專(zhuān)利名稱：用于檢查方形棒的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相控陣超聲波應(yīng)用，具體涉及用于檢查方形棒的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
在用于檢查圓形棒或 方形棒的在線超聲波相控陣系統(tǒng)中，剪切波(橫波，shear wave)通常用于檢查位于棒表面或位于棒表面下(面下，subsurface)的區(qū)域、即所謂的壁區(qū)。對(duì)于圓形棒檢查，通常在被檢查的棒周?chē)胁贾萌舾蓚€(gè)圓形的PA探測(cè)器；各個(gè)PA探測(cè)器各自順時(shí)針(CW)和逆時(shí)針(CCW)發(fā)射相對(duì)于棒表面成一定角度(諸如40度)的剪切波束，以檢查表面區(qū)和面下區(qū)。對(duì)于方形棒檢查，通常以與棒的各個(gè)側(cè)面平行且位于各個(gè)側(cè)面上方的方式布置扁平線狀的PA探測(cè)器；各個(gè)PA探測(cè)器各自CW和CCW地從水耦合劑向相應(yīng)的表面(例如上表面)發(fā)射約40度的剪切波束，并且聲波束傳輸至兩個(gè)相鄰的表面(例如，右垂直表面和左垂直表面)。
在任何檢查之前，必須利用人為制造的一個(gè)或多個(gè)裂縫、通常為面下側(cè)鉆孔(SDH) 或表面凹槽來(lái)校準(zhǔn)剪切波束的靈敏性。
在綜述圓形棒檢查的〈〈Introduction to phased array ultrasonic technology applications (相控陣超聲波應(yīng)用緒論)>> (ISBN 0-9735933-0-X)的第10. 2節(jié)中可以找到關(guān)于圓形棒在線檢查的描述。
由于圓形棒的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性和可旋轉(zhuǎn)性，不難實(shí)現(xiàn)對(duì)圓形棒的校準(zhǔn)。更具體而言， 當(dāng)圓形校準(zhǔn)棒中的近壁SDH或表面凹槽隨著棒一起繞棒軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，所有聚焦法則(focal law)均可檢測(cè)到相同的裂縫，然后獲得檢測(cè)靈敏度，并利用檢查系統(tǒng)的軟件對(duì)檢測(cè)靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償。
對(duì)于方形棒的校準(zhǔn)，由于方形棒不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，上述校準(zhǔn)方法不適用。
在概述利用SW波檢查方形棒表面的〈〈Advances in phased array ultrasonic technology applications (相控陣超聲波技術(shù)應(yīng)用發(fā)展)>> (ISBN 0-9735933-4-2)的圖 7-105中可以找到現(xiàn)有的方形棒在線檢查方法，該文獻(xiàn)中的內(nèi)容通過(guò)引用而并入本文。
已進(jìn)行了關(guān)于方形棒的剪切波通道校準(zhǔn)方面的專(zhuān)利研究，未發(fā)現(xiàn)任何相關(guān)文獻(xiàn)。
與超聲波檢查方形或矩形部件中的校準(zhǔn)實(shí)踐相類(lèi)似，通過(guò)在波束平面中平移PA 探測(cè)器，可以利用在表面加工出的用以進(jìn)行檢查的面下SDH或表面凹槽來(lái)校準(zhǔn)剪切波通道的靈敏度。更具體而言，在表面上加工出一系列不同深度的裂縫或聲音路徑以進(jìn)行檢查，當(dāng) PA搜索單元移動(dòng)到探測(cè)器作用平面中時(shí)，波束可以垂直地跨越裂縫，從而使得能夠檢測(cè)靈敏度。然而，對(duì)于在線檢查實(shí)踐，不便于使用這種校準(zhǔn)方法，這是因?yàn)閕)為了實(shí)現(xiàn)均勻布置在方形棒周?chē)腜A探測(cè)器的平移運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)機(jī)制可能變得非常復(fù)雜；ii)這種機(jī)制容易因?yàn)橐苿?dòng)的反彈而引入PA探測(cè)器定位誤差。發(fā)明內(nèi)容4
所公開(kāi)的發(fā)明涉及適于對(duì)用來(lái)檢查縱長(zhǎng)的方形棒的相控陣系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法。縱長(zhǎng)的校準(zhǔn)用方形棒被設(shè)置為在方形棒的測(cè)試面的整個(gè)范圍內(nèi)具有平行線狀凹槽的陣列。在校準(zhǔn)期間，方形棒沿探測(cè)器的軸方向穿過(guò)探測(cè)器。對(duì)相控陣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，以使得相控陣探測(cè)器從各個(gè)凹槽接收到的各個(gè)檢查波束的回波幅度基本相等。
