專(zhuān)利名稱(chēng)：非破壞性超聲測(cè)試方法以及用于實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備的制作方法
非破壞性超聲測(cè)試方法以及用于實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備本發(fā)明涉及用于超聲材料測(cè)試的脈沖-回聲方法。由此，這是一種用于發(fā)現(xiàn)材料 瑕疵的聲學(xué)方法，其中使用了超聲。超聲測(cè)試屬于非破壞性測(cè)試方法。由此，也可以測(cè)試處 于內(nèi)置狀態(tài)中的多種部件，例如，飛機(jī)的軸承元件。對(duì)于聲音傳導(dǎo)材料(包括大多數(shù)金屬)， 比如焊縫、鍛件、鑄件、半成品或管子，超聲測(cè)試是一種用于發(fā)現(xiàn)內(nèi)部和外部瑕疵的合適的 測(cè)試方法。在機(jī)器構(gòu)造過(guò)程中，檢查部件的質(zhì)量是一項(xiàng)重要的要求，為的是確保乘用運(yùn)輸設(shè) 備或有毒材料管路的安全。測(cè)試火車(chē)定期地測(cè)試鋪設(shè)的鐵軌。因此，目標(biāo)是增大這種方法 的可靠性。像所有的測(cè)試方法那樣，超聲檢測(cè)也是標(biāo)準(zhǔn)化的并且根據(jù)一些指南來(lái)執(zhí)行(比如 DIN EN 10228-3 1998-07, "Non-Destructive Testing of Forgings of Steel-Part 3 Ultrasonic Testing of Forgings of Ferritic and Martensitic Steel，，,該指南弓|用在 此作為參考)。對(duì)于用超聲對(duì)測(cè)試工件進(jìn)行非破壞性測(cè)試而言，已知有合適的測(cè)試裝置和方 法。通常會(huì)參考 J.和H. KrautkrSmer教科書(shū)"Materials Testing with Ultrasound”(第 六版)。這種方法通常基于聲波到邊界面的反射。作為聲源，大多數(shù)情況下使用超聲換能 器或探頭，其輻射處于IOkHz到IOOMHz的頻率范圍中。使用脈沖-回聲方法時(shí)，超聲換能 器不發(fā)射任何連續(xù)的輻射，而是發(fā)射非常短的聲學(xué)脈沖，其持續(xù)時(shí)間是1 μ s和更小。從發(fā) 射機(jī)發(fā)出的脈沖按照合適的聲速穿過(guò)待測(cè)的測(cè)試工件，并且被幾乎完全地反射到金屬-空 氣界面。這種聲換能器一般可以不僅發(fā)出脈沖，也還能將輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成電學(xué)測(cè)量信號(hào)； 由此，它也用作接收機(jī)。用示波器或計(jì)算機(jī)單元來(lái)測(cè)量聲學(xué)脈沖從發(fā)射機(jī)穿過(guò)工件再返回 所需要的時(shí)間，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在上游連接到該示波器或計(jì)算機(jī)單元。使用該材料中已知的聲 速c，可以按照這種方式來(lái)測(cè)試樣品的厚度。對(duì)于工件與超聲換能器之間的耦合，將耦合劑 (例如，膏(溶液)、膠、水或油)涂到待測(cè)工件的表面。大多數(shù)情況下，使用這種探頭會(huì)使 待測(cè)表面報(bào)廢。這可以手動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，或按照機(jī)械化的方式實(shí)現(xiàn)，或自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)(在裝配線路 之內(nèi))。對(duì)于后者，測(cè)試工件通常被浸入到合適的流體中(浸入技術(shù))，或者被局部弄濕，為 的是傳送聲學(xué)信號(hào)。邊界面(即用于限定測(cè)試工件的外表面)以及內(nèi)部邊界面(即內(nèi)部的瑕疵，比如 腔(中空的空間)、內(nèi)含物、裂紋或待測(cè)工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的另一處分離)處的聲學(xué)性質(zhì)的變 化反射該聲學(xué)脈沖并且將其發(fā)送回給該探頭中的振蕩器，該探頭既用作發(fā)射機(jī)又用作接收 機(jī)。