CN105973989B - 一种超声检测绝对值测量的方法和装置 - Google Patents

一种超声检测绝对值测量的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声检测绝对值测量的方法和装置，方法包括：首先在设定的激励源配置下得到标准块的实测值，修改补偿系数，使得标准块的测量值等于设定值，此值作为测量的绝对值；在同样激励能量和阻尼下，但不同增益下，检测被测工件，获得被测区域的可靠测试值，因此可以计算得到每个测量点的绝对值即被测工件每个点的超声反射信号值。本发明能够使不管激励源是否相同、超声检测设备是否一致，对于同一被测物检测到的C扫信号基本一致，误差在可允许范围内。

Description

一种超声检测绝对值测量的方法和装置
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种超声检测绝对值测量的方法和装置。
背景技术
超声波检测是无损检测领域的常用手段，一般通过超声C扫描图像来判断被测物的内部结构是否存在缺陷，以及缺陷的大小、位置。超声C扫图像中反映的是超声返回信号幅值的大小，该信号会随着超声检测设备激励源的能量、阻尼、增益的变化而变化，对于同一被测区域，当超声检测设备的激励源配置发生变化，得到的测量值也发生变化；当激励源的增益调节过高时，检测量程变小，部分信号达到饱和状态，无法得知其真实值；当激励源的增益调节过低时，检测量程过大，部分信号幅值太小，不在检测的线性区间内，因而得到的测量值可能是不准确的，因此检测得到的C扫描信号发生变化，导致得到的图像也发生变化，从而影响对被测物内部缺陷大小的判断，引起误差。
发明内容
针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种超声检测绝对值测量的方法和装置，以实现不管激励源是否相同、超声检测仪器是否一致，对于同一被测物检测到的C扫图像基本一致。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种超声检测绝对值测量的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，超声检测仪器的激励源在一能量配置下，设定标准块的能量值，然后检测标准块，得到标准块的实测值Mstd，通过计算测量补偿系数Cms，使得标准块的测量值(Mstd*Cms)等于设定的标准块的能量值，此时标准块的测量值作为超声检测的绝对值Astd；此超声检测仪器作为标准检测仪器；
所述能量配置包括但不限定增益、阻尼、激励能量。
所述标准块的实测值Mstd，只和标准块测量真实值、脉冲能量和阻尼、接收器的增益和采集卡量程、测量系统其他偏差相关。具体的，标准块的实测值计算公式如下：
Mstd(i,j)＝Rstd(i,j)*Pms*Gstd*Mms
其中，Mstd(i,j)——标准块某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rstd(i,j)——标准块某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gstd——接收器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
计算得到标准块的实测值Mstd后，根据设定的标准块的能量值，就可以通过以下公式计算测量补偿系数：
其中，Cms为测量补偿系数；Astd为设定的标准块的能量值等于标准块的绝对值；为标准块的实测值的平均值；
步骤二，检测被测工件，获得被测区域的可靠测试值，计算得到每个测量点的绝对值即被测工件每个点的超声反射信号值；
工件的实测值计算公式如下：
Mdut(i,j)＝Rdut(i,j)*Pms*Gdut*Mms
其中，Mdut(i,j)——工件某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rdut(i,j)——工件某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gdut——接受器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
对激励源设定不同的增益，其他能量配置参数不变，使得每个被测点都能在超声检测仪器的检测量程内被检测，获得被测区域的可靠测试值，通过步骤一中的Gstd和计算得到的测量补偿系数Cms，可以计算得到每个测量点的绝对值，具体计算公式如下：
