本發(fā)明涉及超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于極值分布理論的微小缺陷超聲檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

超聲無(wú)損檢測(cè)是機(jī)械工程材料質(zhì)量檢測(cè)的重要方法之一。若材料中存在著孔洞，又未被檢出，將嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能，在服役后將導(dǎo)致強(qiáng)度不足、抗疲勞性能下降，易出現(xiàn)裂紋成核并不斷生長(zhǎng)，最終將造成斷裂事故。可見，在服役前有效檢測(cè)出關(guān)鍵材料或構(gòu)件中的缺陷，對(duì)其的安全應(yīng)用有重大意義。但當(dāng)前線性超聲c掃描檢測(cè)系統(tǒng)通常采用常規(guī)的中低頻段(5到20mhz)，難以有效檢出當(dāng)量直徑0.8mm以下的微小缺陷。本發(fā)明涉及的微小缺陷，則特指當(dāng)量直徑小于0.8mm，但遠(yuǎn)大于多晶體材料平均晶粒尺寸的缺陷。而使用高頻超聲方法時(shí)，受高衰減的影響，也僅能對(duì)薄壁件或工件近表面進(jìn)行檢測(cè)。微聚焦x射線方法能檢出微小缺陷，但同樣要求工件不能過厚以便射線穿透，且此方法對(duì)人體有輻射。因此，如何使用常規(guī)超聲方法，有效檢出工件內(nèi)部微小缺陷一直是無(wú)損評(píng)價(jià)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。

目前常規(guī)超聲方法難以檢出微小缺陷的根本原因在于超聲信號(hào)結(jié)構(gòu)噪聲帶來(lái)的誤檢和漏檢。區(qū)別于電噪聲，結(jié)構(gòu)噪聲是由于材料微觀結(jié)構(gòu)帶來(lái)的。對(duì)大多數(shù)多晶體金屬材料而言，結(jié)構(gòu)噪聲又可稱為晶粒噪聲，是晶界處微小的聲阻抗差異造成的超聲波背向散射造成的。當(dāng)晶粒噪聲存在時(shí)，使用過低的固定閾值會(huì)把噪聲誤判為缺陷；而使用過高的閾值則會(huì)導(dǎo)致缺陷的漏判。傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)中，為了規(guī)避晶粒噪聲，一般使用較小的檢測(cè)靈敏度，即較小的信號(hào)增益，以減小噪聲的幅值。但此方法同時(shí)也使缺陷回波信號(hào)嚴(yán)重削弱，最終無(wú)法有效檢出微小缺陷。

實(shí)際上，當(dāng)被測(cè)工件的平均晶粒尺寸一定，且無(wú)宏觀缺陷時(shí)，晶粒噪聲幅值是有限的，并近似服從正態(tài)分布。因此，國(guó)內(nèi)外已有不少文獻(xiàn)，通過建立晶粒噪聲的統(tǒng)計(jì)模型對(duì)平均晶粒尺寸進(jìn)行反演評(píng)價(jià)，例如ghoshal等所建立的單次散射響應(yīng)模型，出處為ghoshalg,turnerja.diffuseultrasonicbackscatteratnormalincidencethroughacurvedinterface[j].journaloftheacousticalsocietyofamerica,2010,128(6):3449-3458。然而，卻未見關(guān)于已知平均晶粒尺寸對(duì)晶粒噪聲建立正演評(píng)價(jià)模型的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)使用常規(guī)頻段的超聲c掃描系統(tǒng)，有效檢出試塊內(nèi)部(非近表面)當(dāng)量直徑僅為0.2mm的微小缺陷，本發(fā)明提供了一種基于極值分布理論的微小缺陷超聲檢測(cè)方法，

一種基于極值分布理論的微小缺陷超聲檢測(cè)方法，包括以下步驟：

s1、基于單次散射響應(yīng)模型，構(gòu)造理論空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線，結(jié)合極值分布理論，建立晶粒噪聲及其置信區(qū)間的正演模型；

s2、根據(jù)被測(cè)試塊和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，輸入步驟s1所得理論模型中所需的各個(gè)參數(shù)，其中包括金相法得到的平均晶粒尺寸，繼而得到理論的晶粒噪聲置信上限曲線；

s3、對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行超聲c掃描，以步驟s2得到的晶粒噪聲上限曲線為時(shí)變閾值，對(duì)缺陷進(jìn)行成像，完成超聲檢測(cè)。

