專利名稱：利用超聲波對檢測物體進行無損的材料檢測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的、進行無損的材料檢測的方法。本 發(fā)明還涉及一種按權(quán)利要求16所述的相應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
對于許多實心的及局部實心的產(chǎn)品來說，還對于半成品來說，都需要研究它們內(nèi) 部結(jié)構(gòu)中的材料缺陷。為此需要無損的材料檢測方法，其提供不可看到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。 這對于機械負載很高的零件來說尤其必要。 例如，由鋼材構(gòu)成的零件經(jīng)澆鑄后進行鍛造，隨后通過車削最終成形。在鍛造之后 就已經(jīng)檢測了材料內(nèi)部的缺陷。 通常，這種金屬部件利用超聲波進行檢測。在此檢測在材料界面上反射的聲波。利 用反射聲波的傳播時間，可確定經(jīng)過的行程。通過來自不同方向的聲入射可獲得有關(guān)材料 缺陷的其它信息。由此例如可對材料缺陷進行定位。例如可以這種方式來確定材料缺陷的 幾何取向。從反射聲波的形狀可推斷出材料缺陷的類型。 通過用超聲波探測器來掃描檢測物體的表面，并記下檢測的數(shù)據(jù)，可完全檢測到 超聲波可探測的體積。從檢測的數(shù)據(jù)中可產(chǎn)生用于鑒定的圖像。 有多種可行方案來確定材料缺陷的尺寸。例如在掃描期間，可直接讀出材料缺陷 的范圍。但為此要求，位置分辨率小于材料缺陷的空間尺寸。此位置分辨率由所用的波長 和口徑的大小來限定，因而由聲波的彎曲來限定。 材料缺陷的尺寸也可借助反射信號的振幅來確定。因此也可確定這種材料缺陷的 大小，其小于這種方法的位置分辨率。但反射信號的振幅也與其它參數(shù)有關(guān)，例如與材料缺 陷的定向或在界面上的反射特性有關(guān)。 當材料缺陷的尺寸縮小時，反射信號的振幅也隨之縮小。在此與干擾信號的間距 太小，以致不能從唯一的振幅-傳播時間圖表中確定材料缺陷。符合目的的是，在測量信號 和干擾信號之間需要+6dB的間距。 借助合適的檢測頭來使聲波聚焦，從而優(yōu)化位置分辨率。在此，聚焦越窄，則檢測 頭相對于波長越寬。焦距產(chǎn)生更高的聲壓。 圖4在示意的剖面圖中示出了具有材料缺陷30的檢測物體10。檢測物體10的外 側(cè)面上設(shè)有檢測頭16，此檢測頭16構(gòu)成為聚焦的檢測頭。從檢測頭16中發(fā)射出聚焦的聲 波32、34和36。其中，實線表示當前聲波32的波陣面。虛線表示前導的聲波34和后導的 聲波36的波陣面。聚焦的聲波32、34和36沿著預定的方向在限定的側(cè)面范圍內(nèi)傳播。
檢測頭16在掃描過程中在檢測物體10的表面上沿著掃描方向38移動。但聚焦 只在檢測頭16的近場內(nèi)部出現(xiàn)。檢測頭16垂直于發(fā)射方向的寬度越大，則可檢測的材料 缺陷30的距離就越大。 —種評判材料缺陷的可行方案是，按間隔_強度_尺寸的方法(AVG方法)來評判 振幅。源自此振幅，給材料缺陷分配了一個替代反射體尺寸，其可產(chǎn)生垂直回蕩的圓表面。如果檢測的信號明顯大于干擾信號或噪聲信號，則按AVG的方法來評判振幅是沒問題的。 反射體在此必須位于檢測頭16的聲場的聲軸上。由振幅與到檢測頭16的間距的相關(guān)性， 檢測的振幅相當于一種反射體尺寸，該反射體的幾何形狀及朝聲軸的取向是已知的。相反， 如果檢測的振幅小于噪聲信號或處于類似的數(shù)量級之中，則不能通過振幅-傳播時間圖表 確定材料缺陷。 另一改善位置分辨率的方法是"Synthetische Apertur-Fokus-Technik(合成孔 徑聚焦技術(shù))"(SAFT)，其中使用了一個小型的未聚焦的檢測頭。