在優(yōu)選實(shí)施例中，一種相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)被配置為對(duì)方形棒進(jìn)行剪切波檢查， 所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)包括至少一個(gè)相控的探測(cè)器，其具有多個(gè)開(kāi)口 部，各開(kāi)口部具有至少一個(gè)超聲波檢查元件并且所述探測(cè)器施加有超聲波聚焦法則以形成包括多個(gè)超聲波束的線性掃描通道，所述超聲波束各自具有包括回波幅度的回波信號(hào)，并且所述超聲波束各自與所述開(kāi)口部之一相對(duì)應(yīng)；縱長(zhǎng)的校準(zhǔn)用方形棒，其具有作為四個(gè)測(cè)試面的四個(gè)側(cè)壁， 所述側(cè)壁至少之一具有幾乎橫跨所述測(cè)試面的整個(gè)范圍且縮進(jìn)的平行線狀凹槽的陣列，所述線狀凹槽的長(zhǎng)度方向與所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向大致相同，所述校準(zhǔn)用方形棒被配置為在檢查期間以軸方向與所述探測(cè)器的作用方向垂直的方式穿過(guò)所述探測(cè)器；其中，各檢查波束穿過(guò)所述凹槽至少之一，并且所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)被配置為，通過(guò)調(diào)節(jié)各超聲波檢查元件以使得與各凹槽相對(duì)應(yīng)的各波束的回波幅度表現(xiàn)為基本相等，來(lái)進(jìn)行所述探測(cè)器的平衡。所述校準(zhǔn)用方形棒優(yōu)選為大小和形狀與作為測(cè)試對(duì)象的方形棒的大小和形狀基本相同；所述凹槽略微傾斜，使得所述凹槽的長(zhǎng)度方向相對(duì)于所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向形成傾角α，并且凹槽間距d、凹槽長(zhǎng)度L和所述傾角α之間的關(guān)系定義為如下d〈L sin a。所述傾角α在3度 5度的范圍內(nèi)。
所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)優(yōu)選為還包括軟件或固件模塊，所述軟件或固件模塊能夠被執(zhí)行，從而通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)各超聲波檢查元件的增益、以使得與各凹槽相對(duì)應(yīng)的各波束的回波幅度表現(xiàn)為基本相等來(lái)進(jìn)行所述探測(cè)器的平衡；所述校準(zhǔn)用方形棒還配置有位于所述測(cè)試面上或附近的已知的標(biāo)準(zhǔn)反射體，其中所述標(biāo)準(zhǔn)反射體具有根據(jù)一般測(cè)試對(duì)象所預(yù)期的典型裂縫的大小和形狀，所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)的靈敏度是通過(guò)將來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波信號(hào)的基線幅度調(diào)節(jié)為預(yù)定操作水平來(lái)校準(zhǔn)的。所述基線幅度優(yōu)選為根據(jù)表示來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波的波束中幅度最大的波束所獲得的。
本發(fā)明包括用于對(duì)相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)和探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)用于對(duì)方形棒進(jìn)行剪切波檢查，所述探測(cè)器具有多個(gè)開(kāi)口部，各開(kāi)口部具有至少一個(gè)超聲波檢查元件并且所述探測(cè)器施加有超聲波聚焦法則以形成包括多個(gè)超聲波束的線性掃描通道，所述超聲波束各自具有包括回波幅度的回波信號(hào)，并且所述超聲波束各自與所述開(kāi)口部之一相對(duì)應(yīng)，所述方法包括提供縱長(zhǎng)的校準(zhǔn)用方形棒，所述校準(zhǔn)用方形棒具有作為四個(gè)測(cè)試面的四個(gè)側(cè)壁，所述側(cè)壁至少之一具有幾乎橫跨所述測(cè)試面的整個(gè)范圍且縮進(jìn)的平行線狀凹槽的陣列，所述線狀凹槽的長(zhǎng)度方向與所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向大致相同，所述校準(zhǔn)用方形棒被配置為在檢查期間以軸方向與所述探測(cè)器的作用方向垂直的方式穿過(guò)所述探測(cè)器；使所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)工作，以使得波束穿過(guò)所述凹槽至少之一；以及通過(guò)調(diào)節(jié)各超聲波檢查元件以使得與各凹槽相對(duì)應(yīng)的各波束的回波幅度表現(xiàn)為基本相等，來(lái)進(jìn)行所述探測(cè)器的平衡。