CN117836586A - 用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，该方法对于多个不同的发射点包括以下步骤：对于当前发射点，发射多个超声脉冲；生成与相应超声脉冲相关联的多个基本回波信号；选择产生具有最大振幅的基本回波信号的脉冲；计算选择的所述脉冲的基本飞行时间；计算选择的所述脉冲的表面接触点的坐标；根据基本飞行时间、外表面接触点的坐标和待检测部件中的传播介质来计算待检测部件的内表面(3)的潜在位置集合，该方法还包括通过将潜在位置集合的分离部分连结在一起来计算待检测部件的内表面(3)轮廓的步骤。

Description

用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法

技术领域

本发明涉及非破坏性测试、比如金属产品的一致性的非破坏性测试的领域。本发明更具体地涉及通过重建待检测部件的厚度轮廓进行的超声检测。

背景技术

金属管广泛地用于能源工业的各个领域，比如发电、石油和天然气以及机械工程。与大多数冶金产品一样，管易于包含与其制造相关的缺陷，比如尺寸缺陷、钢中的夹杂物、管的内表面或外表面上的裂纹、或者气孔。一般来说，管必须具有精确的尺寸和轮廓，以便保证其在使用中的机械强度。

因此，管在制造后需要进行检测以检测其中的任何缺陷，并且酌情确定有助于评估这些缺陷的危险性以及这些管是否符合标准的信息。

对于具有平行的外表面与内表面的轮廓的管，采用超声波进行非破坏性测试技术，以便确定管的实际几何形状，并且确保管的实际几何形状与所需几何形状一致，特别是在厚度和偏心率方面一致。为此，使超声波在管中传播，并且在由管反射的波中，确定那些代表管的几何形状的波。

然而，对于具有复杂轮廓的管——其中管的外表面与内表面不平行，超声波在管的外表面和/或内表面上的反射不允许直接使用在管的外表面与内表面平行的情况下所使用的方法。事实上，在波垂直到达管的外表面和/或内表面的情况下，波沿着相同的轨迹被所述表面反射。然而，在超声波以一定角度到达管的外表面和/或内表面时，超声波按照斯涅尔-笛卡尔定律(Snell-Descartes law)描述的轨迹反射，该轨迹不对应于厚度的测量。在元件的外表面与内表面不平行的情况下，这使得使用超声波进行尺寸测量存在问题。

为了避免在管具有复杂厚度轮廓的情况下出现与波的反射相关的问题，通常首先确定管的外表面的轮廓，例如借助于超声波确定管的外表面的轮廓。然后通常使用受电弓系统，从而允许以手动的方式完全相同地再现管的内部轮廓。然而，这种类型的装置在使用时耗费很长时间，并且其精确度在很大程度上取决于受电弓的使用者的技能。

因此，需要一种用于重建复杂管厚度轮廓的方法，从而使得能够以快速且可靠的方式获得代表内表面的轮廓的数据。

发明内容

本发明背后的一个理念是使得能够以快速且可靠的方式重建待检测部件的厚度轮廓。具体地，本发明背后的一个理念是使得能够重建具有复杂形状的待检测部件的内表面，复杂形状通常为内表面与外表面至少一部分不平行。此外，本发明背后的一个理念是：尽管存在不平行的外表面与内表面，也能够借助于超声波再现厚度轮廓。

为此，本发明提供了一种用于重建待检测部件、优选地为金属部件的厚度轮廓的方法，所述待检测部件具有第一表面和第二表面，

该方法在多个不同的发射点处包括以下步骤：

-在多个不同的发射点中的当前发射点处，从换能器沿待检测部件的第一表面的方向发射多个超声脉冲，

-换能器在时间窗口期间接收超声波，

-生成多个基本回波信号，每个基本回波信号与相应的超声脉冲相关联，每个基本回波信号对应于由待检测部件的第二表面反射并由换能器接收的超声波，

-从多个脉冲中选择一脉冲，选择的所述脉冲产生基本回波信号的最大振幅的基本回波，

-计算选择的所述脉冲的基本飞行时间，该基本飞行时间对应于选择的所述脉冲从待检测部件的外部传输到内部的时刻与选择的所述脉冲与待检测部件的第二表面接触的时刻之间经过的时间，

-计算选择的所述脉冲的表面接触点的坐标，所述坐标包括沿着待检测部件的纵向轴线的轴向坐标以及沿着垂直于待检测部件的所述纵向轴线的径向轴线的径向坐标，所述表面接触点对应于选择的脉冲在待检测部件的第一表面上的冲击点，

