CN114397372A - 相控阵超声检测用试块装置及超声波灵敏度校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种相控阵超声检测用试块装置及超声波灵敏度校准方法，所述装置包含多个不同尺寸的试块按对应大小依序构成的阶梯型试块；所述阶梯型试块各阶梯上预设位置设置有不同深度的刻槽反射面，用于通过不同厚度的阶梯位置处的所述刻槽反射面对不同厚度的工件进行超声波灵敏度校准；所述试块为不同厚度的矩形块，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的阶梯面上预设位置，或所述试块为不同直径的半圆柱体，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的圆截面上预设位置。
Description
技术领域
本发明涉及超声波检测领域，尤指一种相控阵超声检测用试块装置及超声波灵敏度校准方法。
背景技术
超声检测(UT)是无损检测的方法之一。超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，接收器可接收反射波并进行显示，从而能检测出缺陷，并能显示内部缺陷的位置和大小。对于固定尺寸的缺陷，声程越大，反射回波幅值越低。同一深度的缺陷，声束入射角度越大，声程越长，反射回波幅值越低。在相控阵超声横波检测时，为了不同入射角度的声束在不同深度能获得相同的检测灵敏度，需要采用试块上标准反射体进行灵敏度校准。
现有超声检测标准中，灵敏度校准试块上采用的反射体多为横孔，对不同角度声束和不同深度(声程)进行灵敏度补偿。根据超声波反射特性，当声束垂直入射到反射面时，反射回波波幅最高。对于横孔，通过前后移动探头，能实现声束的垂直入射，获得最高回波。因此横孔作为标准反射体具有较好的通用性，在超声检测中被广泛使用。但是在检测裂纹等面积型缺陷时，缺陷的回波形式主要为端角反射，与横孔的反射机理不同，此时若采用横孔校准灵敏度，测得的裂纹回波当量不准，可能会导致误判甚至漏检。
现有相控阵超声检测灵敏度校准时，放置探头的检测面曲率变化与被检测区域底面的曲率变化同步，此时利用横孔试块就可以完成不同角度声束在不同深度的灵敏度校准。对于一些复杂结构体，放置探头的检测面曲率变化与被检测区域底面的曲率变化可能是不同步的。放置探头的检测面与被检测区域底面相对位置存在角度变化。由于该角度的变化，即使进行了深度和声束角度的校准，在检测过程中对于同一尺寸缺陷依然无法保证一致的回波幅值，并影响到后续缺陷尺寸的测量，从而导致缺陷的漏检和误判。
发明内容
本发明目的在于提供一种相控阵超声检测用试块装置及超声波灵敏度校准方法，以针对裂纹等面积型缺陷检测的灵敏度校准。
为达上述目的，本发明所提供的一种相控阵超声检测用试块装置，所述装置包含多个不同尺寸的试块按对应大小依序构成的阶梯型试块；其中，所述阶梯型试块各阶梯上预设位置设置有不同深度的刻槽反射面，用于通过不同厚度的阶梯位置处的所述刻槽反射面对不同厚度的工件进行超声波灵敏度校准。
在上述的相控阵超声检测用试块装置，优选的，所述试块为不同厚度的矩形块，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的阶梯面上预设位置。
在上述的相控阵超声检测用试块装置，优选的，所述试块为不同直径的半圆柱体，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的圆截面上预设位置。
本发明还提供一种包含相控阵超声检测用试块装置的超声波灵敏度校准方法，所述方法包含：对相控阵检测系统进行初始化设置；根据预定的多个不同深度的所述刻槽反射面，将超声波探头放置于待检测面，并设置闸门参数值使闸门能在每个角度覆盖所述刻槽反射面的反射信号；通过调整所述超声波探头的位置获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络；根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点；根据所述标定点构建端角TCG或DAC曲线；根据所述端角TCG或DAC曲线进行灵敏度补偿。
本发明还提供一种包含相控阵超声检测用试块装置的超声波灵敏度校准方法，所述方法包含：根据被检工件的结构信息获得扭转角度的范围，根据所述扭转角度范围获得扭转角度值；对相控阵检测系统进行初始化设置，根据预定的多个不同深度的所述刻槽反射面，将超声波探头放置于待检测面，并设置闸门参数值使闸门能在每个角度覆盖所述刻槽反射面的反射信号；根据所述扭转角度值调整所述超声波探头的位置及超声波发射角度获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络；根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点，根据所述标定点构建对应扭转角度值的端角TCG或DAC曲线；根据所述端角TCG或DAC曲线进行灵敏度补偿。
在上述超声波灵敏度校准方法中，优选的，对相控阵检测系统进行初始化设置包含聚焦法则设置、扫查设置、声速校准设置和楔块校准设置。
在上述超声波灵敏度校准方法中，优选的，获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络包含：将所述超声波探头前后移动使不同角度的超声波声束在所述刻槽反射面形成端角反射；根据所有角度的超声波声束的最大端角反射波构成信号包络。