所述校準(zhǔn)用方形棒優(yōu)選為大小和形狀與作為測(cè)試對(duì)象的方形棒的大小和形狀基本相同；所述凹槽略微傾斜，使得所述凹槽的長(zhǎng)度方向相對(duì)于所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向形成傾角α ;以及使所述校準(zhǔn)用方形棒設(shè)置有位于所述測(cè)試面上或附近的已知的標(biāo)準(zhǔn)反射體，所述標(biāo)準(zhǔn)反射體具有根據(jù)一般測(cè)試對(duì)象所預(yù)期的典型裂縫的大小和形狀，并通過(guò)將來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波信號(hào)的基線幅度調(diào)節(jié)為預(yù)定操作水平，來(lái)對(duì)所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施例采用在檢查表面(壁)上施加有平行凹槽的校準(zhǔn)方形棒進(jìn)行方形棒的剪切波通道校準(zhǔn)的立體圖。
圖2針對(duì)進(jìn)行CW剪切波檢查的PA探測(cè)器之一示出圖1所示的剪切波通道校準(zhǔn)裝置的截面圖。
圖3是示出凹槽傾角α、凹槽長(zhǎng)度L和凹槽間距d之間的幾何關(guān)系的圖，其中，當(dāng)校準(zhǔn)棒4沿棒軸方向移動(dòng)并被剪切波束組2所掃描時(shí)，結(jié)束于側(cè)壁4b的各波束端部2a穿過(guò)凹槽3至少一次。
圖4a示出根據(jù)本發(fā)明利用被制成為與棒軸平行的近壁側(cè)鉆孔(此后稱為SDH) 10 來(lái)校準(zhǔn)剪切波靈敏度的校準(zhǔn)步驟。
圖4b示出利用被制成為與棒軸平行的表面凹槽來(lái)校準(zhǔn)剪切波通道靈敏度。這里， 對(duì)波束2之一進(jìn)行校準(zhǔn)就足夠了。
圖5是示出校 準(zhǔn)步驟的流程圖。
圖6a、6b、6c和6d示出針對(duì)方形棒的四壁進(jìn)行的平衡步驟。其中，與四個(gè)探測(cè)器相關(guān)聯(lián)地使用校準(zhǔn)棒4中的傾斜凹槽區(qū)3a 3d以及相應(yīng)的剪切波通道701a 701h。
圖7a、7b、7c和7d示出使用四個(gè)面下SDH 6a 6d對(duì)四壁進(jìn)行的整體靈敏度校準(zhǔn)步驟(步驟2)。
圖8a、8b、8c和8d示出使用分別在各側(cè)壁上的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)表面凹槽12a 12d進(jìn)行的整體靈敏度校準(zhǔn)步驟(步驟2)。
具體實(shí)施方式
基本實(shí)施例的說(shuō)明
用于方形棒檢查的PA系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法包括兩個(gè)主要步驟，其中第一步驟是所謂的平衡校準(zhǔn)，以下將參考圖1 3和6進(jìn)行描述。第二步驟是所謂的靈敏度校準(zhǔn)，以下將參考圖4a、4b、7a 7d、8a 8d進(jìn)行描述。
參考圖1，剪切波束校準(zhǔn)的第一步驟、即平衡校準(zhǔn)是通過(guò)使校準(zhǔn)用方形棒4沿其軸方向(X)穿過(guò)相控陣探測(cè)器I來(lái)進(jìn)行的。平行且等深的凹槽3橫跨檢查表面的寬度地施加至側(cè)壁4b。應(yīng)注意，所有凹槽3的包括深度和傾角的幾何特性被制成為相同并且盡可能統(tǒng)O
繼續(xù)參考圖1，探測(cè)器I優(yōu)選具有多個(gè)開(kāi)口部(未示出)，并且每個(gè)開(kāi)口部進(jìn)行至少一個(gè)超聲波束2的發(fā)出和響應(yīng)接收。通過(guò)多個(gè)波束2以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)绞竭M(jìn)行的線性掃描來(lái)形成檢查或校準(zhǔn)通道。超聲波束或從掃描產(chǎn)生的波束還被稱為聚焦法則。