在此，通過對檢測物體進 行二維的機械掃描，來計算出檢測物體的三維圖像。 圖5在示意剖面圖中示出了具有材料缺陷30的檢測物體10，用來闡述SAFT方法。 檢測物體10的外側(cè)面上設(shè)有檢測頭16。此檢測頭與圖4相比具有相對較小的直徑，并且是 不聚焦的。從檢測頭16中發(fā)射出球窩狀的聲波42、44和46。球窩狀的當前聲波42的波陣 面由實線表示。虛線表示球窩狀的前導的聲波44和球窩狀的后導的聲波46的波陣面。通 過比較圖4和圖5可明顯得出，聚焦聲波的波陣面32、34、36和球窩狀的聲波的波陣面42、 44、46是反向彎曲的。 在SAFT方法中，檢測物體10被計算機分成體積元素。在掃描過程中，每個體積元 素都被看作反射體。檢測頭16的不同位置的反射信號部分(它們屬于相同的體積元素) 被記錄下來，并借助計算機同相地(phasenrichtig)進行累加。由于結(jié)構(gòu)性的干涉，只有那 些具有實際反射的位置以這種方式獲得振幅較大的回波信號。由于破壞性的干涉，對于沒 有實際反射的位置，回波信號就會消失。在結(jié)構(gòu)性干涉時，掃描過程和計算過程模擬超聲波 探測器，此超聲波探測器的大小與被掃描的表面相當，并在一個位置上聚焦。
由此在分辨率的框架內(nèi)，可確定材料缺陷的位置，并當材料缺陷擴張時還可確定 其尺寸。精度大概與在掃描范圍內(nèi)用上述方法所達到的精度相似。在SAFT方法中，位置分 辨率不是由檢測頭16的尺寸限定，而是可以有很高的位置分辨率。 在SAFT方法中，在缺陷可能出現(xiàn)的區(qū)域中的每個像點中，所有考慮到的反射信號 部分都加上時間推移。如果像點是反射波的源頭，則該時間推移具有所述信號部分。時間 推移(其相當于相位位置)從檢測頭16和像點之間的幾何關(guān)系中得出，尤其從檢測頭16 和像點之間的間距得出。如果像點現(xiàn)在實際上是反射波的源頭，則振幅在這個位置上隨著 檢測頭16的從中檢測到材料缺陷的不同位置的數(shù)量而增大。對于其它所有的像點，相位不 是一致的，因此在理想狀態(tài)下總和趨零，至少非常小。 SAFT方法被經(jīng)常應(yīng)用，用來達到較高的位置分辨率。它在原則上是指聚焦方法，其 中分辨率界限是由波長和合成孔徑產(chǎn)生。此合成孔徑由檢測材料缺陷的角度區(qū)域決定。此 孔徑由檢測頭16的運動和聲場的發(fā)散來限定。 檢測物體可例如是指燃氣或蒸氣透平的轉(zhuǎn)子，其尤其用來產(chǎn)生電流。這種轉(zhuǎn)子在 運行時承受高負荷。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與相應(yīng)電網(wǎng)的電網(wǎng)頻率相當。例如在電網(wǎng)頻率為50Hz的 電流網(wǎng)中，需要每分鐘3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。在這么高的轉(zhuǎn)速中，在轉(zhuǎn)子上會出現(xiàn)很大的離心力。 此離心力隨著轉(zhuǎn)子直徑增大。透平設(shè)計得越大，則離心力也越強。 在起動透平時，轉(zhuǎn)子尤其在切線方向上熱負載很大。在這個階段，轉(zhuǎn)子首先是冷 的，然后通過由外向內(nèi)的熱燃燒氣體達到工作溫度。因此，對于透平的使用壽命來說，起動 的數(shù)量起尤其大的作用。轉(zhuǎn)子的中間孔區(qū)域的切向負載是最大的。因此，在孔附近的材料