-根据基本飞行时间、表面接触点的坐标和所述待检测部件中的传播介质来计算待检测部件的第二表面的潜在位置集合，

该方法还包括通过将第二表面的针对所述多个不同的发射点所计算的潜在位置集合的分离部分连结来计算待检测部件的第二表面的轮廓的步骤。

由于这些特征，借助于超声脉冲可以以可靠且快速的方式重建待检测部件的第二表面的轮廓。具体地，可以在待检测部件的第二表面不平行于第一表面的情况下重建待检测部件的第二表面的轮廓，也就是说在部件沿着其纵向轴线具有厚度变化的情况下重建待检测部件的第二表面的轮廓。

使用超声脉冲使得能够快速处理待检测部件，以便确定其第二表面的轮廓。此外，尽管所述第二表面的斜度存在变化，但是针对每个发射点生成多个超声脉冲使得能够重建待检测部件的第二表面的轮廓。具体地，所述多个超声脉冲能够进行角度扫描，使得在沿着待检测部件的纵向轴线的每个发射位置处，借助于脉冲可以获得与部件相关的信息，脉冲的角度取向在被传送到部件中时与待检测部件的第二表面是垂直的。因此，对于发射点的每个位置，可以获得第二表面的潜在位置集合。然后，连结这些集合的分离部分使得可以界定第二表面的轮廓，尽管缺少关于超声脉冲的取向的信息，但是使用所计算的潜在位置集合的这些分离部分使得可以确定第二表面的位置。

这种厚度轮廓重建方法的实施方式可以具有以下特征中的一个或更多个特征。

根据一个实施方式，多个超声脉冲中的超声脉冲或每个超声脉冲具有各自的发射角，所述发射角优选地位于在当前发射时间处平行于待检测部件的纵向轴线的发射平面θ中，以便为当前发射点生成有角度的发射扫描。

根据一个实施方式，由换能器接收超声波的步骤在多个超声脉冲的一个或更多个或每个超声脉冲的相应时间窗口内执行。根据一个实施方式，对于在当前发射点处的多个不同脉冲，由换能器接收超声波的步骤在相同的时间窗口期间执行。

根据一个实施方式，换能器对超声波的接收被执行成使得响应于所述多个脉冲的当前脉冲来接收由待检测部件反射的波。

潜在位置集合可以采取各种形式。根据一个实施方式，第二表面在每个电流发射点处的潜在位置集合是连续的，以形成圆弧，并且连结所述位置集合包括连结所述圆弧的分离部分。

根据一个实施方式，第二表面针对每个电流发射点的潜在位置集合是连续的，以形成圆，连结所述位置集合包括连结所述圆的分离部分。

根据一个实施方式，对于多个不同的发射点中的一个、更多个或每个发射点，该方法还包括以下步骤：

-计算径向定向并穿过所述发射点的直线与第二表面的针对多个不同的发射点中的各个发射点所计算的潜在位置集合之间的基本交点，

-从计算的所述基本交点中选择一基本交点，选择的所述基本交点在计算的基本交点中最接近待检测部件的纵向轴线的交点，例如是距离所述发射点最远的交点，选择的所述交点对应于待检测部件的第二表面上的径向定向并穿过发射点的直线的水平上的点，

将第二表面的潜在位置集合连结包括将选择的基本交点连结。

根据一个实施方式，选择的脉冲是选择的第一脉冲，并且对于在当前发射点的多个脉冲中的每个脉冲，该方法还包括以下步骤：

-生成多个界面回波信号，每个界面回波信号与多个脉冲中的相应超声脉冲相关联，并且每个界面回波信号对应于由待检测部件的第一表面反射并由换能器接收的超声波，

-从多个脉冲中选择第二脉冲，选择的所述第二脉冲产生界面回波信号的振幅最大的界面回波信号，

-计算选择的所述第二脉冲的界面飞行时间，该界面飞行时间对应于选择的所述第二脉冲的发射时刻与选择的所述第二脉冲与待检测部件的第一表面接触的时刻之间经过的时间，

-根据界面飞行时间、当前发射点的坐标以及当前发射点与待检测部件之间的传播介质来计算待检测部件的第一表面的潜在位置集合，

该方法还包括通过将第一表面的针对多个不同发射点所计算的潜在位置集合的分离部分连结来计算待检测部件的第一表面的轮廓的步骤。

由于这些特征，基于相同系列的不同超声脉冲，可以同时重建待检测部件的第一表面和第二表面。因此，根据本发明的方法借助于相同系列的超声脉冲能够以简单且快速的方式重建待检测部件的厚度轮廓，而不管第一表面和第二表面的各自取向以及换能器在待检测部件的方向上的精确取向如何。

