CN105424818B - 无损焊缝检验中的动态选通的系统和方法 - Google Patents
无损焊缝检验中的动态选通的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105424818B CN105424818B CN201510293791.6A CN201510293791A CN105424818B CN 105424818 B CN105424818 B CN 105424818B CN 201510293791 A CN201510293791 A CN 201510293791A CN 105424818 B CN105424818 B CN 105424818B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ndt
- weld
- weld seam
- phased array
- echo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 title abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 18
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 8
- 238000013481 data capture Methods 0.000 claims description 8
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 21
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 14
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/4463—Signal correction, e.g. distance amplitude correction [DAC], distance gain size [DGS], noise filtering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/265—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/32—Arrangements for suppressing undesired influences, e.g. temperature or pressure variations, compensating for signal noise
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/023—Solids
- G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/26—Scanned objects
- G01N2291/267—Welds
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/26—Scanned objects
- G01N2291/267—Welds
- G01N2291/2675—Seam, butt welding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及一种无损焊缝检验中的动态选通的系统和方法。针对焊缝检验所配置的相控阵列超声检验系统包括利用自动化优化选通以考虑到相控阵列探测器和焊缝线之间的实际距离的数据分析处理。该系统体现焊缝追踪模块和动态选通模块。该追踪模块基于回波信号来产生焊缝线的动态校正覆层，其中该动态校正覆层相对于相应的初始覆层具有一系列偏移。该动态选通模块有目的地定位多个数据分析选通器以滤除与焊缝无关的源所引起的噪声信号，并且提供调整了至少一部分偏移的动态目标选通。
Description
技术领域
本发明通常涉及用于进行无损测试/检验(以下称为NDT/NDI)的方法和系统，尤其涉及利用在相控阵列超声检验或后检验期间获得的响应信号所引导的动态选通的定位数据解释辅助。
背景技术
相控阵列超声测试(PAUT)是应用于工业无损测试的超声测试(UT)的高级方法。常见的应用是在诸如焊缝等的制品中查找裂纹。
从技术上已知为单片探测器的单元件(非相控阵列)探测器沿固定方向发出光束。为了对大量材料进行测试，传统的探测器必须以物理方式移动经过关注区域或开始在关注区域内扫频或扫描光束。
作为对比，来自PAUT探测器的光束可以在无需使该探测器移动的情况下以电子方式移动，并且可以高速扫过大量材料。由于PAUT探测器由各自可以按计算机所计算的定时单独产生脉动的多个小元件构成，因此能够对该光束进行控制。术语相控是指定时，并且术语阵列是指多个元件。将促成光束形成的探测器的元件定义为光束的孔径；孔径可以包括PAUT探测器的元件的一部分或全部。
在焊缝的典型检验期间，按各种入射角度从一个或多个孔径产生多个光束。这些光束生成示出与零件内的缺陷相关联的超声波在(预期找到缺陷的)所扫描焊缝的关注区域上的反射(或衍射)的图像。对于孔径固定并且仅角度改变的情况，将图像称为扇形扫描或s扫描。
为了具有适当覆盖范围的焊缝区域，几乎始终要求组合来自焊缝的两侧的检验。为了定义该检验，标准和规范做法涵盖用于定义探测器和光束结构的指导，其中示例是美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)的无损检测(第V部分)锅炉和压力准则(Nondestructive Examination(Section V)Boiler and PressureCode)。焊缝检验通常涉及楔形件的使用，其中该楔形件定义第一机械入射角度以产生切变波在衍射角度为40～70度的范围内的s扫描、以及通过以与焊缝轴平行的方式移动探测器结构来进行的焊缝的机械扫描。