如圖1所示，當(dāng)波束的端部2a沿棒軸方向穿過(guò)凹槽區(qū)3時(shí)，剪切波聚焦法則2之一檢測(cè)到傾斜凹槽。注意，所謂的方形棒可以具有直角的或圓形的角部。剪切波束2從棒表面4a傳輸至側(cè)壁4b。側(cè)壁4b上的凹槽3優(yōu)選為相對(duì)于棒軸方向X稍微傾斜。在棒4沿 X軸移動(dòng)時(shí)，剪切波束2掃描包括凹槽的凹槽區(qū)3并檢測(cè)凹槽。傾斜的凹槽被布置為，在棒沿X方向移動(dòng)時(shí)，每個(gè)波束端部2a能夠總是至少穿過(guò)包括一個(gè)或兩個(gè)凹槽的部分。通過(guò)測(cè)量從凹槽區(qū)3的各凹槽返回的對(duì)各剪切波束2的回波的幅度，可以在檢查系統(tǒng)的軟件的幫助下對(duì)剪切波束的靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償和平衡。
在與圖1 3相關(guān)聯(lián)的平衡校準(zhǔn)的步驟中，對(duì)各元件的增益進(jìn)行補(bǔ)償，以使得從凹槽區(qū)3的各凹槽接收到的回波幅度相等。
當(dāng)校準(zhǔn)棒的體積中本身存在較小的材料不均勻性時(shí)，使傾斜凹槽保持為剪切波束的強(qiáng)反射體可以改進(jìn)信號(hào)均勻性。為此，傾斜凹槽的傾角(圖3中示為α)優(yōu)選為限于3 度 5度，傾斜凹槽的壁內(nèi)深度優(yōu)選為對(duì)所有凹槽統(tǒng)一并且通常為1. 5mm 2mm。
參考圖2，示出了與示出剪切波束2和具有凹槽區(qū)3的方形棒4的圖1的投影視圖相對(duì)應(yīng)的截面圖。
現(xiàn)在請(qǐng)參考圖3，同時(shí)還返回參考圖1和2，以說(shuō)明傾斜凹槽角α、凹槽長(zhǎng)度L和凹槽間距d之間的幾何關(guān)系。代表性地示出壁4b上的兩個(gè)凹槽。各波束端部2a沿棒軸方向 301移動(dòng)或掃描側(cè)壁4b。波束靈敏度的測(cè)量要求當(dāng)棒沿棒軸方向移動(dòng)時(shí)，波束端部2a應(yīng)穿過(guò)傾斜凹槽至少一次。為了滿足該條件，參數(shù)a、L和d應(yīng)滿足以下關(guān)系式
d〈L sin α關(guān)系式 I
前述與圖1和2相關(guān)聯(lián)的詳細(xì)描述部分是為了尋求施加于各凹槽3的各波束的聚焦法則的平衡(均衡)。接著，參考圖4a和4b，統(tǒng)一對(duì)作為整個(gè)通道的剪切波束的整體靈敏度進(jìn)行第二步驟的校準(zhǔn)。該步驟被稱為“靈敏度校準(zhǔn)”。
可以采用位置和幾何特性均為已知的一些已知標(biāo)記(缺陷)來(lái)進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)。 已知常用的諸如側(cè)鉆孔(以下稱為SDH) 10等的標(biāo)記以及靈敏度標(biāo)準(zhǔn)凹槽12是用于靈敏度校準(zhǔn)的示例。
根據(jù)圖4a，當(dāng)前所公開(kāi)的實(shí)施例包括采用近壁SDH 10。SDH 10的軸方向與棒4 的軸方向平行。通常，SDH是與傾斜凹槽相比較弱的反射體。以與PA靈敏度校準(zhǔn)的現(xiàn)有實(shí)踐相同的方式進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)。使用與已知的SDH 10相關(guān)聯(lián)的回波信號(hào)的幅度作為基線。 原則上，通過(guò)將任一聚焦法則的基線調(diào)節(jié)為所需幅度水平(例如，調(diào)節(jié)為全屏高度(FSH)的 80%)，同時(shí)還對(duì)其它聚焦法則2的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是因?yàn)樵趫D1或圖2所述的前一步驟中使這些靈敏度相關(guān)聯(lián)并且平衡。對(duì)剪切波束2之一進(jìn)行校準(zhǔn)就足夠了。
實(shí)際上，當(dāng)利用具有特定波束寬度的剪切波束2檢測(cè)面下SDH 10時(shí)，回波信號(hào)通常包括分別與以下三個(gè)聲音路徑相對(duì)應(yīng)的三個(gè)主要成分1)直接相對(duì)于SDH往返而沒(méi)有與側(cè)壁4b相互作用的聲音路徑；2)穿過(guò)SDH 10、并且在被SDH 10攔截之后繼續(xù)向著側(cè)壁4b 行進(jìn)并最終返回至波束開(kāi)口部的聲音路徑(注意，存在逆向的聲音路徑)；以及3)經(jīng)由側(cè)壁4b的反射而相對(duì)于SDHlO往返的聲音路徑。由于SDH 10距該壁非常近，這些成分均在非常短的飛行時(shí)間范圍內(nèi)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知一個(gè)門(mén)控波束(gated beam)僅檢測(cè)回波信號(hào)中的幅度最大的一個(gè)成分?？梢匀舾蓚€(gè)相鄰的波束檢測(cè)不同幅度的不同成分。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，通常第二聲音路徑表現(xiàn)出最大的幅度。為了簡(jiǎn)便，以下將用于檢測(cè) SDH 10的幅度最大的波束稱為“與SDH相對(duì)應(yīng)的波束”。與其它現(xiàn)有靈敏度校準(zhǔn)技術(shù)中所使用的已知實(shí)踐相同，在靈敏度校準(zhǔn)時(shí)將與SDH相對(duì)應(yīng)的波束的靈敏度應(yīng)用于其它波束。