發(fā)射和接收之間的時(shí)差允許計(jì)算該路徑。通過(guò)測(cè)得的時(shí)差，產(chǎn)生了信號(hào)圖像，并且在監(jiān) 視器或示波器上顯示出該信號(hào)圖像。通過(guò)該圖像，可以確定位置，并且如有必要，可以通過(guò) 與替換反射器(平底洞(圓形盤(pán)狀反射器)、溝槽、橫鉆孔)進(jìn)行比較，來(lái)評(píng)估瑕疵(用技術(shù) 術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“不連續(xù)之處”)的尺寸。一般，可以檢測(cè)其尺寸約為0.6mm的不連續(xù)之處，使用 特殊的方法也可以檢測(cè)達(dá)到0. Imm或更小的不連續(xù)之處。使用自動(dòng)測(cè)試裝備時(shí)，存儲(chǔ)該信 息，針對(duì)該測(cè)試工件而綜合地考慮該信息，并且立刻或隨后按照不同的方式對(duì)該信息進(jìn)行 存檔。上述探頭所產(chǎn)生的超聲脈沖通常都按照固定的脈沖重復(fù)頻率被重復(fù)地照射到該工件中。因?yàn)楣ぜ膫?cè)壁表面或側(cè)壁表面部分通常取向成垂直于傳播方向并彼此平行，所 以這些側(cè)壁表面處發(fā)生多重反射(多個(gè)回聲)，由此脈沖在工件中來(lái)回穿行，這些反射與其 它可能的反射都穿過(guò)不連續(xù)之處而被探頭接收到。因高反射系數(shù)的緣故，這些多重反射的 脈沖是清晰可辨的。如果這些脈沖接在清晰的時(shí)間-延遲之后，如果脈沖重復(fù)頻率是相對(duì) 較低的，則通過(guò)信號(hào)圖像中的時(shí)間分離，多重反射可以很容易地歸因于相關(guān)聯(lián)的脈沖。如果 脈沖重復(fù)頻率如此之高(即脈沖之間的時(shí)間-延遲如此之小)，則看起來(lái)很不同的是多重 反射(由此，那些被不止一次反射到工件側(cè)壁表面的多個(gè)脈沖)是在發(fā)射下一個(gè)或后續(xù)脈 沖之后才被首次檢測(cè)到的。然后，下列危險(xiǎn)是存在的在后續(xù)脈沖之后發(fā)生的在先脈沖的 多重反射沒(méi)有被這樣檢測(cè)，而是被錯(cuò)誤地視為緊接在前面的脈沖的反射(即回到后者的反 射)，這可能是通過(guò)工件中存在的不連續(xù)之處產(chǎn)生的。這導(dǎo)致了工件測(cè)試過(guò)程中的錯(cuò)誤的警 報(bào)，使得該工件被重新檢查或者有可能被錯(cuò)誤地丟棄。這種生產(chǎn)成本就增大了。上述配置 問(wèn)題因脈沖重復(fù)頻率的石英穩(wěn)定性而增大了。本發(fā)明的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題并看到了 他的任務(wù)。此外，發(fā)明人已提供了針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決方案。本發(fā)明的任務(wù)是使工件測(cè)試的脈沖-回聲方法更可靠，并指定一種超聲測(cè)試設(shè) 備，該設(shè)備允許更可靠地測(cè)試工件。該任務(wù)是通過(guò)權(quán)利要求1的方法和權(quán)利要求7的設(shè)備 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求涉及到各種有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施方式。本發(fā)明涉及一種非破壞性超聲測(cè)試方法，其中，具有脈沖重復(fù)頻率的超聲脈沖通 過(guò)超聲發(fā)射機(jī)而在待測(cè)工件中反復(fù)回蕩，該待測(cè)工件主要由聲音傳導(dǎo)材料構(gòu)成。根據(jù)本發(fā) 明，超聲脈沖被反射到工件中的多個(gè)邊界面。在本發(fā)明中，邊界面這一概念可以被寬泛地解 釋。例如，它可以是外部邊界面(即工件限定性側(cè)壁表面)，然而，它也可以是內(nèi)部邊界面 (即工件內(nèi)部瑕疵，比如腔(中空的空間)、內(nèi)含物、裂紋或該結(jié)構(gòu)中的另一處分離)。