与利用相控阵列超声扫描的焊缝检验相关联的反复出现的问题是将相关指征与楔形件内的声学反射、涉及模式转换的各种超声路径或来自焊缝几何形状自身的反射(称为几何回波)区分开。
图1a示出可用于使用相控阵列探测器106a和106b来对扁平零件102中的焊缝104进行检验的各种位置的一些常见问题。通过进行NDI超声检验，检验员通常以零件102的特定区域作为对象以筛查缺陷。然而，声音必须在零件102中行进不必进行筛查的距离、例如超声光束108的第一腿部。
例如，来自裂纹112的回波在PAUT检验中可能是有害的。在很多时候，这些噪声回波将在与焊缝检验无关的区域中出现。为了提高信噪比(SNR)，通常的做法是检验员定义用以选择这些检验员想要保持信号的哪个区间的选通器。(选通器外的信号从俯视图/侧视图表示中被丢弃)。可以配置数种选通器以沿着超声光束108、零件的深度范围或者在本发明中为焊缝截面上的2D多边形120和122(这里被称为2D选通器)来选择特定区间。
2D选通的一个示例是使用选通器120来筛查焊缝104的整个截面以使得能够分析来自该焊缝的所有信号，但丢弃来自裂纹112的噪声回波。2D选通器122可用于仅筛查焊缝的熔接截面以分析指征118，但丢弃来自裂纹112的噪声回波。另一2D选通器可用于仅筛查焊缝的焊趾裂缝截面以使得能够分析缺陷但丢弃来自裂纹112的噪声回波、或者仅筛查焊缝的本体以分析孔隙率但丢弃来自裂纹112的噪声回波。
继续参考图1a，2D选通器允许选择与零件102中的同超声光束108相关联的信号的真正来源有关的信号；这是用于提高信噪比的最有效的选通处理。选择该信号丢弃了来自裂纹112的噪声回波，并且保持有效的指征118以供分析。这种选通器还可用于帮助标识在焊缝104的特定截面中发生的缺陷类型。2D选通器的主要输出是使用彩色或灰阶调色板的俯视图和/或侧视图，其中在这些俯视图和/或侧视图上，对噪声信号进行过滤以保留仅与2D选通器120和122的检验有关的信息。
图1b是使用连接两个相控阵列探测器106a和106b的手动扫描器404的简化表示的示例扫描的示意图。将各探测器放置在零件102中的焊缝104的各侧上。然后使该扫描器沿着焊缝以扫描路径406和扫描路径408所表示的运动移动。如可以看出，这些路径并非完全笔直，并且这些路径向左右漂移，这导致相对于焊缝发生机械漂移。
扫描路径406和408这两者是相同的，但根据探测器位置而沿着焊缝发生偏移。期望探测器具有相干选通和自动调整裂纹指征相对于焊缝的位置的追踪，以使得可以使来自多个探测器的信息相关联。
图1a和1b中的这些概念、特别是2D选通器的使用在相对于焊缝定位探测器并且保持该相对距离在所有获取中均恒定时要求良好的精度。这利用自动化系统难以实现，并且在进行漂移不可避免的手动扫描的情况下甚至更难以实现。
由于零件覆层帮助检验员使裂纹指征相对于焊缝几何形状的相对位置可视化，因此是NDT/NDI领域中包括NDI数据分析的现有做法的许多范围内的已知概念。为了对PAUT信号进行分析，当前的一般做法是手动调整探测器到焊缝距离，以适合PAUT视图上的示出焊缝截面中的信号并且与堆焊层上的零件的几何形状有关的回波。本发明的目的之一是使该数据分析操作针对扫描的所有位置均自动化。
在自动环焊缝检验中通过使用区域判别技术发现了针对该问题的解决方案。使用PAUT来检验管道环焊缝已在诸如美国机械工程师协会2005(Michael Moles、Noel Dubé、Simon Labbé和Ed Ginzel所编著的)文章“Pipeline Girth Weld Inspection usingUltrasonic Phased Arrays”等的各种文献中进行了说明，并且被并入诸如2011ASTM E-1961-11文献“Standard Practice for Mechanized Ultrasonic Testing of GirthWelds Using Zonal Discrimination with Focused Search Units”等的工业标准规范中。实际上，该技术涉及在预计会产生缺陷的特定区域中对信号进行精确选通。该方法的缺点是相对于焊缝定位探测器所需的非常高的精度水平，这使该方法仅适合高精度自动化检验。
另一解决方案是通过使用深度相关选通器，通过研究在所检验的零件厚度范围中所报告的每一个指征来对检验期间所获取到的数据进行全面分析。尽管该方法适用于手动检验，但该方法还耗时而且依赖于操作员。
在诸如美国专利8,365,602等的现有做法中使用若干自动化焊缝追踪方法，但这些方法通常要求直接到达焊缝区域。这些方法要求位于焊缝顶部的附加探测器，并且通常仅适合定期和可预测的焊接过程。
因此，期望具有允许在不使用精确定位扫描器的情况下对焊缝检验用的超声信号进行精确选通的方法。
还期望该方法尽可能独立于操作员。
还期望该方法仅使用现有或所需的硬件，而无需额外的专用追踪探测器或其它外部装置。
还期望该方法适用于相对苛刻的焊接条件。
发明内容
公开了一种用于利用超声相控阵列NDT来辅助对焊缝进行检验的引导系统和方法。在典型实施例中，引导系统辅助使用相控阵列超声技术来检验板状V槽对接焊缝。优选地，基于零件的已知几何参数，使用现有的自动化结构助手来沿着焊缝中心线设置初始探测器。相控阵列系统的获取单元是根据这些参数配置成的，并且准备好进行检验。
该引导系统体现NDI数据获取单元，其中该NDI数据获取单元包括连接至软件模块的超声相控阵列探测器。该软件模块分析PAUT信号以确定其几何回波位置，并且将该信息提供至显示单元和后数据获取单元。该后数据获取单元将PAUT信号的追踪信息记录在追踪模块中以进行随后的追踪分析。选通模块可以使用来自追踪模块的结果以应用探测器的位置相对于焊缝的精确放置。
显示单元除所获取数据外，还示出根据软件模块的数据分析来定位的零件的覆层；这可以作为检验期间的现场辅助来进行、或者用于后检验分析。该显示单元可以利用位置编码器，但不必依赖于位置编码器的使用。