現(xiàn)在參考圖4b，其通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)凹槽4來(lái)說(shuō)明替代性的第二步驟、即靈敏度校準(zhǔn)。 如圖4b所示，利用與棒軸方向X平行的表面標(biāo)準(zhǔn)凹槽來(lái)確定剪切波通道的整體靈敏度。通常，標(biāo)準(zhǔn)凹槽12比側(cè)壁上的傾斜凹槽3淺，因此標(biāo)準(zhǔn)凹槽12是較弱的反射體。在大部分的現(xiàn)有相控陣系統(tǒng)中，通過(guò)將任一聚焦法則的靈敏度調(diào)節(jié)為所需幅度水平(例如，全屏高度的80%)，同時(shí)還對(duì)其它聚焦法則的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是因?yàn)樵趫DI或圖2所述的前一步驟中使這些靈敏度相關(guān)聯(lián)并且平衡。
參考圖5，通過(guò)流程圖來(lái)描述操作處理，其中該流程圖示出根據(jù)本發(fā)明的針對(duì)方形棒檢查的剪切波束校準(zhǔn)的步驟。總結(jié)前述說(shuō)明，對(duì)剪切波方形棒檢查所用的PA探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)的處理包括兩個(gè)步驟。在步驟501中，通過(guò)調(diào)節(jié)各元件的增益以使得各元件的接收幅度為相同值，來(lái)進(jìn)行用于使探測(cè)器I的所有元件平衡的處理。在步驟502中，如在與圖4a 和4b相關(guān)聯(lián)的前述說(shuō)明中詳細(xì)說(shuō)明的，以與進(jìn)行現(xiàn)有PA靈敏度校準(zhǔn)相同的方式，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)反射體(指示器)之一來(lái)對(duì)探測(cè)器進(jìn)行進(jìn)一步校準(zhǔn)。
應(yīng)當(dāng)注意，第一步驟、即平衡(501)主要以可執(zhí)行軟件的形式內(nèi)置于許多現(xiàn)有的 PA系統(tǒng)中。一旦被給予命令，該P(yáng)A系統(tǒng)可以通過(guò)分析和調(diào)節(jié)探測(cè)器元件的增益來(lái)自動(dòng)進(jìn)行平衡。本發(fā)明的新穎性特征在于提供一種校準(zhǔn)用方形棒，其中該校準(zhǔn)用方形棒以本發(fā)明所述的方式具有傾斜且等深的凹槽。
替代實(shí)施例的i兌明
現(xiàn)在請(qǐng)參考圖6 8。在大部分的現(xiàn)場(chǎng)在線操作中，通常同時(shí)使用至少四個(gè)探測(cè)器來(lái)分別檢查四壁。因此，示出四個(gè)探測(cè)器la、lb、Ic和ld，以與以上關(guān)聯(lián)圖I 5所述的相同處理來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。
應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)與圖I 5相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)實(shí)施例的所有說(shuō)明均適用于替代實(shí)施例，并且應(yīng)當(dāng)以互補(bǔ)方式進(jìn)行構(gòu)造。替代實(shí)施例的說(shuō)明僅關(guān)注根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)施例擴(kuò)展的或者不同于基礎(chǔ)實(shí)施例的方面。
如從圖6a、6b、6c和6d可以看出，線性掃描通道601a 601d用于進(jìn)行順時(shí)針?lè)较虻募羟胁ň€性掃描；通道601e 601h用于進(jìn)行逆時(shí)針?lè)较虻募羟胁ň€性掃描。校準(zhǔn)棒 4被制成為具有分別用于平衡處理的四個(gè)傾斜凹槽區(qū)3a、3b、3c和3d。因此，對(duì)于區(qū)3a和 3c內(nèi)的凹槽，均可以通過(guò)使用通道601a和601e來(lái)平衡探測(cè)器la。還應(yīng)當(dāng)注意，可以檢查凹槽3a,但凹槽3a也可通過(guò)使用通道601a和601g來(lái)分別用于這兩個(gè)探測(cè)器Ia和Ic的平衡。
針對(duì)任意四個(gè)凹槽區(qū)中的各凹槽進(jìn)行任意四個(gè)探測(cè)器中的各探測(cè)器的平衡處理， 與圖5所示的步驟501相同，并且在前述與圖I和2相關(guān)聯(lián)的說(shuō)明中進(jìn)行了描述。