5缺陷對透平的長壽命具有決定性的影響。尤其對于新式的透平輪盤，需要明顯地提高對軸 向-徑向取向的材料缺陷的探測敏感度。但利用現(xiàn)今的檢測方法，無法足夠精確地確定軸 向-徑向取向的材料缺陷。 由于新式的燃氣或蒸氣透平的功率提高了，所以也轉(zhuǎn)子無材料缺陷這一要求也提 高了。而且轉(zhuǎn)子的尺寸也增大了，這在材料檢測時需要更長的超聲波路徑。由于超聲波的 路徑更長，在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部范圍內(nèi)可檢測的材料缺陷的最小尺寸也增大了。因此在方法中也 具有這樣的要求，即在較大的零件中也能確定材料缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，找到一種更好的方法，用來檢測和/或鑒定檢測物體中的材料 缺陷，即使在很大的檢測物體中也能以足夠的精度來確定材料缺陷。
此目的通過權(quán)利要求的內(nèi)容得以實現(xiàn)。 按本發(fā)明規(guī)定，使用在檢測頭的聲場中與有角度有關(guān)的振幅分布。
本發(fā)明的核心在于修改的SAFT方法，在此方法中考慮在檢測頭的聲場中與有角 度有關(guān)的振幅分布。以這種方式來考慮不同的敏感性(其與角度有關(guān))。單個反射信號的 振幅與檢測頭的聲場中的振幅分布有關(guān)。在此利用了檢測頭的空間的聲壓分布，以確定反 射聲波的振幅。在傳統(tǒng)的SAFT方法中，會丟失有關(guān)振幅的信息。 例如由與角度有關(guān)的振幅分布來確定修正系數(shù)，其與沿著穿過檢測頭的聲場的路 徑的平均敏感度相當。修正系數(shù)通過檢測頭的振幅分布上積分來確定。
聲波的振幅優(yōu)選圍繞著聲軸在預定的角度間隔內(nèi)同相地累加。在此也可以應(yīng)用聲 束發(fā)散性較小(在-6dB時，例如3。至5° )的檢測頭。 此外，相對檢測物體的表面上的表面元素，檢測物體可在不同的聲入射角下加載 超聲波。因此材料缺陷常常具有優(yōu)選的尺寸方向，按本發(fā)明，對檢測物體表面的掃描以及聲 入射角的變化可與檢測物體的幾何形狀及材料缺陷的取向相匹配。 例如，聲入射角位于一種錐形內(nèi)部，該錐形的對稱軸線構(gòu)成各個表面元素的法線。
在特定的實施例中可規(guī)定，沿著預定的線對檢測物體的表面或至少表面區(qū)段進行 掃描。通過不同的聲入射角，可完整地探測到檢測物體的體積，而不必掃描整個表面。
優(yōu)選地，按預定的模式對檢測物體的表面或至少表面區(qū)段進行掃描。此模式可與 檢測物體和/或材料缺陷的幾何形狀相匹配。 聲入射角例如在0。至50°之間，優(yōu)選在0。至30°之間。 此方法尤其用于至少局部旋轉(zhuǎn)對稱的檢測物體。在此，掃描可尤其簡單地與檢測 物體的幾何形狀相匹配。如果此方法用于至少局部呈圓柱形的檢測物體，則這一點尤其適 用。 聲入射方向優(yōu)選相對于圓柱形檢測物體表面具有徑向分量、切向分量和/或軸向 分量。因此也可識別出特別扁平的材料缺陷。 在優(yōu)選的實施例中，此方法用于對金屬的檢測物體進行材料檢測，尤其用于對鍛 造零件進行材料檢測。此方法尤其用于透平輪的材料檢測。 此外，本發(fā)明還涉及一種裝置，用來對至少局部實心的檢測物體進行無損的材料 檢測，此裝置是為上述的方法而設(shè)置的。
此裝置優(yōu)選具有至少一個檢測頭，用來發(fā)送超聲波，和用來探測在檢測物體內(nèi)部 反射的超聲波。 檢測頭尤其是可擺動的，因此聲入射方向相對于檢測物體表面的表面法線是可變 化的。 最后，檢測頭相對于檢測物體表面的表面法線在O。至60°之間擺動，尤其在0。 至30°之間擺動。 本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點和特別的實施例是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。