可以将本发明的新颖方面总结为包括以下：用以将作为零件/焊缝图的数据解释直接定位在扫描数据上的图像追踪算法；以及使用所述位置数据来对扫描数据应用体积相干选通器，并且产生信噪比更好的针对性PAUT显示。
附图说明
图1a和1b(现有技术)是示出与使用相控阵列超声扫描的焊缝检验相关联的现有做法中反复出现的测量问题的示意图。
图2是根据本发明的具有应用于数据分析处理的自动化且优化的选通的NDT/NDI系统的示意图。
图3是根据本发明的应用了精确选通的实际PAUT信号的示意性图像图。
图4a和4b是具有可用于隔离几何信号的几何回波追踪模块的追踪选通器的示意图。
图5a和5b是利用几何回波追踪模块的示例性扫描和结果堆焊层的示意俯视图。
图6a和6b是可用于使探测器信号相关联、并且使得能够使在扫描器内机械连接的至少两个相控阵列探测器共同工作的多个回波的示意图。
图7a和7b是示出根据本发明的应用于数据分析处理的自动化优化选通的步骤的流程图。
图8是详述使应用于数据分析处理的选通方法自动化和优化的步骤的流程图，其中在该数据分析处理中，利用几何回波追踪模块来使相控阵列探测器和焊缝表面之间的测量位置自动化。
具体实施方式
参考图2，相控阵列检验系统300是针对焊缝检验所配置的，从而使得能够考虑到相控阵列探测器和焊缝线之间的实际距离利用自动化优化选通来进行数据分析处理。如从图2可以看出，系统300包括：至少一个相控阵列探测器106，其可用于将超声能量发射到诸如图1b的104的焊缝线等的焊缝线内，并且接收响应回波并提供相应的电子回波信号；数据获取单元304，用于从探测器106接收电子回波信号并按照预定聚焦法则向探测器106发送命令；数据和处理分析模块302，用于处理并分析电子回波信号，标识焊缝中的异常，并且指示显示模块312显示该异常。
分析模块302还包括：追踪模块306，用于基于回波信号来产生焊缝线的动态校正覆层，其中该动态校正覆层相对于初始覆层存在一系列偏移；选通模块310，用于提供调整了至少一部分偏移的动态目标选通。
更具体地，进一步参考图5b，追踪模块306基于诸如818(图5b)等的几何相关回波的位置来推导(图5b中随后所示的)相对机械漂移820，并且将从探测器到焊缝中心的校正距离提供至文件存储模块308、显示单元312和选通模块310。选通模块310根据该校正距离值对相控阵列UT数据进行选通，并且允许进行优化的噪声滤波。这样得到通过动态选通有效地滤除了噪声的更加精确且更直观的测试结果。
为了说明针对上述问题的新颖解决方案，图3呈现示例性实际PAUT扫描图像。如从图3看出，顶部是实际PAUT扫描的俯视图表示。该俯视图未经选通，并且示出超过信号振幅的某个阈值的所有信号。(位于焊缝104的左侧的)相控阵列探测器106接收包括多个光束(诸如光束902和光束906等)的信号，从而确保在同一扫描中覆盖了焊缝的盖部(cap)区域和根部(root)区域这两者。因而，相控阵列探测器106接收来自盖部1002和根部1004的回波信号，而且还接收来自缺陷116的信号和来自裂纹112的噪声回波。
利用2D追踪选通器712和2D追踪选通器704过滤来自裂纹112的噪声回波。使第一俯视图表示隔离来自焊缝盖部1002的回波，并且使第二俯视图表示隔离来自根部1004的回波。在PAUT扫描图像中间歇看见来自根部1004的回波，但在该扫描的上部可以标识小的漂移1006。该漂移实际与在选通后的区域中存在缺陷116相关联。
因此，由于缺陷116在根部回波的追踪选通器712内，因此追踪选通器712也可以包括该缺陷116。来自盖部1002的回波不太一致，并且包括利用追踪选通器704可以去除的若干噪声。基于该示例，不可能使用来自所计算曲线1010或来自所计算曲线1012的任何追踪选通器信息来得到实际的探测器到焊缝距离。
继续参考图3，本发明的新颖方面是利用用于在所定义的限制内产生机械漂移以从曲线1010和1012滤除虚假信息的分开的追踪选通器。这将在动态校正覆层的位置中产生若干间隙。可以使用追踪选通器704和712的有效位置之间的插值来填充这些间隙，并且可以提供校正后的探测器到焊缝中心值。使用分开的选通器的优点是由于分开的源即112和116所引入的噪声不是恰好在相同的波形处出现的，因此这些噪声可以抵消。这还使得能够使用诸如焊缝根部1004和焊缝盖部1002之间的固定水平距离等的其它已知参数作为交叉参考，以减少受到噪声的不利影响的位置数据。本领域技术人员能够理解，如果不使用分开的选通器，则来自根部信号和盖部信号的噪声可能会同时出现在一个特定波形中，因此这些信号均不能被视为可靠而用于与其它已知参数的交叉参考。
实际上，几何回波在焊缝盖部或焊缝根部中可以具有多个源。为了涵盖这些状况，作为替代实施例，可以添加可选的附加处理以针对各选通器生成诸如1012和1014等的多个曲线。为了实现这点所提出的方法使用诸如光流处理等的模式移动分析工具，以产生示出探测器相对于焊缝的一般横向移动的趋势线。必须理解，这种处理将提供一个扫描位置和下一扫描位置之间的位移的一般情况，但预期相对于焊缝的实际位置的漂移将出现并且在给定扫描距离内累积。因而，代替使用趋势线作为绝对可靠信息，转而使用该趋势线来对在焊缝几何形状内具有共通源(例如，盖部的中心)的振幅大的指征进行重新分组。因而将各组重新分组后的信息表示为诸如1012或1014等的单独曲线以用于其余处理。利用该方法，不具体限制针对各选通器可以生成的曲线的数量。
继续参考图3，进一步说明使用互相关(众所周知的信号处理工具)来评价曲线1010和1012之间的数据的处理。这种情况下的互相关处理使用曲线1010和1020内的滑动窗口算法元素，以同时在这两个曲线之间的相应位置处比较给定长度内的信号。超过所定义的阈值的互相关表示数据的足够的可靠性。因而，可以通过在给定扫描位置处求出覆层位置与曲线1010和1012之间的最佳匹配来在这些位置处测量机械漂移。