根据一个实施方式，发射多个超声脉冲的步骤借助于传感器来执行，该方法包括使所述传感器纵向地、即沿着待检测部件的纵向轴线移动的步骤、以及使所述传感器径向地、即垂直于待检测部件的纵向轴线移动的步骤。根据一个实施方式，这种类型的传感器适于在发射点处发射超声波并在所述发射点处接收超声波，例如由传感器发射的超声波从待检测部件反射而产生的超声波。

由于同一传感器能够发射和接收超声波，从而能够对待检测部件进行分析，因此该方法是易于执行的。此外，该传感器的移动使得能够以简单且快速的方式沿着所述部件的纵向轴线确定待检测部件的厚度轮廓。

根据一个实施方式，传感器安装在壳体上，所述壳体包括支承点、例如由安装在所述壳体上的臂的端部形成的支承点，所述支承点与待检测部件的第一表面在传感器的移动期间保持接触。根据一个实施方式，传感器在壳体上居中，使得在发射超声脉冲的步骤期间由传感器发射的超声脉冲在距部件的所述第一表面恒定的距离处从壳体的旋转中心发射。根据一个实施方式，臂具有确定的长度，使得可以确定传感器相对于待检测部件的位置。

根据一个实施方式，传感器定位成与待检测部件的第一表面的接触点等距离，例如与形成所述支承点的臂的端部等距离。

由于这些特征，可以以简单且可靠的方式使传感器沿着待检测部件移动。具体地，由于这种类型的传感器和承载该传感器的这种类型的壳体，超声扫描的取向保持指向待检测部件。此外，这种类型的壳体能够使脉冲的发射点与待检测部件的第一表面之间的径向距离保持基本恒定，尽管所述第一表面的斜度变化。

根据一个实施方式，从相应发射点发射的超声脉冲在下述直线的任一侧上根据0°与30°之间的角度扫描发射：该直线垂直于壳体的安装有传感器的面并且穿过所述传感器的发射点。根据一个实施方式，在相应发射点处发射的超声脉冲在下述直线的任一侧根据60°、30°的角度扫描发射：该直线垂直于壳体的安装有传感器的面并且穿过所述传感器的发射点，所述直线例如平行于壳体的臂。优选地避免角度太大的角度扫描，以便防止不希望的几何回波。因此，该角度扫描优选地在平行于壳体的臂的直线的任一侧、在小于或等于30°、例如2×15°的角度范围内执行。该角度有利地根据待检测部件的理论或标称几何形状来确定，该角度基本上等于所述部件的内表面与外表面之间的最大角度。

由于这些特征，扫描在足够大的角度上进行，以确保发射点与待检测部件的第一表面之间的最短距离以包含在所述角度扫描内的角度定向。具体地，利用如上所述从安装在壳体上的传感器发射的超声脉冲，尽管待检测部件的外表面存在变化，但是传感器的取向变化受到限制，这使得可以确保如上所述的角度扫描根据传感器与部件的外表面之间的最短距离的取向产生脉冲。此外，这种角度使得可以确保至少一个超声脉冲以垂直于第二表面的取向在待检测部件中传播，包括在第一表面的斜度与第二表面的斜度之间存在较大角度的情况下也是如此。

根据一个实施方式，该部件是具有复杂形状的部件，其特征在于所述部件的内径和/或外径沿着所述部件的纵向轴线变化。

根据一个实施方式，该方法还包括对在多个脉冲中的当前发射点发射的多个脉冲中的一个、更多个或每个脉冲应用相应的延迟规则的步骤。

延迟规则的应用有利地使得能够根据上述角度扫描为多个脉冲中的一个、更多个或每个脉冲生成多个脉冲。

一个或更多个发射点的坐标可以通过各种方式获得。根据一个实施方式，该方法还包括为一个、更多个或每个发射点确定多个脉冲的所述发射点的坐标的步骤。根据一个实施方式，发射点的坐标是预先建立的，例如通过预先建立传感器的路线来预先建立，这限定了发射点的各种连续位置。

发射点的坐标可以用多种方式来确定。根据一个实施方式，可以借助于线编码器来确定发射点的坐标。这种类型的线编码器优选地附接在与传感器的发射点的坐标相同的坐标处，所述坐标优选地对应于当臂保持压靠第一表面时壳体的旋转点的坐标。根据一个实施方式，这种坐标是通过查询存储所述坐标的数据库来确定的，所述坐标是自该方法开始时间起经过的时间的函数。根据一个实施方式，这些坐标通过位置传感器来确定。

