一種超聲聚焦探頭散焦區(qū)內(nèi)缺陷的靈敏度補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲聚焦探頭散焦區(qū)內(nèi)缺陷的靈敏度補(bǔ) 償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲聚焦探頭發(fā)射的聲場(chǎng)具有聲束細(xì)，能量集中，分辨力和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。在聚 焦探頭工作時(shí)，探頭內(nèi)的壓電晶片經(jīng)逆壓電效應(yīng)將電能裝換成機(jī)械能，激發(fā)出超聲波，聲波 經(jīng)過透鏡作用匯聚到一點(diǎn)，稱為探頭的焦點(diǎn)。然而，超聲聚焦后的焦點(diǎn)并非理論上不占空間 的幾何點(diǎn)，而是近似圓柱體，圓柱體內(nèi)部為聚焦區(qū)域，圓柱體外部為散焦區(qū)域。
[0003] 在利用聚焦探頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)缺陷處于聚焦區(qū)時(shí)，對(duì)于缺陷探頭具有很好的檢 出能力，檢測(cè)靈敏度高；當(dāng)缺陷處于散焦區(qū)時(shí)，探頭檢出能力下降，檢測(cè)靈敏度降低。一般 地，根據(jù)缺陷反射回波的幅值大小，可以在一定程度上定性地判斷出缺陷的大小。然而，探 頭對(duì)缺陷的聚焦效果將會(huì)影響檢測(cè)靈敏度，即影響缺陷回波的幅值。所以，聚焦效果的好壞 會(huì)影響缺陷大小的判斷。例如，對(duì)于散焦區(qū)內(nèi)的缺陷會(huì)被誤判為小缺陷。
[0004] 對(duì)一個(gè)試件進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)時(shí)，由于其內(nèi)部缺陷所處的深度是不確定的，故而 不能預(yù)設(shè)好理想的聚焦位置，以保證所有的缺陷都能處于探頭的聚焦區(qū)。在這種情況下，有 的缺陷會(huì)處于聚焦區(qū)，有的缺陷則會(huì)處于散焦區(qū)，散焦區(qū)的缺陷檢測(cè)靈敏度低，以致造成誤 判。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種實(shí)用性強(qiáng)，分析計(jì)算速度快，而且準(zhǔn)確度高， 針對(duì)缺陷處于聚焦探頭散焦區(qū)時(shí)的，缺陷的檢測(cè)靈敏度補(bǔ)償方法。一種超聲聚焦探頭散焦 區(qū)內(nèi)缺陷的靈敏度補(bǔ)償方法，所述靈敏度補(bǔ)償方法通過制作補(bǔ)償試樣，實(shí)測(cè)靈敏度補(bǔ)償曲 線，利用超聲顯微鏡獲取待測(cè)試樣的超聲回波數(shù)據(jù)，提取出缺陷的X、Y、Z空間坐標(biāo)，再根據(jù) 實(shí)際的檢測(cè)條件選取相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償曲線，最后根據(jù)缺陷的深度_和焦點(diǎn)的位置Η焦確定補(bǔ)償 系數(shù)并完成靈敏度補(bǔ)償；
[0006] 進(jìn)一步地，所述方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一，設(shè)計(jì)制作補(bǔ)償試樣；
[0008] 步驟二，繪制靈敏度補(bǔ)償曲線；
[0009] 步驟三，待測(cè)試樣超聲數(shù)據(jù)采集；
[0010]步驟四，缺陷位置坐標(biāo)提??；
[0011]步驟五，缺陷檢測(cè)靈敏度補(bǔ)償；
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟一具體為:選取與待測(cè)試樣材質(zhì)相同的材料，制作"翼形"階梯 試樣，所述"翼形"階梯試樣制作是利用每個(gè)階梯模擬大平底缺陷，大平底缺陷尺寸遠(yuǎn)大于 聚焦探頭的焦柱直徑，不考慮缺陷的尺寸，只有缺陷所處深度不同；
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟二具體為:使用超聲聚焦探頭進(jìn)行測(cè)試，保證增益不變，將探 頭的焦點(diǎn)聚焦在某個(gè)階梯上，平移探頭依次采集在不同階梯的底面回波，繪制靈敏度補(bǔ)償 曲線，曲線的X軸代表缺陷的深度，y軸代表缺陷的回波幅值，曲線的斜率作為補(bǔ)償系數(shù)，用 作靈敏度補(bǔ)償?shù)臋?quán)重；
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟三具體為:選取焦點(diǎn)能夠聚焦在待測(cè)試樣內(nèi)部的聚焦探頭，聚 焦深度用Η焦表示，以步進(jìn)值為50um對(duì)整個(gè)試樣內(nèi)部進(jìn)行粗掃，獲得整個(gè)試樣內(nèi)部缺陷的C-scan像圖，然后在C-scan像圖中找到待分析的目標(biāo)區(qū)域，再以步進(jìn)值為5um，進(jìn)行精確掃查， 并保存全波數(shù)據(jù)；
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟四具體為:根據(jù)缺陷的回波信號(hào)，提取缺陷所在位置的X、Y、Z 空間物理坐標(biāo)，沿X方向的等間距平行線掃查，以平行線的掃查條數(shù)為m，每條平行線上的掃 查點(diǎn)數(shù)為n，建立mXn的矩陣排列，根據(jù)掃查原理，先確定缺陷的X、Y坐標(biāo)，再根據(jù)縱波的傳 播原理，通過公式"a = 4 x c χ /，其中，c為超聲波在材料中的傳播速度，t為A-scan波形中夾 缺陷回波距界面波的時(shí)間，_則表示缺陷的深度位置，采集待測(cè)試樣超聲數(shù)據(jù)；