互相关处理还可被配置为利用来自两个以上的相控阵列探测器的不同追踪曲线来进行工作。通过评价各个体曲线之间相互的互相关，可以选择互相关最佳的两个曲线，然后与预定义的阈值进行比较。然后，可以向该处理应用任何数量的探测器，只要这些探测器在扫描器内机械连接即可。
图4a和4b示出使用追踪选通器704和712以使得能够自动标识零件102中的几何回波的方式的示意图。目的是使特定几何回波与噪声隔离，而且还与其它几何回波隔离，以使得能够分别追踪来自与焊缝几何形状相关联的各种源的回波。
通常，对于PAUT焊缝检验，在各探测器的焊缝盖部和焊缝根部这两个特定位置处产生与焊缝几何形状有关的回波。图4a示出选通的第一位置，其中针对左侧的探测器，相对于初始探测器距离来配置针对盖部回波的追踪选通器704以监测右侧盖部角706处的信号。图4b示出第二选通位置；在这种情况下，针对左侧的探测器，相对于初始探测器距离来配置追踪选通器712以监测根部回波714的右侧的信号。该操作的输出是一系列俯视图表示，其中各俯视图是通过扫描的特定几何形状相关回波的具体可视化。
图5a和5b是利用图4a和4b所示的选通配置通过检验分析所生成的俯视图表示输出的示例。图5a示出使用相控阵列探测器106在相对于焊缝中心线的已知初始探测器距离处检验具有焊缝104的零件102。然而，发生若干机械漂移，并且扫描路径跟随扫描线406，从而使几何回波818相对于初始堆焊层发生图5b所示的机械漂移的偏移。
由于图5b的几何回波818绘制相对连续的曲线，因此可以使用现有的曲线追踪算法(诸如追踪各扫描位置处信号的几何中心等)来求出机械漂移并动态地校正探测器到焊缝距离。通过使用包括单独选通的与图3相关联地所公开的技术并且使用用以标识回波818的质心的互相关，沿着扫描轴动态地校正零件覆层和堆焊层以匹配初始堆焊层上的所追踪的几何回波818的位置。
因而还正确地校正了缺陷检测所用的追踪选通器。值得一提的是，尽管始终校正缺陷检测所用的2D选通器以完美地匹配动态校正后的堆焊层位置，但追踪选通器可以相对于初始探测器距离或动态校正后的堆焊层位置而配置。
图6a和6b是示出由于动态校正后的堆焊层而允许多个回波的组合分析的几何回波关系的示意图。图6a示出相控阵列探测器106a对零件102进行检验、利用超声光束108a将盖部回波706作为对象并且利用超声光束108b将根部回波714作为对象。图6b示出相控阵列探测器106b对扁平零件102进行检验、利用超声光束108c将盖部回波912作为对象并且利用光束108d将作为根部回波916对象。应当理解，上述原理应容易适用于多个探测器的使用，并因此也容易应用于回波的多个源，以上应在本发明的范围内。根据瞬时或先前获取到的PAUT数据来标识焊缝位置并且随后应用动态选通，这一操作也应适用于该双探头设置。
由于所有这些回波从物理上利用扫描器404连接到一起，因此可以将这些回波彼此比较。各探测器的漂移与另一探测器的漂移相干；使用这种具有两个探测器的扫描器提供了使用说明书第7页末段至第8页首段中所呈现的替代实施例可以生成的四个(以上)不同的追踪曲线。结果，可以应用相对于在给定限制内要测量的各种曲线(例如，四个曲线中的三个曲线)的机械漂移，以评估考虑到所有曲线或所有曲线的一部分的有效测量。然后，该处理可以应用任何数量的探测器，只要这些探测器在扫描器内机械连接即可。可选地，互相关处理还可被配置为通过评价各单独曲线之间相互的互相关、然后选择互相关最好的两个曲线(然后与预定义的阈值进行比较)，来利用这四个曲线进行工作。当然，然后该原理可应用于任何数量的探测器，只要这些探测器在扫描器内机械连接即可。
现在参考图7a和7b，其中该图7a和7b提供包括利用图2的数据处理和分析单元302可以执行的上述解决方案的总结步骤。图7a和7b详述相控阵列探测器和焊缝表面的预定几何特性(诸如焊缝盖部其中之一等)之间的距离的自动化测量的处理的步骤。更特别地，图7a示出与数据获取单元304的操作有关的详细步骤；图7b示出在文件存储模块308中所执行的详细步骤。
现在参考图7a，相控阵列探测器106读取PAUT信号，然后将该信号发送至数据获取单元304。在步骤502中，随着探测器106沿着焊缝线移动，从探测器106针对各新的扫描位置发送PAUT信号。在步骤504中，读取PAUT信号，并且在步骤506中，对该PAUT信号进行数字化。在步骤508中，相控阵列探测器106产生针对各扫描位置的若干波形。在进入图7b之前，参考图8来详述引出图7b中的用于确定实际焊缝线产生的偏移的步骤509的步骤。
图8详述优选实施例的使得能够自动测量相控阵列探测器和焊缝表面之间的距离的处理600。对于相控阵列探测器中的各追踪选通器，通过步骤614来同时进行从步骤612起的用于生成焊缝截面的独立处理。该步骤进一步包括两个含有三个子步骤的组的其中之一即626或626’。首先，在626的步骤616中，对PAUT信号应用特定追踪选通器以隔离其几何回波。在步骤620中，分析选通的焊缝截面图616并且求出几何回波的中心。在步骤622中，然后基于追踪选通器的相对于回波的几何中心的预期位置的几何中心位置来测量位移。
应当注意，使用回波(即，来自焊缝盖部其中之一的中心的回波)的几何中心作为典型实施例。应当理解，采用诸如焊缝的焊缝根部其中之一的中心等的其它几何特征应在本发明的范围内。
与处理626相同并且可选地，如可选处理626’所示，可以利用在焊缝盖部中的多个不同位置处的几何回波来确定位移的自动测量。首先，在步骤630中，光流模式移动追踪生成代表扫描器在检验期间的横向探测器移动的趋势线。在步骤632中，对匹配相对移动模式的位置处的回波的组进行重新分组。在步骤634中，针对各组重新分组后的回波生成位移曲线。应当注意，光流模式识别是众所周知的图像识别方法。
继续参考图8，在步骤636中，分析相对于各个位移曲线的结果偏移以求出共通(或相似)偏移。在适用的情况下，保持相关位移信息；否则使用针对邻接位置的插值来填充间隙。步骤600的结果是偏移509，其中使用该偏移509来计算动态校正后的堆焊层的位置。