Adut(i,j)＝Mdut(i,j)/Gms*Gstd*Cms
其中，Adut(i,j)为工件某点计算得到的绝对值；Mdut(i,j)为工件某点测量得到的实测值。
至此，得到被测工件每个点的超声反射信号值，即上述计算得到的绝对值，通过该值得到被测工件的C扫图像，可知，每次检测得到的C扫图像基本一致，因而对工件内部缺陷情况可有定量的判断。
本发明还提供一种超声检测中绝对值测量的装置，所述装置包括多台超声检测仪器、图像采集卡、电机驱动卡、工业计算机和三维精密扫描平台；
每台所述超声检测仪器均设有激励源、超声探头、水槽和标准块，每台超声检测仪器的标准块必须在标准检测仪器上测量出绝对值Astd；所述标准检测仪器为一台事先设定标准块能量值的超声检测仪器；
所述的标准块安装固定在水槽中，一般放置于水槽角落，以免影响被检测工件的安放，所述激励源连接所述超声探头，所述超声探头连接图像采集卡；
所述三维精密扫描平台，由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，X轴和Y轴带动超声探头实现水平面内的运动，Z轴带动超声探头实现垂直运动；
所述的超声探头固定在三维精密扫描平台的Z轴上；
所述图像采集卡、电机驱动卡安装在工业计算机内部，工业计算机通过总线实现与图像采集卡、电机驱动卡之间的通信与控制，工业计算机通过电机驱动卡连接三维精密扫描平台的电机控制器，实现对三维精密扫描平台运动的控制；三维精密扫描平台的电机控制器同时将位置信息反馈给图像采集卡。
优选地，所述超声检测仪器有多台，其中一台事先设定能量值的超声检测仪器称为标准检测仪器，所述标准块在标准检测仪器上测量出其绝对值Astd，然后在该标准块所对应的超声检测仪器上测量得到其实测值。在同样激励能量和阻尼，但不同增益下，检测被测工件，获得被测区域的可靠测试值，计算得到每个测量点的绝对值即被测工件每个点的超声反射信号值，使得不同能量配置、不同机台之间实现了测量结果的统一性。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
不管激励源是否相同、超声检测设备是否一致，对于同一被测物检测到的C扫图像基本一致，误差在可允许范围内。本发明最为重要的改进是采用上述的检测过程，它使得不同能量配置、不同机台之间实现了测量结果的统一性，解决了现有操作及技术在不同条件下测量相同工件得到的测量结果大为不同的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例中的装置结构示意图；
图中：1为超声检测仪器的激励源，2为超声探头，3为被测工件，4为标准块，5为测试水槽；
图2是超声检测仪器在激励源能量为210uJ，阻尼77，增益19下检测到的银触点的C扫信号绝对值在一定量程内的显示图像；
图3是超声检测仪器在激励源能量为280uJ，阻尼44，增益24下检测到的同一银触点的C扫信号绝对值在一定量程内的显示图像；
图4为两次测量信号差值的统计图。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案作进一步的说明，以下的说明仅为理解本发明技术方案之用，不用于限定本发明的范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
如图1所示，为本发明一实施例装置结构示意图，其中所述装置包括超声检测仪器、图像采集卡、电机驱动卡、工业计算机和三维精密扫描平台，所述超声检测仪器设有激励源、超声探头、水槽和标准块。每台超声检测仪器的标准块必须在标准检测仪器上测量出其绝对值Astd，然后在本超声检测仪器上测量标准块得到其实测值，最后计算得到测量补偿系数Cms。
超声检测仪器有多台，多台超声检测仪器配置是一样的，不同仅在于：标准检测仪器中的标准块是设定的能量值，其他超声检测仪器的标准块能量值由这台标准检测仪器测量得到，因此把这台事先设定能量值的超声检测仪器称为标准检测仪器。具体设定的能量值方法见以下描述。
超声检测仪器的标准块安装固定在超声检测仪器的水槽中，一般放置于水槽角落，以免影响被检测工件的安放，超声检测仪器的激励源连接超声检测仪器的超声探头，所述超声探头连接图像采集卡；
所述三维精密扫描平台，由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，X轴和Y轴带动超声探头实现水平面内的运动，Z轴带动超声探头实现垂直运动；
所述的超声探头固定在三维精密扫描平台的Z轴上；