根据一个实施方式，该方法还包括校正所计算的飞行时间的步骤。这种校正可以以多种方式进行。根据一个实施方式，这种校正包括与振幅阈值进行比较的步骤，以便避免在确定基本回波和/或界面回波时存在噪声。根据一个实施方式，这种校正包括将针对基本回波和/或界面回波所计算的振幅偏移预定波长的步骤。如果超过检测阈值的波流的第一次交替由于部件厚度的变化而随着传感器的纵向位置而变化，则该偏移例如是半个波长的偏移。

根据本发明的方法可以应用于具有第一表面和第二表面的多种类型的待检测部件。因此，根据本发明的方法可以包括将传感器定位在待检测部件、例如金属管的外部的步骤，然后第一表面对应于待检测部件的外表面、通常是管的外表面，并且第二表面对应于待检测部件的内表面、通常是管的内表面。在另一实施方式中，该方法包括将传感器定位在待检测部件、例如金属管的内部的步骤，然后第一表面对应于待检测部件的内表面、通常是管的内表面，并且第二表面对应于待检测部件的外表面，通常是管的外表面。

附图说明

在下面仅通过非限制性说明并且参照附图提供的本发明的特定实施方式的描述的过程中，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特征和优点将变得更加明显。

图1是管状元件壁和包括超声传感器的壳体的纵向截面的示意图，所描绘的壳体沿着管状元件位于不同的位置处。

图2是描绘了对图1的管状元件进行描绘的界面回波和基本回波的曲线图，所述界面回波和基本回波借助于图1中的壳体在所述壳体沿着管状元件的运动期间生成。

图3是管状元件的示意图，该管状元件的轮廓借助于根据本发明的方法的实施方式进行重建。

图4是通过与厚度轮廓已被重建的待检测部件对比来描绘借助于根据本发明的方法的实施方式获得的厚度轮廓重建的示意图。

图5是借助于图4的厚度轮廓重建方法获得并且根据待检测部件的不同周向取向所应用的三维尺寸示意图。

具体实施方式

金属管广泛用于能源工业的各个领域比如电力发电、石油和天然气以及机械工程中。由于这些金属管所受到的许多限制在其安装期间与其使用期间一样多，因此这些金属管必须符合严格的标准，以便防止任何劣化和/或到环境中的任何泄漏。具体地，这些管必须满足精确的尺寸限制，这使得有必要确保管的轮廓与所需的轮廓恰当地对应。

一些管可能具有复杂形状，这些管的内径和/或外径沿着纵向轴线变化的。内径和/或外径的这些变化不一定是均匀的，并且管的内表面和管的外表面相对于管的纵向轴线可能具有不同的斜度。因此，具有复杂形状的这种管具有不一定平行的外表面和内表面，这导致厚度沿着管的纵向轴线的变化。

了解具有复杂形状的管的厚度轮廓使得可以确保所述管符合规范。然而目前，这种厚度轮廓是难以测量的。

本发明使得通过超声能够对待检测部件、例如管或涡轮的厚度轮廓进行可靠地测量，尽管事实上限定了待检测部件的厚度轮廓的两个表面是不平行的。具体地，本发明使得借助于传感器能够以快速且可靠的方式重建待检测部件的厚度轮廓，例如在无需用于进行浸入式检测的容器或者复杂/自适应的延迟规则的情况下重建待检测部件的厚度轮廓。

在以下描述和附图中，轴线X对应于管状元件的纵向轴线。按照惯例，“径向”取向定向为正交于轴线X，并且轴向取向定向为平行于轴线X。术语“外部”和“内部”用于限定元件关于轴线X的相对位置，并且因此，与径向地位于周缘处的外部元件相反，靠近轴线X的元件被认为是内部元件。

图1示意性地描绘了管状元件壁1，该管状元件壁的轮廓必须被重建，例如用以验证该管状元件是否符合给定规范。该壁1具有外表面2和内表面3，外表面2和内表面3共同限定了壁1沿着管状元件的纵向轴线X的厚度。

图1中所描绘的外表面2在图1中从左到右依次包括与纵向轴线X平行的第一部分5、与纵向轴线X成正角度α的第二部分6以及与纵向轴线X平行的第三部分7。

图1中所描绘的内表面3在图1中从左到右依次具有与纵向轴线X平行的第一部分8、与纵向轴线X成负角度β的第二部分9以及与纵向轴线X平行的第三部分10。

外表面2的各个第一部分5、第二部分6和第三部分7以及内表面3的各个第一部分8、第二部分9和第三部分10沿着纵向轴线X具有不相同的长度。因此，壁1在图1中从左到右依次具有第一部段11、第二部段12、第三部段13、第四部段14以及第五部段15。第一部段11的厚度由外表面2的第一部分5和内表面3的第一部分8界定。第二部段12的厚度由外表面2的第二部分6和内表面3的第一部分8界定。第三部段13的厚度由外表面2的第二部分6和内表面3的第二部分9界定。第四部段14的厚度由外表面2的第三部分7和内表面3的第二部分9界定。最后，第五部段15的厚度由外表面2的第三部分7和内表面3的第三部分10界定。