在结果偏移表示与特定扫描位置处的PAUT数据相对应的位移的情况下，返回参考图7。如图7b所示，分析单元308从步骤508起分析在数据获取期间预先获取到或者来自现有的后获取的波形。在步骤600中，对所选择的追踪选通器中的不同回波的数字化位移进行分析。在步骤510中，根据图8所示的结果偏移509来计算堆焊层的新位置和零件覆层。在步骤512中，将来自步骤508的相控阵列探测器波形映射到焊缝截面图中，其中使用该相控阵列探测器在零件102中的理论位置来校正每个波形。然后，将焊缝截面视图数据以被零件覆层和堆焊层覆盖的方式动态地显示。在步骤514中，优选与步骤510和512同时，根据作为步骤600的结果的结果位移偏移509来校正初始目标选通器位置。然后在步骤516中对俯视图数据进行选通并且在步骤518中显示该俯视图数据，其中利用相控阵列探测器106和焊缝104之间的校正后的距离来自动调整选通位置。
应当注意并且应当理解，这里所公开的零件覆层的校正涉及相对于回波的诸如回波的中心等的预先确定的特性的相对位移的校正。与通过移动选通器来进行校正相同，作为代替，本领域技术人员可以通过移动与回波的数据相关联的假定位置来实现这种校正。这种方法也在本发明的范围内。
尽管已经与本发明的特定典型实施例有关地说明了本发明，但许多其它改变和变形以及其它用途对于本领域技术人员而言将变得显而易见。因此，优选本发明不由这里的特定公开所限制。
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月30日提交的标题为“A SYSTEM AND METHOD OF DYNAMICGATING IN NON-DESTRUCTIVE WELD INSPECTION”的美国临时专利申请序列号62005358的优先权，在此通过引用包含其全部内容。
Claims (21)
1.一种无损测试和检验装置即NDT/NDI装置，其能够用于对测试对象的焊缝进行NDT/NDI测试操作，其中所述焊缝形成焊缝线，并且所述NDT/NDI装置具有所述焊缝的截面的初始覆层和沿着所述焊缝线的初始扫描路径，
所述NDT/NDI装置包括：
至少一个相控阵列探测器，其能够用于沿着所述焊缝线向所述焊缝线内发射超声能量，接收响应回波，并且提供与扫描路径位置相对应的各组的电子回波信号；
数据获取单元，用于从所述至少一个相控阵列探测器接收所述电子回波信号，并且按照预定聚焦法则向所述至少一个相控阵列探测器发送命令；
数据处理和分析模块，用于处理并分析所述电子回波信号，标识所述焊缝中的异常，并且指示显示单元显示所述异常，所述数据处理和分析模块还包括：
追踪模块，用于基于所述电子回波信号来产生所述焊缝线的动态校正覆层，其中所述动态校正覆层相对于所述初始覆层具有一系列偏移；以及
选通模块，用于有目的地确定多个数据分析选通器的相对位置以滤除与所述焊缝不相关的源所引起的噪声，并且提供利用至少一部分所述偏移调整后的动态目标选通。
2.根据权利要求1所述的NDT/NDI装置，其中，还包括电子存储器，所述电子存储器用于存储与所述电子回波信号有关的数据，其中所述数据处理和分析模块使用所述电子存储器中存储的数据在所述测试操作期间或在所述测试操作之后进行分析。
3.根据权利要求1所述的NDT/NDI装置，其中，所述追踪模块在所述测试操作期间从所述数据获取单元获取数据。
4.根据权利要求1所述的NDT/NDI装置，其中，所述NDT/NDI装置具有以机械和刚性方式连接的两个以上的相控阵列探测器。
5.根据权利要求1所述的NDT/NDI装置，其中，所述初始覆层和所述动态校正覆层包括所述焊缝的相对应的预先确定的至少一个几何特性。
6.根据权利要求5所述的NDT/NDI装置，其中，所述焊缝的所述至少一个几何特性是焊缝盖部或焊缝根部。
7.根据权利要求5所述的NDT/NDI装置，其中，所述数据获取单元在多个获取周期内进行工作，其中所述多个获取周期各自与表示沿所述初始扫描路径的轴向位置的一组超声回波信号相对应。
8.根据权利要求7所述的NDT/NDI装置，其中，所述追踪模块标识从特定一组回波信号所获得的所述至少一个几何特性在由所述初始扫描路径和所述初始扫描路径的截交线所形成的坐标中的位置。
9.根据权利要求7所述的NDT/NDI装置，其中，所述回波信号的位置是与几何特性相对应的各回波信号在所述焊缝线上的质心。
10.根据权利要求8所述的NDT/NDI装置，其中，所述至少一个几何特性包括至少两个几何特性，并且所述至少两个几何特性之间的几何关系是已知的几何关系且是恒定的几何关系。
11.根据权利要求10所述的NDT/NDI装置，其中，所述恒定的几何关系是与所设置的特定一组回波信号相对应的两个几何特性之间的恒定距离。
12.根据权利要求10所述的NDT/NDI装置，其中，所述追踪模块使用所述恒定的几何关系作为基准值，以确认和/或校正与几何特性相对应的回波信号的位置。
13.根据权利要求5所述的NDT/NDI装置，其中，所述选通模块针对所述至少一个几何特性各自使用单独和独立的选通器。
14.根据权利要求1所述的NDT/NDI装置，其中，所述选通模块使超声扫描数据相互关联并且重叠，以自动调整来自所述至少一个相控阵列探测器的读数。
15.根据权利要求1所述的NDT/NDI装置，其中，所述显示单元能够显示自动调整后的来自所述至少一个相控阵列探测器的读数，以精确地测量焊缝、零件和覆层上的超声扫描距离。
16.一种用于在使用具备至少一个相控阵列探测器的无损测试和检验装置即NDT/NDI装置对焊缝进行无损测试和检验即NDT/NDI期间减少来自与所述焊缝无关的源的噪声的方法，其中所述焊缝形成焊缝线，并且所述装置具有所述焊缝的初始覆层和初始扫描路径，
所述方法包括以下步骤：
在沿着所述焊缝线移动所述相控阵列探测器的情况下向所述焊缝发射超声能量，接收响应回波，并且提供与沿着扫描路径位置的位置相对应的各组的电子回波信号；
从所述相控阵列探测器接收电子回波信号，并且按照预定聚焦法则向所述相控阵列探测器发送命令；
