CN113267562A - 冶金材料水浸超声波检测中干扰气泡的去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冶金材料水浸超声波检测中干扰气泡的去除方法。本发明采用波形比较法，包括：利用超声波水浸C‑扫描设备提取超声聚焦探头在空气中、垂直进入耦合水后半圆球状表面带气泡、出水后半圆球状表面带水滴三种情况下的波形；把待检测样品放入超声波水浸C‑扫描设备，启动水浸超声聚焦探头向耦合水行进，同时不断采集水浸超声聚焦探头的波形，并将波形与事先采集到的三种波形进行比较；当波形出现变化，表明水浸超声聚焦探头已进入到耦合水中，并且探头波振面半圆球状表面凹陷处已经存在空气气泡，系统触发除气泡电机运转去除气泡。本发明可提高超声波水浸C‑扫描探测设备的运行效率，保障探测的可靠性。

Description

冶金材料水浸超声波检测中干扰气泡的去除方法
技术领域
本发明属于冶金材料无损检测（NDT）技术领域，具体涉及一种冶金材料水浸超声波检测中干扰气泡的去除方法。
背景技术
钢铁冶金业对钢材夹杂物的检验是对材料质量评价的重要环节，夹杂物都是随机分布在钢材内部，目前国内外通常采用超声波C-扫描的方式进行检查，并且有相关检查标准。
采用超声波C-扫描的方式进行检查的设备，在控制水浸超声聚焦探头运动就位的过程中，由于样品的高低不同，都存在垂直运动控制部分。如图1所示，为实现控制水浸超声聚焦探头垂直运动的通常形式；在驱动电机的作用下，快速进入或离开耦合水，以便控制水浸超声聚焦探头在理想的探测高度。水浸超声聚焦探头为了达到会聚超声波的目的，其表面的波阵面是弧形的。而对于点聚焦水浸超声聚焦探头，其表面的波阵面则是半球形的，如图2a。在电机驱动下，垂直进入耦合水中的时候，在水浸超声聚焦探头的表面半球凹处会出现空气泡，如图2b，该空气泡对探测形成干扰，影响探测精度。如果能消除这个气泡，会极大地方便超声波水浸C-扫描探测设备的应用，并减少误操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冶金材料水浸超声波检测中产生的内部干扰气泡的去除方法，以提高超声波水浸C-扫描探测设备的使用效率，保障探测的可靠性。
本发明提供的冶金材料水浸超声波检测中干扰气泡的去除方法，采用波形比较法，具体步骤如下：
（1）首先，利用超声波水浸C-扫描检测设备分别提取超声聚焦探头在空气中、垂直进入耦合水后半圆球状表面带气泡，以及出水后半圆球状表面带水滴，这三种情况下的波形，用于Z轴运动中实时信号比较后的动作决策；
（2）对待检测钢材原料进行外观加工处理后，将样品放入超声波水浸C-扫描探测设备，启动水浸超声聚焦探头向耦合水行进，以便将传感器调整到固定位置，实施探测工作；
水浸超声聚焦探头向耦合水行进过程中（即设备的Z轴电机驱动承载水浸超声聚焦探头的Z轴探头滑座向耦合水容器内行进），C-扫描探测设备不断采集水浸超声聚焦探头的波形，并同时将采集的波形与事先采集到的三种波形进行比较；
比较的目的就是判定水浸超声聚焦探头是否已经进入到耦合水中，因为在垂直进入耦合水后聚焦探头半圆球状表面带气泡时候的波形，与在空气中时、和出水后半圆球状表面带水滴时候的波形是不同的，有各自具有其特征，差异较大；从而可以用来辨识水浸超声聚焦探头是在水中，还是在空气中；水浸超声聚焦探头半圆球状表面带水滴的状态，是完成一次检测任务后，探头或许会抽离耦合水箱体所造成的情况，该状态的波形也完全不同于聚焦探头在水中，和在空气中的状态。以超声波水浸C-扫描设备采用水浸超声聚焦探头为25MHz、增益为61dB时的条件下，系统采集到的三种状态的波形为例可以说明，图5为超声聚焦探头在空气中的信号；图6.为超声聚焦探头垂直进入耦合水后,半圆球状表面带气泡时的信号；图7为超声聚焦探头出水后半圆球状表面带水滴时的信号。
（3）比较后的波形，如果没有变化，说明水浸超声聚焦探头还没有进入到耦合水中，则设备保持Z轴电机继续驱动水浸超声聚焦探头行走；
（4）直到比较后的波形出现变化，说明水浸超声聚焦探头已进入到耦合水中，并且探头波振面半圆球状表面凹陷处已经存在了必须去除的空气气泡；经系统识别出状态后，系统触发除气泡电机运转，去除气泡。该电机驱动的除气泡系统可以采用任何一种有效的方式来工作。
消除气泡以后，水浸聚焦探头半圆球状表面处耦合良好，超声波水浸C-扫描设备进入良好的扫查探测工作状态。
本发明的有益效果
本发明通过比较水浸超声聚焦探头在空气中、垂直进入耦合水后半圆球状表面带气泡，和出水后半圆球状表面带水滴，这三种情况下的波形差异，实现对水浸探头进入耦合水后、在表面半球凹处出现的干扰检测的空气泡进行自动消除，从而提高超声波水浸C-扫描探测设备的运行效率，并保障探测的可靠性。
附图说明
图1为超声波检查材料内部夹杂（渣）物的垂直方向Z轴电机控制运动。
图2为水浸超声聚焦探头被电机控制运动进入到耦合水中的情形。其中，(a)为水浸超声聚焦探头表面为圆弧面，(b)为在耦合水中形成干扰气泡。
图3为水浸超声检测用波形比较去除干扰气泡方法原理图示。
图4为水浸超声检测用波形比较去除干扰气泡流程图示。
图5为超声聚焦探头在空气中的信号。
图6为超声聚焦探头垂直进入耦合水后,半圆球状表面带气泡时的信号。
图7为超声聚焦探头出水后半圆球状表面带水滴时的信号。
图8-图11为本发明的一个实施例的流程图示。
图12为消除气泡方法的操作过程和控制条件图示。
图中标号：1为Z轴方向调节手轮；2为Z轴方向步进调节电机；3为联轴节箱；4为滚珠丝杠；5为导轨；6为水浸超声聚焦探头固定杆架子；7为Z轴方向滑座；8位为水浸超声聚焦探头固定杆紧固螺钉旋钮；9为水浸超声聚焦探头固定杆；10为耦合用水。
具体实施方式
图8-图11为本发明的一个具体实例。气泡吹除机构和传感器均固定在超声波成像系统的垂直行走结构上。
图8为样品放入水槽内之后，通过操作检测系统程序，驱动带气泡吹除机构的探头系统开始向水槽内行走，启动行走时，超声C-扫描探测设备的波形采集和对比程序便开始运行，根据采集到的波形与超声聚焦探头在空气中的信号进行特征对比（如对比频谱、信号能量，和波形包络等，均可达到对超声聚焦探头，图5-图7三种所处位置状态的辨识），如果没有变化便继续行走；如果信号特征经对比后，出现变化，便停止垂直方向行走，这时传感器已经进入到了耦合水中，并且传感器前端已经出现了干扰气泡，如图9。同时，系统触发除气泡电机运转，驱动除气泡系统，这些动作的进行，实验者操作者都可以观察到效果，如图10。消除气泡以后，水浸聚焦探头半圆球状表面处耦合良好，超声波水浸C-扫描设备处于良好的扫查探测工作状态，之后启动扫查检测，如图11。
如果在批量探测过程中，传感器需要运行出耦合水，并再次进入水槽中进行探测，则仍可按照上述过程，完成水浸聚焦探头进入水槽后的气泡消除。消除气泡方法的操作过程和控制条件，如图12。