所述的方法，所述步驟s1包括：

s11、以晶粒噪聲在空間上符合零均值的正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)差σ(t)是時(shí)間t的函數(shù)，根據(jù)式(1)的單次散射響應(yīng)模型，給出水浸超聲c掃描系統(tǒng)在縱波-縱波模型下垂直入射于平面試塊的空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線

式中vmax是幅值校正參數(shù)；f是超聲聚焦探頭的焦距，wf是聚焦探頭聚焦在固體表面時(shí)的超聲束寬度；w0＝0.7517a是初始超聲束寬度；a是探頭的半徑；ρ和cl分別是固體的密度和縱波聲速；ρf和cf分別是液體的密度和縱波聲速；tfl和tlf分別是液-固界面和固-液界面的透射系數(shù)，rfl是液-固界面的反射系數(shù)；d是隆美爾衍射衰減修正系數(shù)；zf是超聲探頭到試塊表面的距離即水聲距；ω0＝2πf0是中心角頻率，f0是中心頻率；αf和αl分別是液體和固體的衰減系數(shù)；是縱波-縱波模式下的空間相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換；是散射強(qiáng)度協(xié)方差算子，單晶各向異性系數(shù)ν＝c11-c12-2c44；c11、c12和c44為單晶彈性常數(shù)；w(z)是固體中傳播深度z處的高斯超聲束寬度；σ是入射波的脈沖寬度；式(1)中聲束寬度wf的計(jì)算方法是

式中kf＝ω0/cf是液體中的波數(shù)，im指求虛部，i表示虛數(shù)；透射系數(shù)和反射系數(shù)定義為

隆美爾衍射衰減修正系數(shù)d是

其中exp表示指數(shù)函數(shù)，j0和j1為0階和1階第一類貝塞爾函數(shù)；

縱波-縱波模式下的空間相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換是

式中kl＝ω0/cl是固體中的波數(shù)，為固體被測(cè)對(duì)象的平均晶粒尺寸；固體中傳播深度z處的高斯超聲束寬度w(z)為

將式(2)到式(6)代入式(1)得到基于單次散射響應(yīng)模型的理論空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線σ(t)；

s12、以t時(shí)刻晶粒噪聲加絕對(duì)值后的最大值為a(t)，則a(t)的概率密度函數(shù)為

式中的規(guī)范常數(shù)an(t)和bn(t)使用底分布為折疊正態(tài)分布時(shí)的形式，具體分別為

式中n為超聲c掃描采集到的波形總數(shù)；

s13、根據(jù)極值分布理論，由式(7)得到t時(shí)刻最大值的數(shù)學(xué)期望<a(t)>為

<a(t)>＝bn(t)+an(t)γ(9)

式中γ≈0.5772是euler-mascheroni常數(shù)，代入式(8)得

式(10)給出了晶粒噪聲的理論正演模型；同時(shí)通過極值分布理論得到t時(shí)刻最大值的置信區(qū)間內(nèi)上限和下限，即

式(11)和式(12)建立了晶粒噪聲置信區(qū)間的理論正演模型。

所述的方法，所述步驟s2具體為：

s21、為計(jì)算步驟s1所得理論模型，即式(11)和式(1)，首先獲取被測(cè)試塊的平均晶粒尺寸

s22、進(jìn)一步采集模型所需的其他各個(gè)輸入?yún)?shù)，包括：幅值校正參數(shù)vmax，聚焦探頭的焦距f，探頭的半徑a，固體的密度ρ和縱波聲速cl，液體的密度ρf和縱波聲速cf，水聲距zf，中心頻率f0，液體和固體的衰減系數(shù)αf和αl，被測(cè)對(duì)象的單晶彈性常數(shù)c11、c12和c44，入射波的脈沖寬度σ，最終計(jì)算式(1)并代入式(11)，得到晶粒噪聲的上限曲線u(t)。