被反 射的超聲取決于邊界面的反射行為，在大多數(shù)情況下，被反射的超聲也是脈沖形式的信號(hào)， 根據(jù)本發(fā)明通過(guò)超聲接收機(jī)來(lái)記錄被反射的超聲。關(guān)于超聲接收機(jī)和超聲發(fā)射機(jī)，它可以 是一個(gè)即同一個(gè)超聲換能器；然而，并非必須如此。按照與時(shí)間或位置有關(guān)的描繪方式，通 過(guò)示波器或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)顯示所記錄的信號(hào)，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品是在帶有顯示設(shè)備的計(jì) 算機(jī)上執(zhí)行的。例如，通過(guò)傳播速度，將與位置有關(guān)的描繪以及與時(shí)間有關(guān)的描繪連起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明，上述方法的特征在于，在該方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，脈沖重復(fù)頻率f至少 突然變化一次，即較佳地，脈沖重復(fù)頻率f至少有一次增大或減小預(yù)設(shè)的跳變量值Δι。由 此，該方法變得更可靠，因?yàn)槊}沖重復(fù)頻率f的變化允許將多重反射清晰可見(jiàn)地分配給它 們的相關(guān)聯(lián)的脈沖。盡管脈沖重復(fù)頻率f有變化，但是特別是在具有共平面?zhèn)缺诘墓ぜ?按規(guī)則出現(xiàn)的多重反射(多個(gè)回聲)在與時(shí)間有關(guān)的描繪中保持它們的相互距離。然而， 通過(guò)改變脈沖重復(fù)頻率f，脈沖及其經(jīng)描繪的多重反射發(fā)生了時(shí)間偏移；使用與時(shí)間有關(guān) 的或與位置有關(guān)的描繪方式，這種偏移是可辨識(shí)的和可標(biāo)識(shí)的。這種標(biāo)識(shí)是有優(yōu)勢(shì)的，特別 是在先前發(fā)射的脈沖的多重反射在時(shí)間上落在發(fā)射后續(xù)脈沖之后并由此被錯(cuò)誤地視為后 續(xù)脈沖被工件中的不連續(xù)之處的反射的時(shí)候。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的程序方法是特 別有用的。通過(guò)改變脈沖重復(fù)頻率f，在先脈沖的這種多重反射改變了其在關(guān)于后續(xù)脈沖或 關(guān)于后續(xù)脈沖的反射的、與時(shí)間有關(guān)的或與位置有關(guān)的描繪中的距離。如果不是這樣，則它 一定是后續(xù)脈沖的反射，并且如有必要，根據(jù)時(shí)序，它是可歸因于工件中的不連續(xù)之處的反 射。由此，根據(jù)本發(fā)明的方法增大了使用超聲脈沖的這種測(cè)試方法的可靠性，使反射達(dá)到最少，并減小了生產(chǎn)成本。較佳地，脈沖重復(fù)頻率f落在500Hz到1. 5kHz的范圍中，落在900Hz到1. IkHz的 范圍中更佳，落在990到IkHz的范圍中尤佳。例如，它等于994Hz。已經(jīng)顯示出，使用這種 脈沖重復(fù)頻率f時(shí)，可以執(zhí)行特別快的且可靠的測(cè)試。在更有利的實(shí)施方式中，跳變?chǔ)?·(脈沖重復(fù)頻率f改變了這個(gè)量值)即跳變寬度 是在0. 25到IOHz的范圍中，在0. 5Hz到5Hz的范圍中更佳。尤佳地，跳變寬度等于1Hz。 在擴(kuò)大的采樣過(guò)程中，已顯示出，在按不同時(shí)序排列的脈沖的反射之間如此選擇的頻率跳 變?chǔ)?f足以在使用通常出現(xiàn)的脈沖半寬的情況下使其多重反射保持清晰可辨地分離狀態(tài)。較佳地，根據(jù)已定義的時(shí)間間隔，重復(fù)地(比如來(lái)回地)改變脈沖重復(fù)頻率。由此， 已定義的時(shí)間間隔落在100到500ms的范圍中并且最好等于400ms。如果脈沖重復(fù)頻率f是石英穩(wěn)定化的，則該方法經(jīng)證明是特別有優(yōu)勢(shì)的。