下面借助優(yōu)選的實施例并參照附圖，在附圖描述中詳細闡述了按本發(fā)明的方法。 其中 圖1在示意性的側(cè)面剖視圖中示出了按本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例的檢測物體 和檢測頭； 圖2在示意性的剖視圖中從上方示出了按本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例的檢測物 體和檢測頭； 圖3在示意性的草圖中示出了按本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例的檢測物體、檢測頭 及材料缺陷的幾何關(guān)系； 圖4在示意性的剖視圖中示出了按現(xiàn)有技術(shù)的檢測物體和聚焦檢測頭；以及
圖5在示意性的剖視圖中示出了按現(xiàn)有技術(shù)的SAFT方法的檢測物體和檢測頭。
具體實施例方式
圖1在示意性的側(cè)面剖視圖中示出了檢測物體10。檢測物體10是構(gòu)成為圓柱形 的。檢測物體10具有與檢測物體10同心的孔12。因此，此孔12和檢測物體10具有相同 的旋轉(zhuǎn)對稱軸線14，其在圖1中與視圖平面垂直。檢測物體10具有外半徑ra和內(nèi)半徑ri。 因此，檢測物體10的內(nèi)半徑&相當于孔12的半徑。在具體的實施例中，檢測物體10是指 用于燃氣或蒸氣透平的透平盤。 檢測頭16位于檢測物體10的外周邊表面上。此檢測頭16具有超聲波發(fā)送器和 超聲波探測器。在檢測物體10中還示出了切向的材料缺陷18和徑向的材料缺陷20。材料 缺陷18和20分別在檢測物體10中構(gòu)成空腔。切向的材料缺陷18相對于圓柱形檢測物體 10基本在切向方向上延伸。而相應(yīng)地，徑向的材料缺陷20相對于檢測物體10基本在徑向 方向上延伸。 通過檢測頭16在檢測物體10的外表面上移動，來實施材料檢測。圖1明顯示出 了，徑向聲波22在切向的材料缺陷18上反射得尤其強烈，因為切向的材料缺陷18基本與 檢測物體10的表面平行。同樣明顯的是，切向的聲波24在徑向的材料缺陷18上反射得尤 其集中。 相反明顯的是，切向的聲波24在切向的材料缺陷18上反射得非常弱。徑向的聲 波22在徑向的材料缺陷20也反射得很少。 在按本發(fā)明的方法中，信號以不同的角度從檢測頭16中發(fā)出。其中，要么檢測頭 16自身、要么其發(fā)聲的元件可這樣擺動，即通過掃描外圓周表面，使檢測物體10的整個體積都是可接近的。由此尤其可輕易地檢測這樣的材料缺陷20，即它與檢測物體10的表面平 行的尺寸相對比較小。這在圓柱形的檢測物體10中例如這樣得以實現(xiàn)，即聲入射方向除了 徑向分量外，還具有切向分量。具有徑向和軸向的聲入射方向也是可能的。最后，聲入射方 向也可以由徑向分量、切向分量和軸向分量組接而成。 在按本發(fā)明的方法中，不強制地要求在整個表面或整個表面區(qū)段上掃描，以對檢 測物體10的整個體積進行檢測。例如可以在表面上的某個路段或某個路徑上掃描，因為通 過擺動檢測頭16就能探測到體積的相關(guān)區(qū)域，而無須對表面進行完整地掃描。
圖2在示意性的剖視圖中從上方示出了按圖1的實施例的檢測物體10和檢測頭 16。圖2示出了孔12、旋轉(zhuǎn)對稱軸線14和徑向聲波22。軸向的材料缺陷26具有至少在軸 向上足夠大的尺寸。圖2明顯示出了，徑向聲波22足夠強烈地被軸向的材料缺陷26反射。 在聲入射角不是太大的情況下，切向的聲波24也足夠強烈地被軸向的材料缺陷26反射。