所述的方法，所述的步驟s21具體為：

選取被測(cè)試塊的一個(gè)側(cè)表面，采用金相法，對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行磨樣、拋光和腐蝕，并進(jìn)行顯微照相，通過多個(gè)視場(chǎng)下的金相照片用截線法測(cè)定平均晶粒尺寸

所述的方法，所述的步驟s22中，幅值校正參數(shù)vmax的測(cè)量方法為：

首先設(shè)定超聲脈沖發(fā)生/接收器的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括高通、低通、發(fā)射電壓，以及阻尼；再將試塊置于水槽中，使探頭垂直入射于試塊并使探頭的焦點(diǎn)落在試塊表面；接著設(shè)置增益為g0＝0db，記錄表面回波幅值v0，然后使gi＝gi-1+1db，i＝1,2,3,...，不斷記錄對(duì)應(yīng)的表面回波幅值vi，直到vi+1達(dá)到飽和值并出現(xiàn)削峰現(xiàn)象為止，用m＝i記錄此時(shí)的i值；以g0,g1,...,gm為橫坐標(biāo)，以v0,v1,...,vm為縱坐標(biāo)，建立擬合模型v(g)；以微小缺陷超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中使用的增益為gmax，則vmax＝v(gmax)。

所述的方法，所述步驟s3具體為：

s31、根據(jù)步驟s2中的相關(guān)參數(shù)來(lái)設(shè)定超聲脈沖發(fā)生/接收器，對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行超聲c掃描，并設(shè)置增益為gmax，水聲距為zf；

s32、超聲c掃描的過程中，在表面回波和底面回波之間設(shè)置一個(gè)閘門，閘門內(nèi)以步驟s2得到的晶粒噪聲上限曲線為時(shí)變閾值，如果探頭運(yùn)動(dòng)到某一個(gè)點(diǎn)位，該點(diǎn)位的超聲回波幅值超過了時(shí)變閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)位存在缺陷，并記錄超過時(shí)變閾值的那個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的電壓幅值對(duì)缺陷進(jìn)行成像；反之，如果閘門內(nèi)沒有任何回波的幅值超過閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)位不存在缺陷，記錄為0v進(jìn)行成像；循環(huán)此步驟直到超聲c掃描結(jié)束，完成超聲檢測(cè)。

一種基于極值分布理論的微小缺陷超聲檢測(cè)方法，包括以下步驟：

s1'、選用與被測(cè)試塊完全相同但無(wú)缺陷的試塊作為參考試塊，對(duì)參考試塊進(jìn)行超聲c掃描，根據(jù)參考試塊所有超聲回波信號(hào)，建造實(shí)驗(yàn)空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線；

s2'、結(jié)合極值分布理論得到實(shí)驗(yàn)晶粒噪聲置信上限曲線；

s3'、對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行超聲c掃描，以步驟s2得到的實(shí)驗(yàn)晶粒噪聲上限曲線為時(shí)變閾值，對(duì)缺陷進(jìn)行成像，完成超聲檢測(cè)。

所述的方法，所述步驟s1'包括：

選用一個(gè)與被測(cè)試塊材質(zhì)、加工工藝、微觀組織、外形尺寸完全一致但無(wú)缺陷的試塊作為參考試塊，然后對(duì)其進(jìn)行超聲c掃描，掃描前預(yù)先設(shè)定超聲脈沖發(fā)生/接收器的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，設(shè)定增益為gmax，水聲距為zf；記ej(t)是每一個(gè)空間點(diǎn)進(jìn)行超聲c掃描所采集得到的超聲回波信號(hào)，j＝1,2,...,n；根據(jù)參考試塊所有超聲回波信號(hào)ej(t)，計(jì)算每一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)t的晶粒噪聲的空間標(biāo)準(zhǔn)差，即