因?yàn)槿?此一來(lái)比較穩(wěn)定地產(chǎn)生連續(xù)的脈沖的頻率f，所以相關(guān)聯(lián)的反射的時(shí)序可以比較精準(zhǔn)地確 定。根據(jù)本發(fā)明的方法在一個(gè)實(shí)施方式中是自動(dòng)地啟用的，其中，在400ms的持續(xù)時(shí) 間到期之后通過(guò)定時(shí)器電路使脈沖重復(fù)頻率f從994Hz減小IHz達(dá)到993Hz，為的是在 400ms的持續(xù)時(shí)間到期之后再次增大至994Hz。這被周期性地重復(fù)，一直到根據(jù)本發(fā)明的方 法中斷為止。在另一個(gè)實(shí)施方式中，例如，使用了 CA 211a類(lèi)型的超聲換能器(由GE Inspection Technologies GmbH 公司提供，公司地址是 Robert Bosch 大街 3 號(hào)，50354 Htoth，德國(guó))，該超聲換能器與同一公司提供的USLT 2000類(lèi)型的超聲測(cè)試裝置結(jié)合著使 用。例如，用厚度大于200mm的待測(cè)不銹鋼單元來(lái)實(shí)現(xiàn)該方法，其中，按垂直進(jìn)入的方式來(lái) 注入該超聲。其它有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施方式源自根據(jù)本發(fā)明的下述設(shè)備的各種方法裝備，它們也可以 被完整地畫(huà)出來(lái)以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)本發(fā)明的方法。提供了一種根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，用于對(duì)有生命的或無(wú)生命的待測(cè)單元進(jìn)行非破壞 性超聲測(cè)試。它具有超聲發(fā)射器，配備成產(chǎn)生超聲脈沖并使聲音進(jìn)入待測(cè)單元。提供了超 聲接收機(jī)，它也可以與超聲發(fā)射機(jī)完全一樣，以接收進(jìn)入到待測(cè)單元中的超聲脈沖的回聲 信號(hào)。此外，提供了控制單元，配備成激發(fā)該超聲發(fā)射機(jī)，以便發(fā)射具有已定義的脈沖重復(fù) 頻率f的一系列超聲脈沖。由此，提供了最好在參考振蕩器上穩(wěn)定化的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，以 使脈沖重復(fù)頻率f穩(wěn)定，例如，一種石英穩(wěn)定化的振蕩電路。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在進(jìn)一步提供頻率變化單元，最好該頻率變化單元是在控制單元 中，配備成使脈沖重復(fù)頻率f改變了預(yù)設(shè)的量值Δι。在該過(guò)程中，變化量值A(chǔ)f可以被調(diào) 節(jié)或改變，較佳地由操作人員手動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)或改變。在特別好的實(shí)施方式中，在控制單元 中提供了一種(機(jī)械)調(diào)節(jié)元件(像機(jī)械旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕那樣)，通過(guò)這種元件，可以連續(xù)地 或準(zhǔn)連續(xù)地改變頻率變化Δ f(例如，使用超聲發(fā)射機(jī)的數(shù)字啟動(dòng))?；蛘?，變化量值A(chǔ)f可以被如此調(diào)節(jié)(最好自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié))，使得與有用的回聲 (即與待測(cè)單元的真實(shí)結(jié)構(gòu)相關(guān)連的回聲)相比，調(diào)節(jié)至評(píng)估單元的顯示器的成像區(qū)域的 3-5%的幻影回聲的移動(dòng)是可分辨的。在執(zhí)行示例的框架中，討論了一種合適的算法。