圖3在示意性的草圖中示出了按本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例的檢測物體10、檢測 頭16及材料缺陷28的幾何關(guān)系。在材料缺陷28和旋轉(zhuǎn)對稱軸線14之間定義了徑向的間 距rs。從檢測頭16 —直到材料缺陷28的聲路徑s由以下給出 S = K 聲路徑s與表面法線ra之間的角度構(gòu)成聲入射角a或聲入射方向。聲路徑s和 材料缺陷28的相應(yīng)的間距矢量rs構(gòu)成直角13 。 通過應(yīng)用聚焦的檢測頭16，來提高材料缺陷28附近的聲壓。由此來改善信噪比。 但這只在近場內(nèi)部有效。近場的長度n由
n = d2/(4 A )給出。 在此，d是指檢測頭16的寬度，A是指聲波的波長。在A = 5mm的典型波長及近 場的期望長度為n = lm時，需要寬度為d = 140mm的檢測頭16。借助SAFT方法，無須這個 寬度也可以達到這個近場長度n。在SAFT方法中，可模擬較寬的檢測頭，因而達到虛擬的聚焦。 反射聲波的振幅一方面與材料缺陷28的空間尺寸有關(guān)，另一方面與材料缺陷28 的界面上的反射特性有關(guān)。 在超聲波測量時，典型地會出現(xiàn)兩種噪聲信號。第一種噪聲信號是指在每個電子 檢測系統(tǒng)(尤其放大器)中出現(xiàn)的噪聲。這可通過平均化來降低。在第一種噪聲信號和反 射聲信號之間沒有相關(guān)性，尤其沒有相位相關(guān)性。因此，把信號累加起來，可以平均化噪聲 信號。如果噪聲信號沒有直流電壓分量，則隨著加數(shù)數(shù)量的增加，這些噪聲信號的和就趨于 零。在實踐中，沒有或只有很小的直流電壓分量。 第二種噪聲信號來自檢測物體本身。在金屬的組織結(jié)構(gòu)上的反射構(gòu)成底噪，其與 反射的聲信號相關(guān)。底噪同樣是指反射的聲信號。它在多晶材料中由在其晶界和在晶軸取 向不同的區(qū)域中的反射形成。晶體是聲音各向異性的，因此波阻在晶界上是變化的。這在 實際上是指所有的金屬材料。由于組織結(jié)構(gòu)的單個反射不是干擾性的，但在檢測物體10擴 張的區(qū)域內(nèi)會以這種方式產(chǎn)生噪聲信號。 在組織上及在材料缺陷上的反射可通過SAFT方法來分開。組織噪聲示出了空間 上的統(tǒng)計。組織上的反射是與相位相關(guān)的。但是，在SAFT算法中求和會導致相對削弱在組織上的反射，因為晶界反射得比材料缺陷更弱。如果由于多個晶界的振幅偶然地同相地相 互疊加形成了振幅和，則它的角度還可以收窄得更厲害。隨著角度間隔的增加，由于材料缺 陷引起的振幅也會比由晶界引起的振幅更強地增大。 對于按本發(fā)明的方法，例如使用直徑為d = 24mm的檢測頭16。在按本發(fā)明的SAFT 算法中，要考慮檢測頭16的聲場。與此相反，在已知的SAFT算法中，忽略了檢測頭16的尺 寸。 尤其通過超聲波脈沖在檢測物體10中的波阻的躍變的空間變化上的反射成份形 成檢測的信號。如果該處沒有由結(jié)構(gòu)引起的材料邊界或材料過渡，則此變化就解釋為材料 缺陷。此檢測的信號只包含有關(guān)振幅或傳播時間的信息。因為在檢測物體10的材料中的 聲速是已知的，因此由傳播時間也可以確定間隔?？梢詰?yīng)用聲場的空間分布和檢測頭16敏 感度的空間分布來在橫向上確定位置。 具有振幅和傳播時間的信號(它們是沿著檢測頭16的路徑探測到的)基于在檢 測物體10中的位置傳播時間正確地進行累加。通過這種位置正確地歸屬在正確的位置中， 信號的振幅和(其來自檢測物體的特定位置)隨著加入的信號而增大了這個信號的振幅。 但此振幅與檢測頭16的位置有關(guān)，因此與材料缺陷28在聲場內(nèi)的相對位置有關(guān)。
材料缺陷的振幅的均值無方向效應(yīng)地與其反射能力成比例地用系數(shù)k加權(quán)。此系 數(shù)k是沿著材料缺陷18的路徑穿過檢測頭16的聲場的平均敏感度的數(shù)值。以這種方式可 有效地評價探測到的振幅。 在按本發(fā)明的方法中，不是單個探測到的振幅、而是計算出來的空間振幅分布作