式中n為實(shí)驗(yàn)超聲c掃描采集到的波形總數(shù)。

所述的方法，所述步驟s2'包括：

通過極值分布理論得到t時(shí)刻最大值的置信區(qū)間內(nèi)上限

將式(13)代入式(14)得到實(shí)驗(yàn)的上限曲線u(t)。

所述的方法，所述步驟s3'包括：

s31'、根據(jù)步驟s2中的相關(guān)參數(shù)來(lái)設(shè)定超聲脈沖發(fā)生/接收器，對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行超聲c掃描，并設(shè)置增益為gmax，水聲距為zf；

s32'、超聲c掃描的過程中，在表面回波和底面回波之間設(shè)置一個(gè)閘門，閘門內(nèi)以步驟s2'得到的晶粒噪聲上限曲線為時(shí)變閾值，如果探頭運(yùn)動(dòng)到某一個(gè)點(diǎn)位，該點(diǎn)位的超聲回波幅值超過了時(shí)變閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)位存在缺陷，并記錄超過時(shí)變閾值的那個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的電壓幅值對(duì)缺陷進(jìn)行成像；反之，如果閘門內(nèi)沒有任何回波的幅值超過閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)位不存在缺陷，記錄為0v進(jìn)行成像；循環(huán)此步驟直到超聲c掃描結(jié)束，完成超聲檢測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，使用了單次散射響應(yīng)模型對(duì)多晶體材料中超聲背散射現(xiàn)象進(jìn)行描述，并通過極值分布理論和單次散射響應(yīng)模型的有機(jī)結(jié)合，給出了晶粒噪聲的置信上限，解決了高增益下對(duì)容易把晶粒噪聲誤檢為缺陷的難題，有效地抑制了晶粒噪聲對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提高了常規(guī)線性超聲系統(tǒng)檢測(cè)微小缺陷的能力，使微小缺陷的檢測(cè)設(shè)備成本和檢測(cè)可靠性得到明顯減少?？梢姡景l(fā)明的方法提供了一種使用常規(guī)線性超聲檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出微小缺陷的有效手段。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

附圖說明

圖1為為本發(fā)明的一種基于極值分布理論的微小缺陷超聲檢測(cè)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明中超聲信號(hào)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中含微小人工缺陷試塊的設(shè)計(jì)圖；

圖4為本發(fā)明中置信度99.9％下的理論方式和實(shí)驗(yàn)方式對(duì)比晶粒噪聲上限曲線；

圖5(a)和圖5(b)為本發(fā)明中微小缺陷超聲c掃描成像圖和傳統(tǒng)方法成像圖；

圖6為直徑0.2mm、埋深12mm的平底孔缺陷的超聲a波及時(shí)變閾值圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

本具體實(shí)施方式以一個(gè)含微小人工缺陷的304不銹鋼試塊為例，說明有效檢出微小人工缺陷的方法。本發(fā)明首先將試塊固定于裝滿水的水槽內(nèi)，用超聲脈沖發(fā)生/接收器(又稱超聲儀)激勵(lì)超聲聚焦探頭，把超聲聚焦探頭通過探頭架夾持于五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)上安裝的運(yùn)動(dòng)控制卡連接控制電路來(lái)控制五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，調(diào)整超聲聚焦探頭在水槽中的位姿，并用計(jì)算機(jī)上的高速數(shù)據(jù)采集卡獲取并存儲(chǔ)超聲儀輸出的原始超聲a波信號(hào)，最后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行進(jìn)一步的分析和建模。

圖1為本發(fā)明的一種基于極值分布理論的微小缺陷超聲檢測(cè)方法的流程圖，建模與評(píng)價(jià)的步驟如下：

s1、基于單次散射響應(yīng)模型，構(gòu)造理論空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線，結(jié)合極值分布理論，建立晶粒噪聲及其置信區(qū)間的正演模型，具體包含以下步驟：

s11、假設(shè)晶粒噪聲在空間上符合零均值的正態(tài)分布，其標(biāo)準(zhǔn)差σ(t)是時(shí)間t的函數(shù)，根據(jù)單次散射響應(yīng)模型，給出水浸超聲c掃描系統(tǒng)在縱波-縱波模型下垂直入射的空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線

