CN113960178A - 一种基于tofd技术的精准扫查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于,包括以下步骤：S1：测量距离检测面的深度参数Z；S2：测量沿扫查线的位置参数X；S3：测量横向距离参数Y；S4：盲区的误差扫查，在非平行扫查时，需要确定扫查的起始点和扫查的基准线，所述基准线也就是在被检测表面作一条平行于焊缝的线，在扫查过程中始终保持探头的入射点到基准线的距离保持不变本发明的有益效果：通过测量探头中心距（PCS）以及样品厚度，并在扫查前将这些数值输入文件头中，再利用B扫或D扫对样品进行扫查，根据信号波的到达时间，图像中每一个光标的位置和深度都可以计算得到，从而实现了对缺陷位置更精准的定位。

Description

一种基于TOFD技术的精准扫查方法
技术领域
本发明涉及TOFD扫查技术领域，具体是一种基于TOFD技术的精准扫查方法。
背景技术
执行TOFD检查的最常见的方式叫做非平行扫查。这种扫查方式，探头的移动方向是沿着焊缝方向，垂直于声束的方向。它适用于焊缝的快速检测。非平行扫查的结果称为D扫描 (D-scan)，它显示的图像是沿着焊缝中心剖开的截面。由于两个探头置于焊缝的两侧，焊缝余高不影响扫查，这种扫查方式效率高，速度快，成本低，操作方便，只需一个人便可以完成。
为详细分析检测结果，有时必须进行所谓平行扫查。平行扫查时，将探头放置在检测的指定位置，在探头声束的平面内移动探头。这通常是指垂直于焊缝中心线移动探头，平行扫查的结果称为B扫描(B-Scan)，它显示的图像是跨越焊缝的横截面。在这种扫查方式中，焊缝的余高会明显阻碍探头的移动，从而降低扫查效率。因此大多数情况下都将焊缝的余高打磨平之后再进行扫查。这种扫查方式会在非平行扫查无法得出满意的结果时给一个补充。无论是在平行还是在非平行扫查的图形中，缺陷的两端都显示出弧形形状。其原因是缺陷在焊缝中线或两探头连接线中点时声程路径最短，而在离开中线时声程路径又变长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TOFD技术的精准扫查方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1：测量距离检测面的深度参数Z；
S2：测量沿扫查线的位置参数X；
S3：测量横向距离参数Y；
S4：盲区的误差扫查；
在非平行扫查时，需要确定扫查的起始点和扫查的基准线，所述基准线也就是在被检测表面作一条平行于焊缝的线，在扫查过程中始终保持探头的入射点到基准线的距离保持不变。
作为本发明进一步的方案：在S1中利用十字光标来测量A扫信号中的数据，利用抛物线光标来测量D扫图中的数据；
S1-1：首先将十字光标置于A扫直通波的起始位置上，记录下相应的时间值，然后将十字光标置于缺陷波的起始位置，并且再次记录下对应的时间值，根据工件的声速和探头间距，计算机会自动计算并显示出缺陷的深度；
S1-2：利用抛物线光标在D扫图像中测量深度，将抛物线光标与缺陷端点的信号进行拟合。
作为本发明进一步的方案：在S2中，首先确定扫查的起始点，当探头移动的时候，一通通过编码器记录下每一个A扫信号相对的起始点的位置，通过移动十字光标就可以从记录中得到任意一个A扫信号的X参数。
作为本发明进一步的方案：在S3中，利用一对探头在缺陷的上方进行平行扫查，进行平行扫查时首先要确定扫查的起始点，以扫查前两个探头中间的对称点为位置零点，扫查过程中使用编码器记录下探头移动过程中每一个A扫信号相对起始点的位置，在平行扫查的记录上用光标测量信号的声程最上位置，该数值就是缺陷位于探头中间的对称位置的信号，即横向距离参数Y。
作为本发明进一步的方案：在S4中，所述盲区分为直通波盲区和底面盲区，盲区缺陷误差的扫查包括缺陷位置深度的测量以及缺陷高度和长度的测量，在缺陷位置做偏置非平行扫查，并且利用脉冲回波法对缺陷位置进行校核，通过三角运算可以由脉冲到达时间计算出信号的深度，尖端信号定位也提供了实际缺陷位置的尺寸及低于扫查面深度估算的信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过测量探头中心距(PCS)以及样品厚度，并在扫查前将这些数值输入文件头中，再利用B扫或D扫对样品进行扫查，根据信号波的到达时间，图像中每一个光标的位置和深度都可以计算得到，从而实现了对缺陷位置更精准的定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无缺陷时A扫描信号；
图2为本发明有缺陷时A扫描信号；
图3为本发明非平行扫查的D扫结果图；
图4为本发明平行扫查的B扫结果图；
图5为本发明对缺陷位置的误差校核图；
图6为本发明结构原理图。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明实施例中，一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1：测量距离检测面的深度参数Z；
S2：测量沿扫查线的位置参数X；
S3：测量横向距离参数Y；
S4：盲区的误差扫查；
在非平行扫查时，需要确定扫查的起始点和扫查的基准线，所述基准线也就是在被检测表面作一条平行于焊缝的线，在扫查过程中始终保持探头的入射点到基准线的距离保持不变。在S1中利用十字光标来测量A扫信号中的数据，利用抛物线光标来测量D扫图中的数据；
S1-1：首先将十字光标置于A扫直通波的起始位置上，记录下相应的时间值，然后将十字光标置于缺陷波的起始位置，并且再次记录下对应的时间值，根据工件的声速和探头间距，计算机会自动计算并显示出缺陷的深度；