如图1中所描绘的，外表面2和内表面3在第一部段11和第五部段15中平行。因此，壁1的厚度在第一部段11和第五部段15中是恒定的。此外，外表面2和内表面3在第二部段12、第三部段13和第四部段14中不平行。因此，壁1的厚度由于第二部段12、第三部段13和第四部段14中的角度α和/或β而增加。

为了重建壁1的厚度轮廓，使用也被称为换能器的传感器16。在图1所描绘的实施方式中，该传感器16是安装在壳体17上的多元件传感器16。壳体17具有安装有传感器16的面18。

传感器16配置成通过延迟规则发射具有不同的相应取向的多个超声脉冲，例如如文件WO200350527A1中所描述的那样。这些延迟规则使传感器16能够根据图1中标记为20的锥体所描绘的角度扫描来执行所述多个超声脉冲。这种角度扫描代表例如30°的锥体，例如在垂直于壳体17的面18且穿过传感器16的发射点的直线的每一侧上为15°。

此外，壳体17具有两个臂19，这两个臂19从壳体17的面18突出并且具有相同的预定长度。这些臂19垂直于面18延伸。传感器16与臂19等距。

定位装置也与传感器16相关联，以便确定传感器16在纵向和径向上的精确位置，并且从而确定超声脉冲的发射点的精确坐标。在优选实施方式中，该定位装置是线编码器(未描绘)，其在与超声发射点精确相同的径向和纵向坐标处连接至传感器16。然而，可以使用其他定位装置，比如激光器或其他检测器。

为了重建壁1的厚度轮廓，传感器16沿着壁1移动。为此目的，壳体17与面向壁1的面18一起定位成使得传感器16能够从该面18朝向壁1的外表面2的方向发射超声波。此外，壳体17定位成使得臂19支承在外表面2上。

然后，壳体17在臂19保持抵靠外表面2的情况下沿着纵向轴线X移动。臂19与外表面2之间的这种保持接触导致壳体17相对于纵向轴线X或多或少地倾斜，这取决于外表面2在臂19与外表面2之间的支承点的水平面处的斜度，如例如在图1中由壳体17的三个不同位置21A、21B和21C所描绘的。在所述壳体17沿着纵向轴线X移动时，由传感器16发射超声脉冲的点对应于壳体17的旋转点，该旋转点由壳体17与单元(未示出)之间的枢转连接施加，从而使得能够通过传感器16对部件进行浸入式检测。

传感器16针对沿着壁1的不同位置进行超声扫描，并且对由在这些不同位置处进行的扫描所生成的数据进行汇编，以重建壁1的厚度轮廓。

因此，针对传感器16沿着管状元件的纵向轴线X的每个位置，传感器16发射出多个超声脉冲。每个超声脉冲通过延迟规则以各自的取向在壁1的方向上发射。换言之，对于传感器16的多个位置中的当前位置，以各个角度在壁1的方向上发射多个超声波，从而形成超声波的角度扫描20。图1描绘了在三个不同的位置21A、21B和21C中的每个位置处分别进行的角度扫描20A、20B和20C。这种角度扫描20使得可以避免传感器16相对于外表面2的取向发生变化。特别地，这种角度扫描使得能够使用具有与外表面2垂直的取向的超声脉冲，尽管例如由于臂19中的一个臂支承在外表面2的第一部分5上、而第二臂19支承在外表面2的第二部分6上而导致壳体17在其沿着外表面2移动时旋转，如通过图1中的位置21B所描绘的。同样地，这种角度扫描也使得可以确保至少一个脉冲将在与所述内表面3垂直的取向上冲击内表面3，尽管传感器16的取向与内表面3的斜度、如例如图1中所描绘的壁1的第二部段12、第三部段13和第四部段14中的斜度无关。

每个当前位置还对应于监听时间窗口，传感器16在该监听时间窗口期间接收超声波。因此，在该时间窗口期间，传感器16接收由在所述当前位置处发射的各个超声脉冲在壁1上反射而产生的超声波。对于在当前位置处发射的多个脉冲中的每个脉冲，在该时间窗口期间接收的超声波使得能够生成与在该当前位置处发射的多个脉冲的相应超声脉冲相关联的相应A扫描。因此，针对传感器16的每个当前位置生成了代表壁1的多个A扫描，并且每个A扫描对应于从传感器16以各个角度发射的脉冲。