式中vmax是幅值校正參數(shù)；f是超聲聚焦探頭的焦距，wf是聚焦探頭聚焦在固體表面時(shí)的超聲束寬度；w0＝0.7517a是初始超聲束寬度；a是探頭的半徑；ρ和cl分別是固體的密度和縱波聲速；ρf和cf分別是液體的密度和縱波聲速；tfl和tlf分別是液-固界面和固-液界面的透射系數(shù)，rfl是液-固界面的反射系數(shù)；d是隆美爾衍射衰減修正系數(shù)；zf是超聲探頭到試塊表面的距離，又稱為水聲距；ω0＝2πf0是中心角頻率，f0是中心頻率；αf和αl分別是液體和固體的衰減系數(shù)；是縱波-縱波模式下的空間相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換；是散射強(qiáng)度協(xié)方差算子，單晶各向異性系數(shù)ν＝c11-c12-2c44；c11、c12和c44為單晶彈性常數(shù)；w(z)是固體中傳播深度z處的高斯超聲束寬度；σ是入射波的脈沖寬度；式(1)中聲束寬度wf的計(jì)算方法是

式中kf＝ω0/cf是液體中的波數(shù)，而參數(shù)透射系數(shù)和反射系數(shù)則定義為

隆美爾衍射衰減修正系數(shù)d是

縱波-縱波模式下的空間相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換是

式中kl＝ω0/cl是固體中的波數(shù)，而為固體被測(cè)對(duì)象的平均晶粒尺寸；接著，固體中傳播深度z處的高斯超聲束寬度w(z)為

式中的參數(shù)與式(2)一致；將式(2)到式(6)代入式(1)可以得到基于單次散射響應(yīng)模型的理論空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線σ(t)；

s12、考慮到晶粒噪聲可假設(shè)為零均值的，且超聲檢測(cè)中常常需要對(duì)波形取絕對(duì)值，故令t時(shí)刻晶粒噪聲加絕對(duì)值后的最大值為a(t)，結(jié)合極值分布理論，可知a(t)的概率密度函數(shù)為

式中的規(guī)范常數(shù)an(t)和bn(t)需要使用底分布為折疊正態(tài)分布時(shí)的形式，具體分別為

式中n為超聲c掃描采集到的波形總數(shù)，而σ(t)則為步驟s11求解式(1)得到的結(jié)果；

s13、根據(jù)極值分布理論，由式(7)得到t時(shí)刻最大值的數(shù)學(xué)期望<a(t)>為

<a(t)>＝bn(t)+an(t)γ(9)

式中γ≈0.5772是euler-mascheroni常數(shù)，若代入式(8)得

式(10)實(shí)質(zhì)上給出了晶粒噪聲的理論正演模型；另一方面，通過極值分布理論還可以給出t時(shí)刻最大值的置信上限和下限，即

式(11)和式(12)建立了晶粒噪聲置信區(qū)間的理論正演模型；

s2、根據(jù)被測(cè)試塊，輸入步驟s1所得理論模型中所需的各個(gè)參數(shù)，其中包括金相法得到的平均晶粒尺寸，繼而得到一定置信度下理論的晶粒噪聲上限曲線，包含以下步驟：

s21、選取被測(cè)試塊的一個(gè)側(cè)表面，通過金相法對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行磨樣、拋光、腐蝕，以及顯微照相，通過多個(gè)視場(chǎng)下的金相照片用截線法測(cè)定平均晶粒尺寸

s22、為實(shí)際計(jì)算步驟s1所得理論模型，即式(11)和式(1)，還需要準(zhǔn)備模型所需的各個(gè)輸入?yún)?shù)，具體而言除了平均晶粒尺寸外還包括：幅值校正參數(shù)vmax，聚焦探頭的焦距f，探頭的半徑a，固體的密度ρ和縱波聲速cl，液體的密度ρf和縱波聲速cf，水聲距zf，中心頻率f0，液體和固體的衰減系數(shù)αf和αl，被測(cè)對(duì)象的單晶彈性常數(shù)c11、c12和c44，入射波的脈沖寬度σ，最終由式(11)和式(1)給出晶粒噪聲的