在上述超声波灵敏度校准方法中，优选的，根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点包含：调整增益值使所述信号包络的包络线幅度到达预设固定值，确定端角TCG或DAC曲线的标定点。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明所提供的相控阵超声检测用试块装置及超声波灵敏度校准方法可有效提高校正灵敏度，测得的裂纹回波当量也更为精准，避免了缺陷的漏检和误判。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1和图2为本发明一实施例所提供的相控阵超声检测用试块装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例所提供的超声波灵敏度校准方法的流程示意图；
图4和图5为本发明一实施例所提供的相控阵超声检测用试块装置的结构示意图；
图6为本发明一实施例所提供的超声波灵敏度校准方法的流程示意图；
图7A和图7B为本发明一实施例所提供的扭转角度的示意图；
图8为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明所提供的一种相控阵超声检测用试块装置，所述装置包含多个不同尺寸的试块按对应大小依序构成的阶梯型试块；其中，所述阶梯型试块各阶梯上预设位置设置有不同深度的刻槽反射面，用于通过不同厚度的阶梯位置处的所述刻槽反射面对不同厚度的工件进行超声波灵敏度校准。实际工作中，针对横孔和裂纹超声波反射机理不同，设计了上述带有刻槽的阶梯试块可用于不同深度和不同声束角度灵敏度校准，适用于裂纹等面积型缺陷检测的灵敏度校准。具体可参考图1和图2所示，所述试块为不同厚度的矩形块，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的阶梯面上预设位置。在该实施例中，在阶梯试块上加工刻槽。一方面利用槽代替横孔来模拟裂纹的端角反射，另一方面阶梯试块不同厚度可用于不同厚度的工件检测时灵敏度的校准。
请参考图3，本发明还提供一种包含相控阵超声检测用试块装置的超声波灵敏度校准方法，所述方法包含：
S301对相控阵检测系统进行初始化设置；
S302根据预定的多个不同深度的所述刻槽反射面，将超声波探头放置于待检测面，并设置闸门参数值使闸门能在每个角度覆盖所述刻槽反射面的反射信号；
S303通过调整所述超声波探头的位置获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络；
S304根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点；
S305根据所述标定点构建端角TCG或DAC曲线，根据所述端角TCG或DAC曲线进行灵敏度补偿。
针对裂纹等面积型缺陷检测，且放置探头的检测面曲率变化与被检测区域底面的曲率变化不同步的问题，请参考图4和图5所示，在本发明一实施例中还提供一种相控阵超声检测用试块装置，其所述试块为不同直径的半圆柱体，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的圆截面上预设位置。利用带刻槽的半圆柱阶梯试块，对探头周向不同放置位置时声束入射面与面积型缺陷的角度变化导致的回波幅值不同进行记录，确定灵敏度补偿值。
请参考图6所示，本发明还提供一种包含相控阵超声检测用试块装置的超声波灵敏度校准方法，所述方法包含：
S601根据被检工件的结构信息获得扭转角度的范围，根据所述扭转角度范围获得扭转角度值；
S602对相控阵检测系统进行初始化设置，根据预定的多个不同深度的所述刻槽反射面，将超声波探头放置于待检测面，并设置闸门参数值使闸门能在每个角度覆盖所述刻槽反射面的反射信号；
S603根据所述扭转角度值调整所述超声波探头的位置及超声波发射角度获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络；
S604根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点，根据所述标定点构建对应扭转角度值的端角TCG或DAC曲线；
S605根据所述端角TCG或DAC曲线进行灵敏度补偿。
在实际工作中，上述实施例所述的对相控阵检测系统进行初始化设置包含聚焦法则设置、扫查设置、声速校准设置和楔块校准设置。进一步的获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络可包含：将所述超声波探头前后移动使不同角度的超声波声束在所述刻槽反射面形成端角反射；根据所有角度的超声波声束的最大端角反射波构成信号包络。在另一实施例中，根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点包含：调整增益值使所述信号包络的包络线幅度到达预设固定值，确定端角TCG或DAC曲线的标定点。
为便于更清楚的理解本发明所提供的上述实施例中，以下通过两个实施例对上述流程的具体应用做示例性说明，本领域相关技术人员当可知，该实例仅为便于理解本发明可应用的方式，并不对其做任何限定。
请参考图1和图2所示，该试块进行灵敏度校准的具体步骤如下：
1.将连接好的相控阵检测系统完成聚焦法则、扫查设置、声速校准、楔块校准等基本设置后，选择不同深度的槽进行TCG(或DAC)曲线的制作(通常情况下最少选择3个深度的槽)。
2.将探头放置在涂抹好耦合剂的检测面，设置闸门的起点、宽度和阈值，使闸门能在每个角度均能覆盖当前所要制作的槽的反射信号。
3.前后移动探头，不同角度的声束在底面槽形成端角反射，所有角度声束的最大端角反射波形成一条平滑的信号包络，调整增益值使得包络线幅度在固定值(通常为满屏高度的80％)，即确定了端角TCG曲线的一个标定点。
4.对不同深度重复步骤2、3，确定不同深度的标定点(至少3个)，即可做出一条TCG曲线。