在另一個(gè)有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施方式中，例如，在控制單元中提供了軟件-實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)單元，配備成檢測(cè)這種回聲信號(hào)，在脈沖重復(fù)頻率f改變了 Δ f期間，這種回聲信號(hào)從在先激 發(fā)脈沖起的時(shí)滯T明顯發(fā)生了變化。特別是，檢測(cè)單元可以配備成獲取檢測(cè)到的回聲信號(hào) 的時(shí)滯T的明顯變化Δ T，并且將其與脈沖重復(fù)的變化量Af進(jìn)行比較。若配備檢測(cè)單元， 則產(chǎn)生了特別的優(yōu)點(diǎn)，以標(biāo)記和/或抑制進(jìn)一步處理檢測(cè)到的回聲信號(hào)，特別是那些其時(shí) 滯T隨頻率Af而變化的回聲信號(hào)。這樣，例如，可以從分配給該設(shè)備的顯示單元的顯示中 排除掉被標(biāo)識(shí)為“幻影回聲”的信號(hào)，或者以特殊方式(比如彩色標(biāo)記)指出這種信號(hào)。在備選或補(bǔ)充的實(shí)施方式中，檢測(cè)單元配備成改變脈沖重復(fù)頻率f，直到不再檢測(cè) 到任何回聲信號(hào)，在脈沖重復(fù)頻率f變化期間，這種回聲信號(hào)從在先激發(fā)脈沖起的時(shí)滯T明 顯發(fā)生了變化。在該過(guò)程中，脈沖重復(fù)頻率f的變化可以是連續(xù)地發(fā)生的，或者按多個(gè)分立 的階段發(fā)生變化的。較佳地，向本發(fā)明的設(shè)備分配一個(gè)顯示單元，或者顯示單元集成到本發(fā)明的設(shè)備 中，在顯示單元上，按照與時(shí)間或位置有關(guān)的分辨率顯示由超聲接收機(jī)記錄的回聲信號(hào)。尤佳地，本發(fā)明的設(shè)備相當(dāng)普遍地配備成在不同的實(shí)施方式中以(半)自動(dòng)方式 執(zhí)行本發(fā)明的方法。在下文中，通過(guò)附圖，更為詳細(xì)地解釋了本發(fā)明，但并不限于所示的那樣。在附圖 中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意圖，圖2-4是根據(jù)本發(fā)明的方法的框架的典型信號(hào)運(yùn)行的示意圖(“A-掃描”)，以及圖5是評(píng)估單元的顯示器上所描繪的回聲連續(xù)序列的示意圖，用于說(shuō)明脈沖變化 頻率Af的自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的設(shè) 備1包括控制單元20，控制單元20電連接到超聲發(fā)射機(jī)10，超聲發(fā)射機(jī)10同時(shí)用作超聲 接收機(jī)。超聲發(fā)射機(jī)10包括超聲換能器，超聲換能器被安排在啟動(dòng)主體12上(例如，由 plexiglas 制造)，其中，這兩者都被安排在同一外殼中?？刂茊卧?0配備成激發(fā)超聲發(fā) 射機(jī)10，用于發(fā)射一系列超聲脈沖，這些脈沖具有規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率f，該頻率f通常落 在約為IkHz的范圍中。為了使脈沖重復(fù)頻率f穩(wěn)定化，在控制單元20中提供了石英穩(wěn)定 化時(shí)鐘脈沖發(fā)生器22，其中，最好將溫度穩(wěn)定化石英晶體用作參考振蕩器。超聲發(fā)射機(jī)10配有啟動(dòng)主體12，啟動(dòng)主體12位于待測(cè)單元100的輸入表面101 上，超聲發(fā)射機(jī)10將這些具有聲頻(該聲頻落在IOkHz到IOMHz的范圍中，落在1到5MHz 的范圍中則更佳)的超聲脈沖按上述脈沖重復(fù)頻率f送入到待測(cè)單元100中。這些超聲脈 沖在待測(cè)單元中沿著聲音路徑S傳播，被待測(cè)單元100的底面102反射，并且在聲音路徑S 上返回至超聲發(fā)射機(jī)10，超聲發(fā)射機(jī)10由控制單元20驅(qū)動(dòng)且交替地用作超聲發(fā)射機(jī)和超 聲接收機(jī)。由超聲接收機(jī)10記錄的來(lái)自待測(cè)單元100的回聲信號(hào)(其中包括輸入表面的 回聲、底面回聲以及回聲信號(hào)可能是源自待測(cè)單元的體積中的缺陷10 在控制單元20中 被強(qiáng)化、數(shù)字化且隨后在控制單元20中所提供的顯示單元30上被顯示。圖1示出了接收 回聲信號(hào)的時(shí)間-分辨的描繪(A-掃描)。為了確定，也可以產(chǎn)生一種全面深入分辨的描 繪。在根據(jù)圖1的執(zhí)行示例中，大多數(shù)峰被描繪在顯示單元30上，由此，以Pl所標(biāo)示的峰 是被送入到待測(cè)單元100的脈沖的入口處回聲。而另外描繪的峰Pl'、P1"和Pl〃 ‘則是 第一、第二和第三底面回聲。