Claims (1)

1.一种冶金材料水浸超声波检测中干扰气泡的去除方法，其特征在于，采用波形比较法，具体步骤如下：
（1）首先，利用超声波水浸C-扫描检测设备分别提取超声聚焦探头在空气中、垂直进入耦合水后半圆球状表面带气泡，以及出水后半圆球状表面带水滴，这三种情况下的波形，用于Z轴运动中实时信号比较后的动作决策；
（2）对待检测钢材原料进行外观加工处理后，将样品放入超声波水浸C-扫描探测设备，启动水浸超声聚焦探头向耦合水行进，以便将传感器调整到固定位置，实施探测工作；
水浸超声聚焦探头向耦合水行进，即设备的Z轴电机驱动承载水浸超声聚焦探头的Z轴探头滑座向耦合水容器内行进，C-扫描探测设备不断采集水浸超声聚焦探头的波形，并同时将采集的波形与事先采集到的三种波形进行比较；
（3）如果没有出现变化，说明水浸超声聚焦探头还没有进入到耦合水中，则设备保持Z轴电机继续驱动水浸超声聚焦探头行走；
（4）直到比较后的波形出现变化，说明水浸超声聚焦探头已进入到耦合水中，并且探头波振面半圆球状表面凹陷处已经存在需要去除的空气气泡；经系统识别出状态后，系统触发除气泡电机运转，去除气泡。
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