所述图像采集卡、电机驱动卡安装在工业计算机内部，工业计算机通过总线实现与图像采集卡、电机驱动卡之间的通信与控制，工业计算机通过电机驱动卡连接三维精密扫描平台的电机控制器，实现对三维精密扫描平台运动的控制；三维精密扫描平台的电机控制器同时将位置信息反馈给图像采集卡。
所述的标准块可以采用现有技术，比如申请号为CN201610035860.8公开的低压电器电触头超声波无损检测用测试块及其组合和应用中的测试块。
现有技术直接检测被测工件，不对检测结果作修正，直接生成C扫图像，会导致不同条件下测量相同工件得到的测量结果大为不同。
本发明采用上述装置，首先检测标准块，计算测量补偿系数，然后检测被测工件，通过前述公式计算得到被测工件的绝对值，生成C扫图像，解决了现有操作及技术在不同条件下测量相同工件得到的测量结果大为不同的问题。
基于上述装置结构，提供本发明中测试方法的实施例，具体实施过程如下：
实施例1
一种超声检测绝对值测量的方法，包括以下步骤：
步骤一，超声检测仪器的激励源在一能量配置(例如增益20DB、阻尼77[-]、能量选择210uJ)下，设定标准块的能量值为80，然后检测标准块(可采用申请号为201610035860.8中所描述的标准块)，得到标准块的实测值Mstd为82，通过计算测量补偿系数Cms为0.9756，使得标准块的测量值(Mstd*Cms)等于设定的能量值，此时标准块的测量值作为超声检测的绝对值Astd，此超声检测设备作为标准检测仪器；
所述设定标准块的能量值，其中能量值可以随意设置，但是一旦设定后，不可以随意更改的，例如长度一样，最开始一旦设定多长的距离(这个距离是人为设定的)是1米，后面是不可更改的。
标准块实测值计算公式如下，只和标准块测量真实值、脉冲能量和阻尼、接收器的增益和采集卡量程、测量系统其他偏差相关。
Mstd(i,j)＝Rstd(i,j)*Pms*Gstd*Mms
其中，Mstd(i,j)——标准块某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rstd(i,j)——标准块某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gstd——接收器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
计算得到标准块的实测值后，根据设定的标准块的能量值，就可以通过以下公式计算测量补偿系数。
其中，Cms为测量补偿系数；Astd为设定的标准块的能量值等于标准块的绝对值；为标准块的实测值；
步骤二，工件的实测值计算公式如下：
Mdut(i,j)＝Rdut(i,j)*Pms*Gdut*Mms
其中，Mdut(i,j)——工件某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rdut(i,j)——工件某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gdut——接受器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
对激励源设定不同的增益，其他能量配置参数不变，使得每个被测点都能在超声检测仪器的检测量程内被检测，获得被测区域的可靠测试值，因此可以计算得到每个测量点的绝对值；
Adut(i,j)＝Mdut(i,j)/Gms*Gstd*Cms
Adut(i,j)为工件某点计算得到的绝对值；Mdut(i,j)为工件某点测量得到的实测值，Gdut＝19,Gstd＝20，Cms＝0.9756。
将得到的工件绝对值Adut，生成C扫图像，如图2所示。
实施例2
一种超声检测绝对值测量的方法，包括以下步骤：
步骤一，超声检测仪器的激励源在一能量配置(能量配置包括但不限定增益、阻尼、激励能量)下，人为的设定标准块的能量值，然后检测标准块(可采用申请号为201610035860.8中所描述的标准块)，得到标准块的实测值Mstd，通过计算测量补偿系数Cms，使得标准块的测量值(Mstd*Cms)等于设定的能量值，此时标准块的测量值作为超声检测的绝对值Astd，此超声检测仪器作为标准检测仪器；
标准块实测值计算公式如下，只和标准块测量真实值、脉冲能量和阻尼、接收器的增益和采集卡量程、测量系统其他偏差相关。
Mstd(i,j)＝Rstd(i,j)*Pms*Gstd*Mms
其中，Mstd(i,j)——标准块某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rstd(i,j)——标准块某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gstd——接收器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