現(xiàn)在，如果待測(cè)單元100的幾何尺寸使得脈沖沿著聲音路徑S從超聲發(fā)射機(jī)10到 底面102再回到超聲接收機(jī)10的聲音行走時(shí)間落在兩個(gè)連續(xù)的發(fā)射脈沖Pl的時(shí)滯的大 小的量級(jí)中，特別是，如果該行走時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個(gè)連續(xù)的發(fā)射脈沖的時(shí)滯，則這是有問(wèn)題 的，關(guān)于圖1中用“P ？ ”標(biāo)識(shí)另一個(gè)峰值，究竟它是因待測(cè)單元100的體積內(nèi)的瑕疵103所 導(dǎo)致的回聲信號(hào)，還是先前的激發(fā)脈沖Pl的更高階的底面回聲信號(hào)呢？然而，為了能夠做 出這種區(qū)分，在用“P ？ ”標(biāo)記的峰值的分類(lèi)過(guò)程中至少要給檢查員一些輔助，圖1所描繪的 設(shè)備1配備成實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，下文會(huì)詳細(xì)描述。通常，在本發(fā)明的設(shè)備的控制單元20中，設(shè)計(jì)了頻率變化單元40，可以用硬件或 軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該頻率變化單元40。這種頻率變化單元40配備成使激發(fā)脈沖的脈沖重復(fù) 頻率f改變了一個(gè)預(yù)設(shè)的量值Δ f。較佳地，它被配備成周期性地改變脈沖重復(fù)頻率并改變 上述量值A(chǔ)f，由此這種頻率變化量值最好落在0. 1和IOOHz的范圍中，落在1和IOHz之間 尤佳。在所示的執(zhí)行示例中，控制單元20包括機(jī)械調(diào)節(jié)元件42，它被設(shè)計(jì)成控制標(biāo)度盤(pán)。 這種調(diào)節(jié)元件42允許操作人員手動(dòng)地改變頻率變化Δ f，借此頻率變化單元40周期性地改 變了發(fā)射脈沖的脈沖重復(fù)頻率f。此外，在控制單元20中，設(shè)計(jì)了檢測(cè)單元50，可以用硬件或軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè) 單元50。這種檢測(cè)單元50配備成檢測(cè)這種回聲信號(hào)，這種回聲信號(hào)從先前的激發(fā)脈沖Pl 起的時(shí)滯T明顯地隨脈沖重復(fù)頻率f的變化而變化。特別是，檢測(cè)單元50可以配備成獲取 檢測(cè)到的回聲信號(hào)的時(shí)滯T的明顯變化ΔΤ，并且將這種明顯變化ΔΤ與脈沖重復(fù)頻率f的 變化量Af進(jìn)行比較。如果時(shí)滯T的明顯變化ΔT基本上對(duì)應(yīng)于(即落在預(yù)設(shè)的誤差限度 之內(nèi))脈沖重復(fù)頻率f的變化量Δ f，則配備上述頻率變化單元，以將這種回聲信號(hào)分辨為 “幻影回聲”并且將它們標(biāo)記為適于進(jìn)一步處理。特別是，可以配備檢測(cè)單元50，例如，通過(guò) 啟動(dòng)控制單元20中所提供的機(jī)械開(kāi)關(guān)20從而啟動(dòng)相應(yīng)的“屏蔽功能”，從顯示單元30上的 描繪中排除掉用上述方式標(biāo)識(shí)的回聲信號(hào)。圖2示意性地示出了在具有共平面的厚工件中由超聲接收機(jī)10測(cè)量的信號(hào)運(yùn) 行。從第一超聲脈沖P獲得的反射(1.R，第一底面回聲)以及用于限定工件的側(cè)壁表面上 的多重反射(2.R，3.R，4.R……)在每一種情況下都是用連續(xù)的線條描繪的。