产生特定一组电子回波信号的由相对于扫描路径的纵向位置和横向位置所定义的位置；
计算所述特定一组电子回波信号的位置相对于所述初始扫描路径上的相应位置之间的偏移；
基于所述偏移来推导校正堆焊层；
基于所述校正堆焊层来针对所述位置应用动态选通；以及
利用所述动态选通来进行数据处理和分析。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，用于计算所述偏移并推导所述校正堆焊层的步骤由追踪模块来进行，以及
用于应用所述动态选通的步骤由选通模块来进行。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，用于标识所述特定一组电子回波信号的位置的步骤包括：标识所述特定一组电子回波信号的几何特性的几何中心。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，用于标识所述特定一组电子回波信号的位置的步骤包括：通过使用模式识别方法来标识所述特定一组电子回波信号的两个以上的不同几何特性。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述几何特性是焊缝盖部或焊缝根部。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述动态选通用于定位多个数据分析选通器以减少与所述焊缝无关的源所引起的噪声，并且提供利用至少一部分所述偏移调整后的动态目标选通，以使得所述数据处理和分析能够分析噪声减少的电子回波信号并标识所述焊缝中的异常。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462005358P | 2014-05-30 | 2014-05-30 | |
| US62/005,358 | 2014-05-30 | ||
| US14/722,501 US9759692B2 (en) | 2014-05-30 | 2015-05-27 | System and method of dynamic gating in non-destructive weld inspection |
| US14/722,501 | 2015-05-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105424818A CN105424818A (zh) | 2016-03-23 |
| CN105424818B true CN105424818B (zh) | 2018-09-18 |
Family
ID=54481666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510293791.6A Expired - Fee Related CN105424818B (zh) | 2014-05-30 | 2015-06-01 | 无损焊缝检验中的动态选通的系统和方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9759692B2 (zh) |
| CN (1) | CN105424818B (zh) |
| DE (1) | DE102015108480A1 (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10641745B2 (en) | 2015-12-31 | 2020-05-05 | VeriPhase, Inc. | Method for checking for consistency and quality compliance in an ultrasonic scanning data file |
| US10482669B2 (en) | 2016-09-23 | 2019-11-19 | Apple Inc. | Augmented virtual display |
| WO2018149804A1 (en) | 2017-02-15 | 2018-08-23 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Automated assisted-interpretation of phased array ultrasonic testing inspection data |
| US10473626B2 (en) * | 2017-04-05 | 2019-11-12 | Loenbro Inspection, LLC. | Method for the graphical representation and data presentation of weld inspection results |
| JP7050511B2 (ja) * | 2018-02-07 | 2022-04-08 | 株式会社Ｉｈｉ検査計測 | 溶接部探傷装置と方法 |
| DE102018006634A1 (de) | 2018-08-22 | 2019-03-07 | Daimler Ag | Verfahren zum Prüfen eines Fahrzeugbauteils |
| CN111353942B (zh) * | 2018-12-20 | 2024-01-12 | 核动力运行研究所 | 一种超声波信号噪声提取及量化算法 |
| WO2020204965A1 (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-08 | VeriPhase, Inc. | Method for checking for consistency and quality compliance in an ultrasonic scanning data file |