現(xiàn)在請(qǐng)參考圖7a、7b、7c和7d，以與在關(guān)聯(lián)圖4a、4b和5的說(shuō)明中所示相同的方式，可以通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)近壁SDH IOaUObUOc和IOd來(lái)進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)步驟(步驟2)。
應(yīng)當(dāng)注意，與前面參考圖4a和4b所說(shuō)明的相同，諸如601a等的各線性掃描通道具有波束701a、即“與SDH相對(duì)應(yīng)的波束”。
圖7通過(guò)使用與棒軸平行的4個(gè)面下SDH IOa IOd來(lái)說(shuō)明步驟2的整體靈敏度校準(zhǔn)。表面處諸如中等深度的SDH 6a的一個(gè)SDH可以用來(lái)對(duì)分別來(lái)自PA探測(cè)器Ia和Ic 的順時(shí)針通道601a和逆時(shí)針通道601g這兩者的整體靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。注意，這里，在以上與圖6a 6d相關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)處理(步驟I)中，假定使8個(gè)通道以不同的靈敏度平衡。在整體靈敏度校準(zhǔn)(步驟2)期間，測(cè)量與SDH相對(duì)應(yīng)的波束的靈敏度，并且檢測(cè)同一表面的波束的靈敏度同樣得以補(bǔ)償。
同樣，圖8a 8d通過(guò)使用長(zhǎng)度方向與棒軸平行的4個(gè)表面標(biāo)準(zhǔn)凹槽12a 12d 來(lái)說(shuō)明整體靈敏度校準(zhǔn)(步驟2)。表面處諸如中等深度的凹槽12a等的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)凹槽可以用來(lái)對(duì)分別來(lái)自PA探測(cè)器Ic和Ic的逆時(shí)針通道601a和順時(shí)針通道601g這兩者的整體靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)，從而對(duì)探測(cè)器Ic和Ic的整體靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)注意，這里假定在先前與圖6a 6b相關(guān)聯(lián)的平衡、即步驟I中使通道601a 601h平衡。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在整體靈敏度校準(zhǔn)期間，對(duì)諸如波束801等的與凹槽相對(duì)應(yīng)的波束的靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)，并且檢測(cè)同一表面的所有波束的靈敏度自動(dòng)得以補(bǔ)償。
盡管本發(fā)明已經(jīng)與其特定典型實(shí)施例相關(guān)地進(jìn)行了說(shuō)明，但是許多其它變形和修改以及其它用途對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。例如，這種變形可以包括但不限于使用當(dāng)前所公開(kāi)的方法來(lái)制造所有類(lèi)型的NDT/NDI設(shè)備所生成的檢查信號(hào)的測(cè)試對(duì)象和掃描圖像。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明并不局限于這里的具體內(nèi)容，而僅由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)限制。
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)主張2011年8月23日提交的、發(fā)明名稱為“用于相控陣剪切波通道檢查方形棒的導(dǎo)電校準(zhǔn)的方法和設(shè)備”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61，526，552的優(yōu)先權(quán)，且該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而并入本文。
權(quán)利要求