從第二超聲 脈沖P'獲得的反射(1.R')以及用于限定工件的側(cè)壁表面上的多重反射(2. R'，3.R'， 4. R'……)在每一種情況下都是用虛線描繪的。為了簡(jiǎn)化，入口處回聲被抑制了，并且直 接選擇多重反射的信號(hào)強(qiáng)度。事實(shí)上，隨著反射增加信號(hào)變?nèi)趿?，例如，這是因反射損耗造 成的。如圖2所示，在密集的脈沖序列中，第一脈沖P'的反射可以出現(xiàn)在第二脈沖P"的 第一底面回聲之后。在所示的情況下，第一脈沖P的第四次反射(4.R)按時(shí)間順序排在第 二脈沖P的第一次反射(1.R')之后。由此，提出了這樣一個(gè)問(wèn)題究竟該峰值實(shí)際上是 可歸因于第二脈沖P'并由此可能歸因于工件中的不連續(xù)之處的反射，還是它實(shí)際上是第 一脈沖P的一個(gè)多重反射4. R0這可以通過(guò)本發(fā)明的方法的脈沖重復(fù)頻率f的頻率跳變Af來(lái)澄清；參見(jiàn)圖3、4 通過(guò)減小頻率f，第二脈沖P'在時(shí)間上相對(duì)于第一脈沖P而移動(dòng)，同樣地，相關(guān)聯(lián)的反射 和多重反射1.R'到4. R'也發(fā)生移動(dòng)，然而，因工件幾何尺寸未變而保留了它們的相互距 離。因?yàn)楝F(xiàn)在在圖3所示的情況中峰值4. R保留了其到第一脈沖P的反射和多重反射(1.R 到3.R)的時(shí)滯，所以峰值4.R可以被清晰地識(shí)別為第一脈沖P的又一個(gè)多重反射。推定為不連續(xù)之處的幻影回聲由此作為“簡(jiǎn)單的”(第四)多重反射(4.R)而出現(xiàn)。相反，如果使用如圖3所示的脈沖重復(fù)頻率f的跳變，則出現(xiàn)峰值F的移動(dòng)，這對(duì) 應(yīng)于受頻率跳變影響的第二脈沖P'的移動(dòng)，這種反射必須歸因于第二脈沖P'并且可以 被清晰地識(shí)別為工件的不連續(xù)之處。如上所述，變化量值A(chǔ)f可以被自動(dòng)地調(diào)節(jié)，使得與有用的回聲(即與待測(cè)單元的 真實(shí)結(jié)構(gòu)相關(guān)的回聲)相比，調(diào)節(jié)至評(píng)估單元的顯示器的成像區(qū)域的3到5%的幻影回聲的 移動(dòng)是可分辨的。圖5描繪了用于這種顯示器的示例。此處，Pl描繪了具有脈沖重復(fù)頻率 (PRF) fl = 1000Hz的幻影回聲以及具有PRF f2 = f 1-Δ f的第二幻影回聲。然后，幻影回 聲Pl和P2之間的時(shí)滯被確定如下
權(quán)利要求
1.一種用于非破壞性超聲測(cè)試的方法，其中，超聲發(fā)射機(jī)10將具有脈沖重復(fù)頻率f的 超聲脈沖照射到待測(cè)工件100中，并且，超聲脈沖被反射至工件100中的邊界面，并且，通 過(guò)超聲接收機(jī)10記錄經(jīng)反射的超聲，并且，按照與時(shí)間或位置有關(guān)的分辨率來(lái)顯示這些信 號(hào)，其特征在于，在所述方法中脈沖重復(fù)頻率f改變至少一次。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 脈沖重復(fù)頻率f是突然地和連續(xù)地改變的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，脈沖重復(fù)頻率f落在500Hz到1. 5kHz的范圍中，落在900Hz到1. IkHz的范圍中更佳， 落在990到IkHz的范圍中尤佳。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，脈沖重復(fù)頻率f變化的跳變?chǔ)?f落在0. 25到IOHz的范圍中，落在0. 5Hz到5Hz的范 圍中更佳，最好等于1Hz。
5.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在已定義的時(shí)間間隔之后，重復(fù)地改變脈沖重復(fù)頻率f。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，已定義的時(shí)間間隔是選自100到500ms的范圍中，等于400ms更佳。
7.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 以石英穩(wěn)定化的方式來(lái)產(chǎn)生脈沖重復(fù)頻率f。