為時間函數(shù)來評價。這可再次通過SAFT方法來重建。與直接探測到的振幅相比，計算出來
的空間振幅分布具有更高的信噪比。以這種方式可以更簡單地鑒定材料缺陷。 按本發(fā)明的方法，可在振幅較小的情況下通過相對地降低噪聲，來擴大根據(jù)AVG
方法的反射體評價的應(yīng)用，例如在使用寬檢測頭16時的一樣。這是基于這樣的假設(shè)，即較
小的振幅是由于反射體的尺寸較小。因此，反射體具有較小的方向效應(yīng)(其歸因于彎曲)
只對探測到的振幅具有可忽略的影響。 按本發(fā)明的方法尤其可檢查較大的檢測物體IO，其具有相應(yīng)大的聲路徑。較大的 聲路徑產(chǎn)生較小的振幅。 按本發(fā)明的方法可應(yīng)用在已知的傳統(tǒng)的檢測技術(shù)上，其中對檢測物體進行機械地
掃描，檢測物體io的位置或運動對每次探測到的振幅-傳播時間圖表是已知。 首先通過聲場來掃描反射體，從而對振幅進行評價。振幅在聲場中的角度相關(guān)性 是已知的。m個振幅繞著聲軸在確定的角度間隔A Y內(nèi)累加。由于可得出振幅和H，和基 準反射體的尺寸之間的明確關(guān)系，該基準反射體可產(chǎn)生相同的振幅和HSUffl。
振幅和H，由以下得出
HSuffl=E Hi"i)， 其中探測到的數(shù)量m個振幅相加。在此，&是指單次測量時探測到的振幅，Y i是 朝聲軸的角度間隔。在測量點的間隔固定的情況下，單次測量時的角度間隔是大致等距離 的。隨著單次測量次數(shù)m的增加，修正系數(shù)k就接近閥值，該閥值與角度間隔A Y下的平 均敏感度相當。如果材料缺陷18的確切位置位于聲軸上，則從檢測頭16的位置中得出與 AVG方法相關(guān)的在材料缺陷18和檢測頭16之間的間隔。
9
按AVG方法，在振幅和Hsum和振幅HATC之間存在著以下關(guān)系
HAve = HSm/(m*k)， 其中m指單次測量的次數(shù)，k指修正系數(shù)。修正系數(shù)k由以下得出
k = (1/m) E H。(Yi)， 其中探測到的振幅以數(shù)量m累加。在此，H。(Y》是指在檢測頭16的聲場中的與 角度有關(guān)的振幅分布，其標準化為H。(Y =0) = 1。 隨著材料缺陷(即反射體)的尺寸的增大，其方向效應(yīng)也會增大。在材料缺陷較 大且在平均的傾斜位置的情況下，這可能會導致低估在角度間隔A Y下的振幅，因此應(yīng)該 加以考慮。此方法尤其適用于較小的材料缺陷，它的方向效應(yīng)相對不那么重要。
圖4在示意性的剖視圖中示出了按現(xiàn)有技術(shù)的檢測物體10和聚焦檢測頭16。檢 測物體10具有材料缺陷30。檢測頭16位于檢測物體10的外側(cè)面上，此檢測頭構(gòu)成為聚焦 的檢測頭。從檢測頭16中發(fā)射出聚焦的聲波32、34和36。 其中，實線表示當前聲波32的波陣面。虛線表示先前導的聲波34和后導的聲波 36的波陣面。聚焦的聲波32、34和36沿著預定的方向在限定的側(cè)面范圍內(nèi)傳播。因此，聚 焦的聲波18和20非球形地在整個半腔中傳播。 檢測頭16在掃描過程中在檢測物體10的表面上沿著掃描方向38移動。但聚焦 只在檢測頭16的近場內(nèi)部出現(xiàn)。檢測頭16垂直于發(fā)射方向的寬度越大，則近場的長度就 越大，因而聚焦的聲波的入射深度就越大。 圖5在示意性的剖視圖中示出了按現(xiàn)有技術(shù)的SAFT方法的檢測物體10和檢測頭 16。示出了具有材料缺陷30的檢測物體10。檢測物體10的外側(cè)面上設(shè)有檢測頭16。此 檢測頭與圖4相比具有相對較小的直徑，并且是不聚焦的。 從檢測頭16中發(fā)射出球窩狀的聲波42、44和46。球窩狀的當前的聲波42的波陣 面由實線表示。虛線表示球窩狀的先導的聲波44和球窩狀的后導的聲波46的波陣面。通 過比較圖4和圖5可明顯得出，波陣面32、34、36和波陣面42、44、46是反向彎曲的。