至此，完成了不同厚度工件的端角TCG曲线的制作。
请参考图4、图5、图7A和图7B所示，该半圆柱试块进行灵敏度校准的具体步骤与前述类似，其整体如下：
1.将连接好的相控阵检测系统完成聚焦法则、扫查设置、声速校准、楔块校准等基本设置后，选择不同深度的槽进行TCG(或DAC)曲线的制作(通常情况下最少选择3个深度的槽)。
2.将探头放置在涂抹好耦合剂的检测面，设置闸门的起点、宽度和阈值，使闸门能在每个角度均能覆盖当前所要制作的槽的反射信号。
3.前后移动探头，不同角度的声束在底面槽形成端角反射，所有角度声束的最大端角反射波形成一条平滑的信号包络，调整增益值使得包络线幅度在固定值(通常为满屏高度的80％)，即确定了端角TCG曲线的一个标定点。
4.根据实际工件几何结构确定扭转角度的范围，按照步骤1-3在某一扭转角度下制作端角TCG曲线，每个TCG曲线至少含有三个不同深度标定点。
5.如图7A和图7B所示，对不同扭转角度α重复上述1至4步，即可做出包含扭转角度这一变量的端角TCG曲线。
至此，针对裂纹等面积型缺陷完成了包含超声波入射面与通槽的角度这一变量的，不同深度和不同声束角度的灵敏度校准。在使用此端角TCG曲线进行相控阵超声波检测时，需要将被检工件的结构信息、探头移动轨迹录入到仪器中，仪器自动计算探头移动到不同位置时的扭转角度，调用相应的端角TCG曲线进行灵敏度补偿。
本发明所提供的相控阵超声检测用试块装置及超声波灵敏度校准方法可有效提高校正灵敏度，测得的裂纹回波当量也更为精准，避免了缺陷的漏检和误判。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
如图8所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图8中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图8中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图8所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种相控阵超声检测用试块装置，其特征在于，所述装置包含多个不同尺寸的试块按对应大小依序构成的阶梯型试块；
其中，所述阶梯型试块各阶梯上预设位置设置有不同深度的刻槽反射面，用于通过不同厚度的阶梯位置处的所述刻槽反射面对不同厚度的工件进行超声波灵敏度校准。
2.根据权利要求1所述的相控阵超声检测用试块装置，其特征在于，所述试块为不同厚度的矩形块，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的阶梯面上预设位置。
3.根据权利要求1所述的相控阵超声检测用试块装置，其特征在于，所述试块为不同直径的半圆柱体，所述刻槽反射面设置于所述阶梯型试块各阶梯的圆截面上预设位置。
4.一种包含权利要求2所述的相控阵超声检测用试块装置的超声波灵敏度校准方法，其特征在于，所述方法包含：
对相控阵检测系统进行初始化设置；
根据预定的多个不同深度的所述刻槽反射面，将超声波探头放置于待检测面，并设置闸门参数值使闸门能在每个角度覆盖所述刻槽反射面的反射信号；
通过调整所述超声波探头的位置获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络；
根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点；
根据所述标定点构建端角TCG或DAC曲线；
根据所述端角TCG或DAC曲线进行灵敏度补偿。
5.一种包含权利要求3所述的相控阵超声检测用试块装置的超声波灵敏度校准方法，其特征在于，所述方法包含：
根据被检工件的结构信息获得扭转角度的范围，根据所述扭转角度范围获得扭转角度值；
对相控阵检测系统进行初始化设置，根据预定的多个不同深度的所述刻槽反射面，将超声波探头放置于待检测面，并设置闸门参数值使闸门能在每个角度覆盖所述刻槽反射面的反射信号；
根据所述扭转角度值调整所述超声波探头的位置及超声波发射角度获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络；
根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点，根据所述标定点构建对应扭转角度值的端角TCG或DAC曲线；
根据所述端角TCG或DAC曲线进行灵敏度补偿。
6.根据权利要求4或5所述的超声波灵敏度校准方法，其特征在于，对相控阵检测系统进行初始化设置包含聚焦法则设置、扫查设置、声速校准设置和楔块校准设置。
7.根据权利要求4或5所述的超声波灵敏度校准方法，其特征在于，获取超声波于所述刻槽反射面反射形成的信号包络包含：
将所述超声波探头前后移动使不同角度的超声波声束在所述刻槽反射面形成端角反射；
根据所有角度的超声波声束的最大端角反射波构成信号包络。
8.根据权利要求4或5所述的超声波灵敏度校准方法，其特征在于，根据所述信号包络的包络线幅度的稳定情况获得端角TCG或DAC曲线的标定点包含：
调整增益值使所述信号包络的包络线幅度到达预设固定值，确定端角TCG或DAC曲线的标定点。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求4或5所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有由计算机执行权利要求4或5所述方法的计算机程序。
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