s23、步驟s22中所需的幅值校正參數(shù)vmax，其測(cè)量方法具體為：首先設(shè)定超聲脈沖發(fā)生/接收器的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括高通、低通、發(fā)射電壓，以及阻尼；再將試塊置于水槽中，使探頭垂直入射于試塊并使探頭的焦點(diǎn)落在試塊表面；接著設(shè)置增益為g0＝0db，記錄表面回波幅值v0，然后使gi＝gi-1+1db，i＝1,2,3,...，不斷記錄對(duì)應(yīng)的表面回波幅值vi，直到vi+1達(dá)到飽和值并出現(xiàn)削峰現(xiàn)象為止，用m＝i記錄此時(shí)的i值；以g0,g1,...,gm為橫坐標(biāo)，以v0,v1,...,vm為縱坐標(biāo)，建立擬合模型v(g)；假設(shè)微小缺陷超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中使用的增益為gmax，則vmax＝v(gmax)；

s24、特別地，s22中除使用理論的模型式(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差外，還可以使用實(shí)驗(yàn)的方法得到空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線σ(t)，具體方法為：選用一個(gè)與被測(cè)試塊材質(zhì)、加工工藝、微觀組織、外形尺寸等完全一致的無(wú)缺陷的試塊作為參考試塊，然后對(duì)其進(jìn)行超聲c掃描，掃描前同樣預(yù)先設(shè)定一套超聲脈沖發(fā)生/接收器的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，設(shè)定增益為gmax，水聲距為zf；記ej(t)是每一個(gè)空間點(diǎn)進(jìn)行超聲c掃描所采集得到的超聲回波信號(hào)，j＝1,2,...,n；根據(jù)參考試塊所有超聲回波信號(hào)ej(t)，可計(jì)算每一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)t的晶粒噪聲的空間標(biāo)準(zhǔn)差，即

式中n同樣為超聲c掃描采集到的波形總數(shù)。通過式(13)可以實(shí)驗(yàn)地得到與式(1)等效的空間方差曲線，將其代入式(11)可得實(shí)驗(yàn)的上限曲線u(t)；此方法容易實(shí)施，但普適性較低，因?yàn)槠湫枰紫仁褂靡粋€(gè)和被測(cè)試塊完全相同的試塊作為參考試塊，一旦更換被測(cè)試塊，則無(wú)法直接套用原來(lái)的上限曲線，必須重新進(jìn)行新的參考試塊掃描，導(dǎo)致在執(zhí)行時(shí)需要做大量的參考實(shí)驗(yàn)。

s3、對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行超聲c掃描，以步驟s2得到的晶粒噪聲上限曲線為時(shí)變閾值，對(duì)缺陷進(jìn)行成像，完成超聲檢測(cè)，包含以下步驟：

s31、對(duì)被測(cè)試塊進(jìn)行超聲c掃描，其中需要按照步驟s2和s23中超聲脈沖發(fā)生/接收器的預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并設(shè)置增益為gmax，水聲距為zf，為了保證超聲實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試塊雖要盡可能地水平放置，且超聲探頭應(yīng)盡可能垂直于試塊表面；

s32、超聲c掃描的過程中，需要在表面回波和底面回波之間設(shè)置一個(gè)閘門，閘門內(nèi)以步驟s2得到的晶粒噪聲上限曲線為時(shí)變閾值，如果探頭運(yùn)動(dòng)到某一個(gè)點(diǎn)位，該點(diǎn)位的超聲回波幅值超過了時(shí)變閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)位存在缺陷，并記錄超過時(shí)變閾值的那個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的電壓幅值對(duì)缺陷進(jìn)行成像；反之，如果閘門內(nèi)沒有任何回波的幅值超過閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)位不存在缺陷，記錄為0v進(jìn)行成像；循環(huán)此步驟直到超聲c掃描結(jié)束，完成超聲檢測(cè)。

圖2為本發(fā)明中超聲信號(hào)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，所述超聲信號(hào)采集系統(tǒng)包括工控機(jī)1-用于控制底層硬件和運(yùn)算；高速數(shù)據(jù)采集卡2-用于采集超聲a信號(hào)；超聲儀3-用于激勵(lì)和接收超聲探頭信號(hào)；超聲縱波探頭4-用于發(fā)射和接收超聲波；運(yùn)動(dòng)控制卡5-用于通過上位機(jī)控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制電路；控制電路6-用于操控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7-包含x、y、z方向的三個(gè)自由度及繞x、y方向轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)自由度；探頭架8-用于連接運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和超聲探頭、試塊9-被測(cè)的304不銹鋼試塊；水槽10；純凈水11-作為超聲波傳播的耦合劑。圖3為本發(fā)明中含微小人工缺陷試塊的設(shè)計(jì)圖。