计算得到标准块的实测值后，根据设定的标准块的能量值，就可以通过以下公式计算测量补偿系数。
其中，Cms为测量补偿系数；Astd为设定的标准块的能量值等于标准块的绝对值；为标准块的实测值；
步骤二，工件的实测值计算公式如下：
Mdut(i,j)＝Rdut(i,j)*Pms*Gdut*Mms
其中，Mdut(i,j)——工件某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rdut(i,j)——工件某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gdut——接受器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
对激励源设定不同的增益，其他能量配置参数不变，使得每个被测点都能在超声检测仪器的检测量程内被检测，获得被测区域的可靠测试值，因此可以计算得到每个测量点的绝对值；
Adut(i,j)＝Mdut(i,j)/Gms*Gstd*Cms
Adut(i,j)为工件某点计算得到的绝对值；Mdut(i,j)为工件某点测量得到的实测值
当第二步中使用的激励源的能量和阻尼与步骤一不同时，需要重新检测标准块，修改补偿系数，使得测量值等于记录的绝对值，然后进行步骤二中的检测。
实施例3
一种超声检测绝对值测量的方法，包括以下步骤：
步骤一，超声检测仪器的激励源在一能量配置(能量配置包括但不限定增益、阻尼、激励能量)下，人为的设定标准块的能量值，然后检测标准块(可采用申请号为201610035860.8中所描述的标准块)，得到标准块的实测值Mstd，通过计算测量补偿系数Cms，使得标准块的测量值(Mstd*Cms)等于设定的能量值，此时标准块的测量值作为超声检测的绝对值Astd，此超声检测仪器作为标准检测仪器；
标准块实测值计算公式如下，只和标准块测量真实值、脉冲能量和阻尼、接收器的增益和采集卡量程、测量系统其他偏差相关。
Mstd(i,j)＝Rstd(i,j)*Pms*Gstd*Mms
其中，Mstd(i,j)——标准块某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rstd(i,j)——标准块某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gstd——接收器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
计算得到标准块的实测值后，根据设定的标准块的能量值，就可以通过以下公式计算测量补偿系数。
其中，Cms为测量补偿系数；Astd为设定的标准块的能量值等于标准块的绝对值；为标准块的实测值；
步骤二，工件的实测值计算公式如下：
Mdut(i,j)＝Rdut(i,j)*Pms*Gdut*Mms
其中，Mdut(i,j)——工件某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rdut(i,j)——工件某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gdut——接受器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差(例如探头灵敏度偏差、环境偏差等)。
对激励源设定不同的增益，其他能量配置参数不变，使得每个被测点都能在超声检测仪器的检测量程内被检测，获得被测区域的可靠测试值，因此可以计算得到每个测量点的绝对值；
Adut(i,j)＝Mdut(i,j)/Gms*Gstd*Cms
Adut(i,j)为工件某点计算得到的绝对值；Mdut(i,j)为工件某点测量得到的实测值
当第二步中使用的激励源和步骤一不同时，需要重新检测标准块，修改补偿系数，使得测量值等于记录的绝对值，然后进行步骤二中的检测；
基于上述实施例，如图2所示，为超声检测仪器在激励源能量为210uJ，阻尼77[-]，增益19DB下检测到的银触点的C扫信号绝对值在一定量程内的显示图像，图3为超声检测仪器在激励源能量为280uJ，阻尼44[-]，增益24DB下检测到的同一银触点的C扫信号绝对值在一定量程内的显示图像，图4为两次测量信号差值的统计图。从图3中可以看到90％以上的信号差值在10以内，两次测量的图像差别很小。