在SAFT方法中，檢測物體10被計算機分成體積元素。在掃描過程中，每個體積元 素都連續(xù)地被看作反射體。檢測頭16的不同位置的反射信號部分(它們屬于相同的體積 元素)被記錄下來，并借助計算機同相地進行累加。由于結(jié)構(gòu)性的干涉，只能對那些具有實 際反射的位置以這種方式獲得振幅較大的回波信號。 由于破壞性的干涉，對于沒有實際反射的位置，回波信號就會消失。在結(jié)構(gòu)性干涉 時，掃描過程和計算過程模擬超聲波探測器，此超聲波探測器的大小與被掃描的表面相當。 在已知的SAFT方法中，聲入射角總是O。，檢測物體10的整個表面都被掃描。
與此相反，聲入射角a按本發(fā)明是可變化的。 按本發(fā)明的方法并不局限于圓柱形的檢測物體10(如輪盤或軸)，聲入射方向可 由合適的基本矢量組成，其與檢測物體10的幾何形狀相匹配。 此外，在選擇合適的檢測頭16的擺動軸線時，不需掃描整個表面，而是只需沿著 預定的路程或預定的路徑進行掃描。因此，按本發(fā)明的方法提供了更多的可能性，來充分地 探測檢測物體10的整個體積。 按本發(fā)明的方法可明顯更好地識別較小的材料缺陷以及那些深埋于檢測物體IO 內(nèi)部的材料缺陷。
權(quán)利要求
一種用來對至少局部實心的檢測物體(10)進行無損的材料檢測的方法，檢測物體(10)用超聲波(20、24)來加載，并探測在檢測物體(10)的內(nèi)部反射的超聲波，其中此方法具有以下步驟a)計算機輔助地把檢測物體(10)分成預定數(shù)量的體積元素；b)在對檢測物體(10)的表面或至少一個表面區(qū)段進行掃描期間，在多個表面元素上用超聲波對檢測物體(10)進行加載；c)在對檢測物體(10)的表面或至少表面區(qū)段上的多個表面元素進行掃描期間，探測在體積元素上反射的聲波；d)同相地累加在相同體積元素上反射的并在檢測物體(10)的表面的不同表面元素上探測到的聲波，其特征在于，在檢測頭(16)的聲場中使用與角度有關(guān)的振幅分布(H0)。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，由所述與角度有關(guān)的振幅分布來確定 修正系數(shù)(k)，該修正系數(shù)與沿著穿過檢測頭(16)的聲場的路徑的平均敏感度相當。
3. 按權(quán)利要求l或2所述的方法，其特征在于，在步驟d)中聲波的振幅圍繞著聲軸在 預定的角度間隔(A A)內(nèi)同相地累加。
4. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，以相對檢測物體(10)的表面上 的表面元素不同的聲入射角(a)給檢測物體(10)加載超聲波。
5. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述聲入射角(a)位于一種錐 形內(nèi)部，該錐形的對稱軸線構(gòu)成各個表面元素的法線。
6. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，沿著預定的線對檢測物體(10) 的表面或至少表面區(qū)段進行掃描。
7. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，按預定的模式對檢測物體(10) 的表面或至少表面區(qū)段進行掃描。
8. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，完整地對檢測物體(10)的表面 或至少表面區(qū)段進行掃描。
9. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述聲入射角(a)在0°至 50°之間，優(yōu)選在0。至30°之間。
10. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，此方法用于至少局部旋轉(zhuǎn)對稱 的檢測物體(10)。
11. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，此方法用于至少局部呈圓柱形的檢測物體(10)。
12. 按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，聲入射方向具有相對于圓柱形檢測物體 (10)的表面的徑向分量、切向分量和/或軸向分量。
13. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，此方法用于對金屬的檢測物質(zhì) (10)進行材料檢測。
14. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，此方法用于對鍛造零件(10) 進行材料檢測。
15. 按上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，此方法用于對透平輪進行材料 檢測。
16. —種用來對至少局部實心的檢測物體(10)進行無損的材料檢測的裝置，其特征在 于，此裝置是為按權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法而設(shè)置的。
17. 按權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，此裝置具有至少一個檢測頭(16)，用來發(fā) 送超聲波(20、24)以及用來探測在檢測物體(10)內(nèi)部反射的超聲波。
18. 按權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，檢測頭(16)是可擺動的，因此聲入射方向 相對檢測物體(10)的表面的表面法線是可變化的。
19. 按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述檢測頭(16)相對于檢測物體(10)的 表面的表面法線在0。至60°之間擺動，尤其在0。至30°之間擺動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，用來對至少局部實心的檢測物體(10)進行無損的材料檢測，檢測物體(10)用超聲波(20、24)來加載，并探測在檢測物體(10)的內(nèi)部反射的超聲波。本方法具有以下步驟計算機輔助地把檢測物體(10)分成預定數(shù)量的體積元素；在對檢測物體(10)的表面或至少一個表面區(qū)段進行掃描期間，在多個表面元素上用超聲波對檢測物體(10)進行加載；對檢測物體(10)的表面或至少表面區(qū)段上的多個表面元素進行掃描期間，探測在體積元素上反射的聲波；同相地累加在相同體積元素上反射的并在檢測物體(10)的表面的不同表面元素上探測到的聲波。按本發(fā)明規(guī)定，在檢測頭(16)的聲場中使用與角度有關(guān)的振幅分布(H0)。
文檔編號G01N29/44GK101711358SQ200880015964
公開日2010年5月19日 申請日期2008年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者M·戈爾達默, R·貝姆, W·海因里克 申請人:西門子公司