、d5和d6下，重复上述步骤(3)～(5)，得到相应的提离斜率K2、K3、K4、K5和K6；
(7)根据不同缺陷深度d1、d2、d3、d4、d5、d6下的提离斜率K1、K2、K3、K4、K5、K6，采用5次多项式拟合得到相应的拟合函数：
d＝a0K5+a1K4+a2K3+a3K2+a4K+a5；
其中，d为待测缺陷深度，K为提离斜率，a0、a1、a2、a3、a4、a5分别为K的5次方、4次方、3次方、2次方、1次方、0次方项的系数；
(8)将激励探头和检测探头分别置于待测缺陷的两侧，同时保持激励探头与工件的空间位置不变，对激励探头施加脉冲电流，其频率和强度与步骤(2)相同；
(9)改变检测探头与工件之间的提离距离，测量至少两处提离距离h01和h02下分别对应的检测信号S01和S02；
(10)按照步骤(4)、(5)同样的方式，得到提离斜率K0；
(11)将得到的提离斜率K0作为K值，代入到步骤(7)所得到的拟合函数中，获得被测试件的待测缺陷深度。
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