在优选实施方式中，针对在传感器16的当前位置所进行的所有超声脉冲使用单个监听时间窗口。对接收到的超声波进行分析使得能够区分由传感器16接收到的超声波并且针对每个超声脉冲生成相应的A扫描。在变型的实施方式中，可以为所发射的每个超声脉冲提供相应的监听窗口，并且可以针对所述监听窗口生成对应于所述脉冲的A扫描。A扫描由连接至传感器16的远程定位电子设备生成。

为了重建壁1的外表面，对针对传感器16的各个位置中的每个位置的A扫描的集合进行分析。对于传感器16的每个当前位置，选择下述A扫描：该A扫描的特征在于针对传感器16的所述当前位置生成A扫描的最大振幅的表面回波。这种表面回波对应于由传感器16接收到的超声波，该超声波是由外表面2所反射的与A扫描相对应的超声脉冲产生的。具有最大表面回波振幅的该A扫描代表从传感器16发射的超声脉冲，该超声脉冲具有与外表面2垂直的取向。角度扫描以及选择具有最大表面回波振幅的A扫描使得可以忽略传感器16相对于外表面2的取向。如下文中所说明的，图2描绘了针对传感器16沿着纵向轴线X的各个连续位置所选择的A扫描的表面回波26的集合。

对于每个所选择的A扫描，计算表面飞行时间。该表面飞行时间相当于从发射与所选择的A扫描相对应的超声脉冲到该超声脉冲撞击外表面2之间所经过的时间。换言之，该飞行时间相当于从传感器16发射与所选择的A扫描相对应的超声脉冲到传感器16接收到与所选择的超声脉冲相对应的表面回波之间所经过的时间除以2。

借助于线传感器来确定传感器16的当前位置与外表面2之间的表面距离，该线传感器连接至传感器16的精确发射点、即连接至上文中所描述的实施方式中的壳体17的旋转点。该表面距离根据先前在A扫描上计算或直接测量出的表面飞行时间、根据传感器16与外表面2之间的传播介质并且根据超声脉冲在所述传播介质中的传播速度进行计算。

因此，针对每个当前位置计算这种表面距离。然后可以针对传感器16的每个当前位置来追踪表面圆22，该表面圆以当前位置的纵向坐标和径向作坐标为其中心，并且以针对所述当前位置计算出的表面距离作为其半径。因此，图3描绘了针对相应的多个连续当前位置的多个表面圆22。

外表面2与由此追踪的表面圆22的分离部分的连结相对应。换言之，这些表面圆22的未与其他表面圆22连结的下包络线代表外表面2的包络线。换言之，表面圆22的不位于其他表面圆22中的部分的连结代表壁1的外表面2。

根据优选实施方式并且如图3中所描绘的，针对传感器16的每个当前位置，计算竖向直线23与针对传感器16的不同位置所计算的表面圆22中的每个表面圆之间的交点，该竖向直线23在传感器16的所述当前位置处穿过传感器16的轴向位置、即传感器16沿着纵向轴线X的位置。然后选择该直线23上最靠近纵向轴线X的交点，该交点通常是距传感器16最大距离处的交点，所选择的该交点24与在传感器16的当前轴向位置处的外表面2的位置相对应。然后，将针对传感器16的各个当前位置所选择的所有交点25连接在一起以形成外表面2的几何形状。

内表面3的重建基于角度扫描20以与上文中所描述的外表面2的重建基本类似的方式进行。

针对传感器16的每个当前位置，选择所获得的具有呈现最大振幅的基本回波的A扫描。这种基本回波对应于由传感器16接收到的超声波，该超声波是由对应于所述A扫描发射的超声脉冲从壁1的内表面3反射而产生的。具有最大基本回波振幅的所选择的A扫描与多个超声脉冲中的以与内表面3垂直的取向到达的超声脉冲相对应。因此，选择具有最大振幅的基本回波的A扫描使得一方面可以忽略传感器16相对于纵向轴线X的取向，并且另一方面可以忽略在传感器16的当前位置处内表面3相对于纵向轴线X的倾斜。以与对应于如上所述为重建外表面2而选择的A扫描的表面回波26类似的方式，图2描绘了根据竖向轴线上的传感器位置和水平轴线上的时间所选择的对应于各个A扫描的基本回波27的集合。