1.一種相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，用于對(duì)方形棒進(jìn)行剪切波檢查，所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)包括 至少一個(gè)相控的探測(cè)器，其具有多個(gè)開(kāi)口部，各開(kāi)口部具有至少一個(gè)超聲波檢查元件并且所述探測(cè)器施加有超聲波聚焦法則以形成包括多個(gè)超聲波束的線性掃描通道，所述超聲波束各自具有包括回波幅度的回波信號(hào)，并且所述超聲波束各自與所述開(kāi)口部之一相對(duì)應(yīng)； 縱長(zhǎng)的校準(zhǔn)用方形棒，其具有作為四個(gè)測(cè)試面的四個(gè)側(cè)壁，所述側(cè)壁至少之一具有幾乎橫跨所述測(cè)試面的整個(gè)范圍且縮進(jìn)的平行線狀凹槽的陣列，所述線狀凹槽的長(zhǎng)度方向與所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向大致相同，所述校準(zhǔn)用方形棒被配置為在檢查期間以軸方向與所述探測(cè)器的作用方向垂直的方式穿過(guò)所述探測(cè)器， 其中，各檢查波束穿過(guò)所述凹槽至少之一，并且所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)被配置為，通過(guò)調(diào)節(jié)各超聲波檢查元件以使得與各凹槽相對(duì)應(yīng)的各波束的回波幅度表現(xiàn)為基本相等，來(lái)進(jìn)行所述探測(cè)器的平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)用方形棒的大小和形狀與作為測(cè)試對(duì)象的方形棒的大小和形狀基本相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述凹槽略微傾斜，使得所述凹槽的長(zhǎng)度方向相對(duì)于所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向形成傾角α。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述凹槽的凹槽間距d、凹槽長(zhǎng)度L和所述傾角α之間的關(guān)系定義為如下d〈L sin α 0
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述傾角α在3度 5度的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，還包括軟件或固件模塊，所述軟件或固件模塊能夠被執(zhí)行，從而通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)各超聲波檢查元件的增益、以使得與各凹槽相對(duì)應(yīng)的各波束的回波幅度表現(xiàn)為基本相等來(lái)進(jìn)行所述探測(cè)器的平衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)用方形棒還配置有位于所述測(cè)試面上或附近的已知的標(biāo)準(zhǔn)反射體，其中所述標(biāo)準(zhǔn)反射體具有根據(jù)一般測(cè)試對(duì)象所預(yù)期的典型裂縫的大小和形狀，以及 所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)的靈敏度是通過(guò)將來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波信號(hào)的基線幅度調(diào)節(jié)為預(yù)定操作水平來(lái)校準(zhǔn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述基線幅度是根據(jù)表示來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波的波束中幅度最大的波束所獲得的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)反射體是在所述測(cè)試面附近加工出并且與所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向平行的側(cè)鉆孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)反射體是在所述測(cè)試面附近并且與所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向平行的標(biāo)準(zhǔn)凹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述線性掃描通道能夠是順時(shí)針或逆時(shí)針的線性掃描通道。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，具有所述凹槽的一個(gè)測(cè)試面能夠用于進(jìn)行一個(gè)具有順時(shí)針的線性掃描通道并且另一個(gè)具有逆時(shí)針的線性掃描通道的兩個(gè)探測(cè)器的平衡。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反射體能夠用于對(duì)一個(gè)具有順時(shí)針的線性掃描通道并且另一個(gè)具有逆時(shí)針的線性掃描通道的兩個(gè)探測(cè)器的靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)相控的探測(cè)器包括四個(gè)探測(cè)器，并且所述四個(gè)探測(cè)器的測(cè)試壁表面均具有所述平行線狀凹槽。