| US20210096246A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-01 | Tommy Bourgelas | Method and system for generating a merged b-scan for assisted ultrasonic inspection flaw screening |
| US11986908B1 (en) * | 2020-07-06 | 2024-05-21 | Valmont Industries, Inc. | System and apparatus for inspecting welds in normal and transverse directions |
| CA3224891A1 (en) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | Evident Canada, Inc. | Probe position encoding by ultrasound image correlation |
| JP2023014869A (ja) * | 2021-07-19 | 2023-01-31 | 株式会社東芝 | データ処理装置、データ処理システム、データ処理方法、プログラム、及び記憶媒体 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4531409A (en) * | 1981-09-10 | 1985-07-30 | Hoesch Werke Aktiengesellschaft | Test system for defect determination in welding seams |
| CN86106835A (zh) * | 1985-10-03 | 1987-07-08 | 沃尔特—阿尔派因股份公司 | 工件中点缺陷和细长缺陷的超声波分类法 |
| CN101501487A (zh) * | 2006-06-30 | 2009-08-05 | V&M法国公司 | 利用超声波对铸造产品的无损测试 |
| CN102121923A (zh) * | 2009-10-09 | 2011-07-13 | 奥林巴斯Ndt公司 | 使用相控阵超声装置的焊缝跟踪系统 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59402446D1 (de) * | 1993-02-18 | 1997-05-22 | Krautkraemer Gmbh | Ultraschall-prüfvorrichtung für schweissnähte bei rohren, blechen und behältern |
| US6365873B1 (en) * | 1999-06-01 | 2002-04-02 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Apparatus for the concurrent inspection of partially completed welds |
| US6705993B2 (en) * | 2002-05-10 | 2004-03-16 | Regents Of The University Of Minnesota | Ultrasound imaging system and method using non-linear post-beamforming filter |
| US7094989B2 (en) * | 2004-04-12 | 2006-08-22 | Battelle Energy Alliance, Llc | Welding apparatus and methods for using ultrasonic sensing |
| US7690260B2 (en) * | 2007-05-01 | 2010-04-06 | Ford Motor Company | Method and system having ultrasonic sensor movable by translation device for ultrasonic profiling of weld samples |
| WO2012097294A1 (en) * | 2011-01-13 | 2012-07-19 | Ultrasonic Medical Mapping, Llc | Non-imaging low frequency ultrasonic testing and diagnostic evaluation system |
| US9037419B2 (en) * | 2011-05-10 | 2015-05-19 | Edison Welding Institute, Inc. | Portable matrix phased array spot weld inspection system |
| CA2803502C (en) * | 2012-01-26 | 2020-10-27 | Olympus Ndt Inc. | A phased array system and method for inspecting hellical submerged arcs weld (hsaw) |
-
2015
- 2015-05-27 US US14/722,501 patent/US9759692B2/en active Active
- 2015-05-29 DE DE102015108480.5A patent/DE102015108480A1/de not_active Ceased