针对每个选择的A扫描计算基本飞行时间。该基本飞行时间相当于从传感器16发射与所选择的A扫描相对应的超声脉冲到传感器16接收到基本回波之间所经过的时间。

然后计算壁厚度。该壁厚度根据表面飞行时间、基本飞行时间、壁1中的传播介质以及超声脉冲在壁1的所述传播介质中的传播速度进行计算。

更具体地，计算基本飞行时间与表面飞行时间之间的差值。该差值对应于超声脉冲在外表面2上的冲击与由内表面3反射且由所述超声脉冲引起的超声波在外表面2上的冲击之间所经过的时间。该差值表示超声波来回穿过壁1的传播时间。然后，一方面通过将该差值除以2来计算选定脉冲的超声波穿过的壁的厚度，以确定对应于选定穿过壁1的超声脉冲的超声波的传播时间，并且另一方面通过壁1中的传播介质以及超声波在壁1中的所述传播介质中的传播速度来计算。

以与上文中所描述的用于重建外表面2的方法类似的方式，计算出的壁的厚度使得能够通过内表面圆来重建内表面3，该内表面圆的半径对应于计算出的厚度，并且该内表面圆的中心位于先前重建的外表面2上。

为此目的，必须计算出与所选择的A扫描、即具有最大基本回波的A扫描相对应的超声脉冲在外表面上的冲击点。该冲击点根据所选择的所述A扫描的表面回波来计算，这使得可以获得超声扫描在传感器16与外表面2之间行进的距离，例如以与上文中所描述的用于重建外表面2的距离的计算类似的方式来获得该距离。然后，计算与所选择的A扫描相对应的超声脉冲的冲击点，该冲击点对应于以下交点：所述交点位于一方面其中心是传感器16的发射点并且其半径是计算出的所行进的所述距离的圆与另一方面其轮廓先前已经被重建的外表面2之间。

对于相同的所选择的A扫描，在外表面2上获得与所述A扫描相对应的超声脉冲的两个潜在冲击点的情况是不成问题的。事实上，所选择的A扫描具有来自传感器16的脉冲的已知角度，并且因此可以知道该脉冲对应于两个可能的潜在冲击点中的哪一个。

以与外表面2的重建类似的方式，通过将针对传感器16的各个连续位置计算出的内表面圆的分离部分、即不重叠的部分连接来执行内表面3的重建。

在优选实施方式中，对于传感器16的每个当前位置，计算出一方面穿过传感器16的当前位置的径向轴线与另一方面针对传感器16的各个位置计算出的内表面圆的集合之间的交点的集合。然后，在该交点的集合中，选择最靠近纵向轴线X的交点，该交点通常对应于距传感器16最大距离处的点并且对应于内表面3针对传感器16的当前轴向位置的位置。然后，将在传感器16的各个位置处选择的交点的集合连接以形成内表面3的轮廓。

通过以这种方式重建外表面2和内表面3的轮廓，获得了壁1的重建的厚度轮廓，如例如通过图4所示出的，图4描绘了所述图4的下部部分中的壁1的厚度轮廓与所述图4的上部部分中的如借助于上文中所描述的方法重建的壁1的轮廓的对比。这种在截面平面中的重建可以在管状元件的整个周围进行，以获得管状元件的壁1的厚度轮廓的三维尺寸图像，如图5中所描绘的。

用于重建厚度轮廓的这种方法有利地使得可以使用沿着纵向轴线X移动的传感器16来获得壁1的厚度轮廓，并且传感器16相对于所述纵向轴线X的取向可以在所述运动期间变化，从而使得该方法易于工业化。此外，壳体17的旋转点和传感器16的发射点重叠的事实允许传感器根据外表面2的斜度进行旋转，而不影响结果。

在上文中所描述的实施方式中，超声脉冲用于重建外表面2和内表面3两者。这有利地使得在壳体17沿着壁1的单次运动期间可以获得能够重建壁1的厚度轮廓的所有信息。然而，上文中所描述的方法可以仅用于重建内表面3的轮廓，例如通过一些其它方法获得外表面2的轮廓，并且使用关于该外表面的轮廓的信息通过上文中所描述的方法来计算内表面3的轮廓。

同样地，上文中所描述的方法是在壳体17支承在管状元件的外表面2上的情况。然而，壳体还可以定位在管状元件、例如具有大内径的管状元件中，以相继地首先确定内壁3的轮廓并且然后确定外壁2的轮廓，也就是说，以与上文中所描述的壳体17支承在外表面2上的情况相反的顺序进行确定。然后，定位在管状元件中的这种壳体17将保持压靠于内表面3，其中，壳体17的具有传感器16的面18面向内表面3。

Claims (12)

1.一种用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，所述待检测部件具有第一表面(2)和第二表面(3)，