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟五具體為選取合適的補(bǔ)償曲線，根據(jù)缺陷實(shí)際深度_偏離探 頭焦點(diǎn)ft點(diǎn)的距離確定補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出靈敏度補(bǔ)償值，將結(jié)果累加完成散焦區(qū)缺陷靈 敏度的補(bǔ)償；
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟五中選取合適的補(bǔ)償曲線的方法為:根據(jù)補(bǔ)償對(duì)象的檢測(cè)條 件選取探頭頻率一致，聚焦深度_以及增益等參數(shù)一致的情況下所測(cè)得的補(bǔ)償曲線；
[0018] 本發(fā)明的有益之處在于：
[0019] 1)實(shí)現(xiàn)了聚焦探頭散焦區(qū)內(nèi)缺陷檢測(cè)靈敏度的補(bǔ)償，通過對(duì)補(bǔ)償試塊的測(cè)量，實(shí) 測(cè)出靈敏度補(bǔ)償曲線，并成功應(yīng)用于聚焦探頭的檢測(cè)；
[0020] 2)與平探頭的AVG曲線比較，本文方法更適用于聚焦探頭，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)散焦區(qū)缺 陷的靈敏度補(bǔ)償，而且具有較高的精度和可重復(fù)性，這對(duì)于缺陷的快速檢測(cè)、大小的表征具 有重要意義，有效的避免了缺陷大小的誤判；
[0021] 3)通過對(duì)散焦區(qū)內(nèi)缺陷檢測(cè)靈敏度的補(bǔ)償，有利于材料內(nèi)部缺陷尺寸及數(shù)量進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)分析，可以更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)金屬材料的純凈度。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中設(shè)計(jì)制作的補(bǔ)償試塊；
[0024] 圖3為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中聚焦在階梯3的補(bǔ)償曲線；
[0025] 圖4為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中內(nèi)部含有缺陷的檢測(cè)試樣；
[0026] 圖5為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中補(bǔ)償曲線的使用流程圖；
[0027]圖6為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中補(bǔ)償前的缺陷A-scan和C-scan結(jié)果；
[0028]圖7為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中理想情況下實(shí)測(cè)的缺陷A-scan和C-scan結(jié)果； [0029]圖8為本發(fā)明靈敏度補(bǔ)償方法中補(bǔ)償后的缺陷C-scan結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做 的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本 發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì) 節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0031] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。 下面為本發(fā)明的舉出最佳實(shí)施例：
[0032] 如圖1所示，超聲聚焦探頭散焦區(qū)內(nèi)缺陷的靈敏度補(bǔ)償方法，所述方法針對(duì)缺陷處 于聚焦探頭散焦區(qū)時(shí)檢測(cè)靈敏度低的問題，通過繪制沿探頭軸向的同一缺陷在不同深度位 置的回波幅值曲線，建立補(bǔ)償機(jī)制，并對(duì)處于散焦區(qū)的缺陷回波實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償 時(shí)，根據(jù)實(shí)際缺陷偏離探頭焦點(diǎn)的距離補(bǔ)償以不同的系數(shù)，使散焦區(qū)缺陷的靈敏度達(dá)到其 在聚焦時(shí)的水平。所述方法主要包括以下步驟：
[0033]步驟一，設(shè)計(jì)制作補(bǔ)償試塊:利用軸承鋼材料制作了具有9個(gè)階梯的"翼形"階梯試 樣，如圖2所示。試樣厚度為3000um，起始階梯（階梯1)厚500um，每個(gè)階梯之間厚度差為 300um，利用每個(gè)階梯模擬大平底缺陷，大平底缺陷尺寸遠(yuǎn)大于聚焦探頭的焦柱直徑，所以 可以不考慮缺陷的尺寸，保證只有缺陷所處深度不同。
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