S1-2：利用抛物线光标在D扫图像中测量深度，将抛物线光标与缺陷端点的信号进行拟合。在S2中，首先确定扫查的起始点，当探头移动的时候，一通通过编码器记录下每一个A扫信号相对的起始点的位置，通过移动十字光标就可以从记录中得到任意一个A扫信号的X 参数。
在S3中，利用一对探头在缺陷的上方进行平行扫查，进行平行扫查时首先要确定扫查的起始点，以扫查前两个探头中间的对称点为位置零点，扫查过程中使用编码器记录下探头移动过程中每一个A扫信号相对起始点的位置，在平行扫查的记录上用光标测量信号的声程最下位置，该数值就是缺陷位于探头中间的对称位置的信号，即横向距离参数Y。
在S4中，所述盲区分为直通波盲区和底面盲区，盲区缺陷误差的扫查包括缺陷位置深度的测量以及缺陷高度和长度的测量，在缺陷位置做偏置非平行扫查，并且利用脉冲回波法对缺陷位置进行校核，通过三角运算可以由脉冲到达时间计算出信号的深度，尖端信号定位也提供了实际缺陷位置的尺寸及低于扫查面深度估算的信息。
实施例：
如图6所示，当反射体对称地位于探头下面时，反射体上尖端衍射波在两个探头之间传播距离如下：
Figure BDA0003314017350000041
其中S为探头中心距(PCS)一半，单位为mm，d为反射体深度，单位为mm。
因此以微秒为单位，传播时间T为：
Figure BDA0003314017350000042
其中c为声速，单位mm/μs。
因此通过上述等式变换，反射体上尖端深度可表示为测量时间的函数：
Figure BDA0003314017350000043
在实际操作中的深度计算需要考虑声波穿过探头楔块引起的额外的测量时间延迟。这个延迟即探头延时2t_0(us)。因此测量的总的传播时间t，实际由下式给出：
Figure BDA0003314017350000044
缺陷深度为:
Figure BDA0003314017350000045
直通波信号出现在t_1时刻，即：
Figure BDA0003314017350000046
底面回波出现在t_b时刻，即：
Figure BDA0003314017350000047
其中D为试样厚度。
如果己知探头中心距(PCS)为2s，试样厚度为D，通过变换，可以得到探头延时和声速两个方程：
Figure BDA0003314017350000048
和
Figure BDA0003314017350000049
因此推荐的深度测量方法是测量探头中心距(PCS)及样品厚度，并在开始扫查前将这些值输入文件头中，再用B或D扫描方式对样品进行扫查，分析图谱时使用相关的软件，首先测量直通波及底波信号到达的时间，然后让电脑自动计算探头延迟和速度，那么图像中每一个光标位置的深度都可以计算。如果没有直通波及底波信号，而只有一个信号用于校准，则必须输入声速和探头延迟值，其中探头中心距(PCS)可通过在两个探头上标记点间距来进行测量；
如图5所示，可以看出，在不同位置的点产生的衍射轨迹会有相同的传输时间，也就是说我们得到的缺陷高度与实际高度是可能存在误差的，但是在理论上和实际上，这个误差不会大于壁厚的10％，焊缝内部缺陷的高度估计误差是可以忽略的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1：测量距离检测面的深度参数Z；
S2：测量沿扫查线的位置参数X；
S3：测量横向距离参数Y；
S4：盲区的误差扫查；
在非平行扫查时，需要确定扫查的起始点和扫查的基准线，所述基准线也就是在被检测表面作一条平行于焊缝的线，在扫查过程中始终保持探头的入射点到基准线的距离保持不变。
2.根据权利要求1所述的一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于：在S1中利用十字光标来测量A扫信号中的数据，利用抛物线光标来测量D扫图中的数据；
S1-1：首先将十字光标置于A扫直通波的起始位置上，记录下相应的时间值，然后将十字光标置于缺陷波的起始位置，并且再次记录下对应的时间值，根据工件的声速和探头间距，计算机会自动计算并显示出缺陷的深度；
S1-2：利用抛物线光标在D扫图像中测量深度，将抛物线光标与缺陷端点的信号进行拟合。
3.根据权利要求1所述的一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于：在S2中，首先确定扫查的起始点，当探头移动的时候，一通通过编码器记录下每一个A扫信号相对的起始点的位置，通过移动十字光标就可以从记录中得到任意一个A扫信号的X参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于：在S3中，利用一对探头在缺陷的上方进行平行扫查，进行平行扫查时首先要确定扫查的起始点，以扫查前两个探头中间的对称点为位置零点，扫查过程中使用编码器记录下探头移动过程中每一个A扫信号相对起始点的位置，在平行扫查的记录上用光标测量信号的声程最上位置，该数值就是缺陷位于探头中间的对称位置的信号，即横向距离参数Y。
5.根据权利要求1所述的一种基于TOFD技术的精准扫查方法，其特征在于：在S4中，所述盲区分为直通波盲区和底面盲区，盲区缺陷误差的扫查包括缺陷位置深度的测量以及缺陷高度和长度的测量，在缺陷位置做偏置非平行扫查，并且利用脉冲回波法对缺陷位置进行校核，通过三角运算可以由脉冲到达时间计算出信号的深度，尖端信号定位也提供了实际缺陷位置的尺寸及低于扫查面深度估算的信息。
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