所述方法在多个不同的发射点处包括以下步骤：

-在所述多个不同的发射点中的当前发射点处，从换能器沿所述待检测部件的所述第一表面(2)的方向发射多个超声脉冲，

-所述换能器在时间窗口期间接收超声波，

-生成多个基本回波信号，每个基本回波信号与相应的超声脉冲相关联，每个基本回波信号对应于由所述待检测部件的所述第二表面(3)反射并由所述换能器接收的超声波，

-从多个脉冲中选择一脉冲，选择的所述脉冲产生所述基本回波信号的最大振幅的基本回波，

-计算选择的所述脉冲的基本飞行时间，所述基本飞行时间对应于选择的所述脉冲从所述待检测部件的外部传输到内部的时刻与选择的所述脉冲与所述待检测部件的所述第二表面(3)接触的时刻之间经过的时间，

-计算选择的所述脉冲的表面接触点的坐标，所述坐标包括沿着所述待检测部件的纵向轴线(X)的轴向坐标以及沿着垂直于所述待检测部件的所述纵向轴线(X)的径向轴线的径向坐标，所述表面接触点对应于选择的所述脉冲在所述待检测部件的所述第一表面(2)上的冲击点，

-根据所述基本飞行时间、所述表面接触点的坐标和所述待检测部件中的传播介质来计算所述待检测部件的所述第二表面(3)的潜在位置集合，

所述方法还包括通过将所述第二表面(3)的针对所述多个不同的发射点所计算的所述潜在位置集合的分离部分连结来计算所述待检测部件的所述第二表面(3)的轮廓的步骤。

2.根据权利要求1所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，所述第二表面(3)的所述潜在位置集合是连续的，以形成圆，将所述位置集合连结包括将所述圆的所述分离部分连结。

3.根据权利要求1或2所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，所述方法对于所述多个不同的发射点还包括以下步骤：

-计算径向定向并穿过所述发射点的直线与所述第二表面的针对所述多个不同的发射点中的各个发射点所计算的所述潜在位置集合之间的基本交点，

-从计算的所述基本交点中选择一基本交点，选择的所述基本交点在计算的所述基本交点中最接近所述待检测部件的所述纵向轴线，选择的所述基本交点对应于所述待检测部件的所述第二表面上的处于径向定向并穿过所述发射点的直线水平上的点，

将所述第二表面的所述潜在位置集合连结包括将选择的所述基本交点连结。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，选择的所述脉冲是选择的第一脉冲，并且对于在当前发射点处的所述多个脉冲中的每个脉冲，所述方法还包括以下步骤：

-生成多个界面回波信号，每个界面回波信号与所述多个脉冲中的相应的超声脉冲相关联，并且每个界面回波信号对应于由所述待检测部件的所述第一表面反射并由所述换能器接收的超声波，

-从所述多个脉冲中选择第二脉冲，选择的所述第二脉冲产生所述界面回波信号的振幅最大的界面回波信号，

-计算选择的所述第二脉冲的界面飞行时间，所述界面飞行时间对应于选择的所述第二脉冲的发射时刻与选择的所述第二脉冲与所述待检测部件的所述第一表面(2)接触的时刻之间经过的时间，

-根据所述界面飞行时间、当前发射点的坐标以及当前发射点与所述待检测部件之间的传播介质来计算所述待检测部件的所述第一表面(2)的潜在位置集合(22)，

所述方法还包括通过将所述第一表面(2)的针对所述多个不同的发射点所计算的所述潜在位置集合(22)的分离部分连结来计算所述待检测部件的所述第一表面的轮廓的步骤。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，发射多个超声脉冲的步骤借助于传感器(16)来执行，所述方法包括使所述传感器纵向地和径向地移动的步骤。

6.根据权利要求5所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，所述传感器(16)安装在壳体(17)上，所述壳体(17)包括在所述传感器(16)移动期间与所述待检测部件的所述第一表面(2)保持接触的支承点，所述传感器(16)在所述壳体(17)上居中，使得在发射超声脉冲的步骤期间由所述传感器(16)发射的所述超声脉冲在距所述部件的所述第一表面(2)恒定的距离处从所述壳体(17)的旋转中心发射。

7.根据权利要求6所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，在相应的发射点处发射的所述超声脉冲在下述直线的任一侧上根据0°与30°之间且包括0°和30°的角度扫描发射：所述直线垂直于所述壳体(17)的安装有所述传感器(16)的面(18)并且穿过所述传感器的所述发射点。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，所述部件是具有复杂形状的部件，包括所述部件的内径和/或外径沿着所述部件的所述纵向轴线变化。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，还包括对针对所述多个超声脉冲的当前发射点所发射的所述多个脉冲中的脉冲应用相应延迟规则的步骤。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，还包括确定所述多个脉冲的发射点的坐标的步骤。

11.根据权利要求10所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，其中，所述发射点的所述坐标借助于线编码器来确定。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的用于重建待检测部件的厚度轮廓的方法，还包括对计算的所述飞行时间进行校正的步骤。