综上实施例可见，采用本发明技术方案，不管激励源是否相同、超声检测设备是否一致，对于同一被测物检测到的C扫图像基本一致，误差在可允许范围内，它使得不同能量配置、不同机台之间实现了测量结果的统一性。
以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并非对本发明的技术范围做任何限制，凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超声检测绝对值测量的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：超声检测仪器的激励源在一能量配置下，设定标准块的能量值，然后检测标准块，得到标准块的实测值Mstd，通过计算测量补偿系数Cms，使得标准块的测量值Mstd*Cms等于设定的标准块的能量值，此时标准块的测量值作为超声检测的绝对值Astd，此超声检测仪器作为标准检测仪器，其他每台超声检测仪器的标准块必须在标准检测仪器上测量出绝对值Astd；
所述标准块的实测值，计算公式如下：
Mstd(i,j)＝Rstd(i,j)*Pms*Gstd*Mms
其中，Mstd(i,j)——标准块某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rstd(i,j)——标准块某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gstd——接收器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差；
步骤二：采用超声检测仪器检测被测工件，获得被测区域的可靠测试值，计算得到每个测量点的绝对值即被测工件每个点的超声反射信号值；
工件的实测值计算公式如下：
Mdut(i,j)＝Rdut(i,j)*Pms*Gdut*Mms
其中，Mdut(i,j)——工件某点的仪器测量得到的超声反射信号值作为该点的实测值，Rdut(i,j)——工件某点的超声反射信号值即为真实值，Pms——激励源脉冲能量和阻尼，Gdut——接受器增益和采集卡量程，Mms——测量系统其他偏差；
对激励源设定不同的增益，其他能量配置参数不变，使得每个被测点都能在超声检测仪器的检测量程内被检测，获得被测区域的可靠测试值，通过步骤一中的Gstd和计算得到的测量补偿系数Cms，计算得到每个测量点的绝对值；
Adut(i,j)＝Mdut(i,j)/Gdut*Gstd*Cms
其中，Adut(i,j)为工件某点计算得到的绝对值；Mdut(i,j)为工件某点测量得到的实测值；
至此，得到被测工件每个点的超声反射信号值，即上述得到的绝对值Adut(i,j)，通过该值Adut(i,j)得到被测工件的C扫图像。
2.根据权利要求1所述的超声检测绝对值测量的方法，其特征在于：计算得到标准块的实测值Mstd后，根据设定的标准块的能量值，采用以下公式计算测量补偿系数：
其中，Cms为测量补偿系数；Astd为设定的标准块的能量值等于标准块的绝对值；为标准块的实测值的平均值。
3.一种用于实现上述权利要求1-2任一项所述方法的超声检测绝对值测量的装置，其特征在于：所述装置包括多台超声检测仪器、图像采集卡、电机驱动卡、工业计算机和三维精密扫描平台，
每台所述超声检测仪器均设有激励源、超声探头、水槽和标准块，每台超声检测仪器的标准块必须在标准检测仪器上测量出绝对值Astd；所述标准检测仪器为一台事先设定标准块能量值的超声检测仪器；超声检测仪器的标准块安装固定在超声检测仪器的水槽中，超声检测仪器的激励源连接超声检测仪器的超声探头，所述超声探头连接图像采集卡；
所述三维精密扫描平台，由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，X轴和Y轴带动超声探头实现水平面内的运动，Z轴带动超声探头实现垂直运动；
所述的超声探头固定在三维精密扫描平台的z轴上；
所述图像采集卡、电机驱动卡安装在工业计算机内部，工业计算机与图像采集卡、电机驱动卡之间进行通信与控制，工业计算机通过电机驱动卡连接三维精密扫描平台的电机控制器，实现对三维精密扫描平台运动的控制；三维精密扫描平台的电机控制器同时将位置信息反馈给图像采集卡。
4.根据权利要求3所述的超声检测绝对值测量的装置，其特征在于：所述标准块在标准检测仪器上测量出绝对值Astd，然后在该标准块所对应的超声检测仪器上测量得到实测值，最终得到被测工件每个点的超声反射信号值。
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