- 2015-06-01 CN CN201510293791.6A patent/CN105424818B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4531409A (en) * | 1981-09-10 | 1985-07-30 | Hoesch Werke Aktiengesellschaft | Test system for defect determination in welding seams |
| CN86106835A (zh) * | 1985-10-03 | 1987-07-08 | 沃尔特—阿尔派因股份公司 | 工件中点缺陷和细长缺陷的超声波分类法 |
| CN101501487A (zh) * | 2006-06-30 | 2009-08-05 | V&M法国公司 | 利用超声波对铸造产品的无损测试 |
| CN102121923A (zh) * | 2009-10-09 | 2011-07-13 | 奥林巴斯Ndt公司 | 使用相控阵超声装置的焊缝跟踪系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 利用瑞利波频谱分析法无损检测混凝土结构;曲华 等;《混凝土》;20060228;全文 * |
| 构件表面裂纹损伤电位检测法;张善智 等;《测控技术》;20080630;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9759692B2 (en) | 2017-09-12 |
| DE102015108480A1 (de) | 2015-12-03 |
| CN105424818A (zh) | 2016-03-23 |
| US20150346164A1 (en) | 2015-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105424818B (zh) | 无损焊缝检验中的动态选通的系统和方法 | |
| US8365602B2 (en) | Weld seam tracking system using phased array ultrasonic devices | |
| CN105699492B (zh) | 一种用于焊缝检测的超声成像方法 | |
| CN108414617A (zh) | 铁素体类钢小径管对接环焊缝相控阵超声检测方法 | |
| US20100212431A1 (en) | Method and apparatus for the non-destructive material testing of a test object using ultrasonic waves | |
| CN108414622A (zh) | 不锈钢管对接焊缝相控阵超声检测方法 | |
| JP4705568B2 (ja) | 被検体の超音波無破壊試験のための方法 | |
| JP5868198B2 (ja) | 溶接部の超音波探傷装置及び超音波探傷方法 | |
| US11249053B2 (en) | Ultrasonic inspection configuration with beam overlap verification | |
| US11467129B2 (en) | NDT data referencing system | |
| CN111902716A (zh) | 超声波检查装置、方法、程序及超声波检查系统 | |
| Prager et al. | SAFT and TOFD—a comparative study of two defect sizing techniques on a reactor pressure vessel mock-up | |
| CN109196350B (zh) | 通过超声检测材料中的缺陷的方法 | |
| CN115930851A (zh) | 一种t型电子束焊缝熔宽的检测方法及装置 | |
| Boehm et al. | Advanced crack shape analysis using SAFT | |
| WO2010019039A1 (en) | Method and device for ultrasonic inspection | |
| JP3557553B2 (ja) | 溶接継手の超音波探傷試験方法 | |
| JPS6086462A (ja) | 超音波探傷システム | |
| Kwan et al. | TFM Acoustic Influence Map | |
| Muller et al. | Ultrasonic sectorial inspection in the presence of temperature gradients | |
| RU2791149C2 (ru) | Способ определения линейных размеров выхода ответвлений тройниковых сварных соединений в магистральный газопровод с использованием методов высокочастотной томографии | |
| Ganhao | Sizing with time-of-flight diffraction | |
| JPH0412456Y2 (zh) | ||
| JPH09229910A (ja) | 超音波斜角探傷方法 | |
| Boehm et al. | SAFT for crack surface analysis—comparison of modeling and phased array measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180918 |