8.一種用于非破壞性超聲測(cè)試的設(shè)備(1)，該設(shè)備具有a.超聲發(fā)射器(10)，配備成產(chǎn)生超聲脈沖并將聲音送入到待測(cè)單元(100)；b.超聲接收機(jī)(10)，配備成排除掉被送入到待測(cè)單元(100)中的超聲脈沖的回聲信號(hào)；c.控制單元(20)，配備成激發(fā)超聲發(fā)射機(jī)(10)，以便發(fā)射具有已定義的脈沖重復(fù)頻率 f的一系列超聲脈沖，由此，提供了經(jīng)穩(wěn)定化的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器0 以使脈沖重復(fù)頻率f穩(wěn) 定化，其特征在于，d.進(jìn)一步提供了頻率變化單元(40)，配備成使脈沖重復(fù)頻率f改變一個(gè)預(yù)設(shè)的量值A(chǔ)f。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備(1)，其特征在于，頻率變化單元(40)配備成使脈沖重復(fù)頻率f周期性地改變Af。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備(1)，其特征在于，脈沖重復(fù)頻率f的周期性變化是按頻率F出現(xiàn)的，頻率F等于0. IHz到IKHz之間，在 IHz到IOOHz之間較佳，在IHz到IOHz之間尤佳。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備(1)，其特征在于，提供了檢測(cè)單元(50)，配備成檢測(cè)這種回聲信號(hào)，這種回聲信號(hào)從先前的激發(fā)脈沖起 的時(shí)滯T明顯地隨脈沖重復(fù)頻率f的變化而變化。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備(1)，其特征在于，檢測(cè)單元(50)配備成獲取檢測(cè)到的回聲信號(hào)的時(shí)滯T的明顯變化ΔΤ，并且與脈沖重 復(fù)頻率f的變化量Δ f進(jìn)行比較。
13.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備(1)，其特征在于，檢測(cè)單元(50)配備成標(biāo)記以便進(jìn)一步處理和/或抑制檢測(cè)到的回聲信號(hào)，特別是那些 其時(shí)滯T隨頻率Af而變化的回聲信號(hào)。
14.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備(1)，其特征在于，檢測(cè)單元(50)配備成改變脈沖重復(fù)頻率f，直到不再檢測(cè)到任何回聲信號(hào)，這種回聲 信號(hào)從前面的激發(fā)脈沖起的時(shí)滯T明顯地隨脈沖重復(fù)頻率f的變化而改變。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備(1)，其特征在于，脈沖重復(fù)頻率f是連續(xù)地變化的或者是在很多分立的階段中變化的。
16.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備(1)，其特征在于，提供了顯示單元(30)，其上按照與時(shí)間或位置有關(guān)的分辨率顯示了由超聲接收機(jī) (10)記錄的回聲信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非破壞性超聲測(cè)試方法，其中，超聲發(fā)射機(jī)將具有一脈沖重復(fù)頻率的超聲脈沖照射到待測(cè)工件中，并且超聲脈沖被反射至工件里的邊界面，并且超聲接收機(jī)記錄經(jīng)反射的超聲，并且按照與時(shí)間或位置有關(guān)的分辨率顯示這些信號(hào)。該方法的特征在于，在該方法期間脈沖重復(fù)頻率至少改變一次。
文檔編號(hào)G01S7/52GK102124327SQ200980122405
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者P·倫澤爾 申請(qǐng)人:通用電氣傳感與檢測(cè)科技有限公司