本實(shí)例中五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)7采用上海良義機(jī)電有限公司生產(chǎn)的五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，高速數(shù)據(jù)采集卡2采用臺(tái)灣凌華的pci-9852數(shù)字采集卡，超聲儀3采用jsr的dpr300型超聲脈沖發(fā)生/接收器，超聲縱波探頭4采用ge的alpha15-0.5-2型的高分辨率水浸超聲聚焦探頭，金相分析時(shí)用到buehler的metaserv250型雙盤研磨拋光機(jī)，及l(fā)eica的dm4000m型金相顯微鏡。

本具體實(shí)施方式以山東瑞祥模具有限公司加工的含0.2和0.3mm平底孔的304不銹鋼試塊為例，來(lái)說明本發(fā)明的檢測(cè)方法。其中試塊厚度為15mm；而人工缺陷為三個(gè)平底孔，分別為①直徑0.3mm、埋深10mm，②直徑0.2mm、埋深10mm，③直徑0.2mm、埋深12mm。實(shí)施過程中，根據(jù)步驟s2首先需要對(duì)步驟s1中建立的理論模型進(jìn)行賦值，生成理論的晶粒噪聲上限曲線。模型所需的輸入?yún)?shù)具體如表1所示。最終可得到置信度為99.9％的理論晶粒噪聲上限曲線，如圖4所示。同時(shí)為了說明s24中參考實(shí)驗(yàn)得到上限曲線的方法，在相同的條件下得到了實(shí)驗(yàn)的上限曲線，并在圖4中與理論曲線進(jìn)行了對(duì)比，可見實(shí)測(cè)的曲線與理論曲線基本上等效，但仍然有一定的誤差。

表1模型所需的輸入?yún)?shù)

采用本發(fā)明的方法，通過步驟s3對(duì)不銹鋼試塊進(jìn)行掃描。掃描的空間點(diǎn)位數(shù)目與表1中的波形總數(shù)相同。掃描時(shí)閘門的橫坐標(biāo)范圍為17.2μs到21μs，閘門的高度根據(jù)置信度99.9％的晶粒噪聲上限曲線設(shè)置為時(shí)變閾值。圖5a顯示了微小缺陷的超聲c掃描成像結(jié)果，三個(gè)微小的平底孔缺陷都清晰可見；而圖5b是傳統(tǒng)固定閾值高度方法的掃描成像結(jié)果，雖然同樣能看到微小缺陷，但同時(shí)應(yīng)該注意到圖像出現(xiàn)了大量噪聲，說明發(fā)生了誤檢，若此時(shí)是對(duì)未知試塊進(jìn)行掃描，則無(wú)法分辨到底是真實(shí)存在缺陷還是噪聲誤檢為了缺陷。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法，圖6展示了直徑0.2mm、埋深12mm的平底孔缺陷的超聲a波及時(shí)變閾值之間的關(guān)系。

本發(fā)明的方法，使用了單次散射響應(yīng)模型對(duì)多晶體材料中超聲背散射現(xiàn)象進(jìn)行描述，并通過極值分布理論和單次散射響應(yīng)模型的有機(jī)結(jié)合，給出了晶粒噪聲的置信上限，解決了高增益下對(duì)容易把晶粒噪聲誤檢為缺陷的難題，有效地抑制了晶粒噪聲對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提高了常規(guī)線性超聲系統(tǒng)檢測(cè)微小缺陷的能力，使微小缺陷的檢測(cè)設(shè)備成本和檢測(cè)可靠性得到明顯減少?？梢?，本發(fā)明的方法提供了一種使用常規(guī)線性超聲檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)出微小缺陷的有效手段。

以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。尤其是用實(shí)驗(yàn)的空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線，近似地替代步驟s1中理論的空間標(biāo)準(zhǔn)差曲線，應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。