15.一種用于對(duì)相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)和探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)用于對(duì)方形棒進(jìn)行剪切波檢查，所述探測(cè)器具有多個(gè)開(kāi)口部，各開(kāi)口部具有至少一個(gè)超聲波檢查元件并且所述探測(cè)器施加有超聲波聚焦法則以形成包括多個(gè)超聲波束的線性掃描通道，所述超聲波束各自具有包括回波幅度的回波信號(hào)，并且所述超聲波束各自與所述開(kāi)口部之一相對(duì)應(yīng)， 所述方法包括 提供縱長(zhǎng)的校準(zhǔn)用方形棒，所述校準(zhǔn)用方形棒具有作為四個(gè)測(cè)試面的四個(gè)側(cè)壁，所述側(cè)壁至少之一具有幾乎橫跨所述測(cè)試面的整個(gè)范圍且縮進(jìn)的平行線狀凹槽的陣列，所述線狀凹槽的長(zhǎng)度方向與所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向大致相同，所述校準(zhǔn)用方形棒被配置為在檢查期間以軸方向與所述探測(cè)器的作用方向垂直的方式穿過(guò)所述探測(cè)器； 使所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)工作，以使得波束穿過(guò)所述凹槽至少之一；以及 通過(guò)調(diào)節(jié)各超聲波檢查元件以使得與各凹槽相對(duì)應(yīng)的各波束的回波幅度表現(xiàn)為基本相等，來(lái)進(jìn)行所述探測(cè)器的平衡。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)用方形棒的大小和形狀與作為測(cè)試對(duì)象的方形棒的大小和形狀基本相同。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述凹槽略微傾斜，使得所述凹槽的長(zhǎng)度方向相對(duì)于所述校準(zhǔn)用方形棒的軸方向形成傾角α。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述凹槽的凹槽間距d、凹槽長(zhǎng)度L和所述傾角α之間的關(guān)系定義為如下d〈L sin α 0
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述傾角α在3度 5度的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 使所述校準(zhǔn)用方形棒設(shè)置有位于所述測(cè)試面上或附近的已知的標(biāo)準(zhǔn)反射體，所述標(biāo)準(zhǔn)反射體具有根據(jù)一般測(cè)試對(duì)象所預(yù)期的典型裂縫的大小和形狀；以及 通過(guò)將來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)反射體的回波信號(hào)的基線幅度調(diào)節(jié)為預(yù)定操作水平，來(lái)對(duì)所述相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。
全文摘要
用于檢查方形棒的相控陣無(wú)損檢查系統(tǒng)及其校準(zhǔn)方法。為了校準(zhǔn)目的，方形棒配置有橫跨方形棒的測(cè)試面的整個(gè)范圍的平行線狀凹槽。方形棒在校準(zhǔn)期間沿探測(cè)器的非作用方向穿過(guò)探測(cè)器。對(duì)相控陣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，以使得相控陣探測(cè)器的各檢查通道從各凹槽接收到的回波幅度基本相等。在同一測(cè)試面上制造具有預(yù)期的典型裂縫的大小和形狀的裂縫，以使用來(lái)自已知裂縫的回波信號(hào)的幅度作為基線來(lái)對(duì)系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01N29/30GK102980947SQ20121030369
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者張金馳 申請(qǐng)人:奧林巴斯Ndt公司