專利名稱：超聲檢驗裝置的自動校準(zhǔn)錯誤檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無損測試和檢驗裝置(NDT/NDI)，尤其涉及諸如厚度計裝置等的超聲檢驗系統(tǒng)用的自動檢測校準(zhǔn)數(shù)據(jù)錯誤的方法。
背景技術(shù)：
超聲設(shè)備校準(zhǔn)過程分成傳感器零點補償(Transducer Zero Compensation)、 材料聲速校準(zhǔn)(Material Velocity Calibration)和零點偏移校準(zhǔn)(Zero Offset Calibration)這三類。目前，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的“兩點校準(zhǔn)(Two Point Calibration) ”利用了 “零點偏移校準(zhǔn)”和“材料聲速校準(zhǔn)”的組合。厚度測量設(shè)備用的“兩點校準(zhǔn)”通常包括調(diào)整超聲檢驗裝置(UT裝置)的處理，以使得該超聲檢驗裝置在特定溫度下使用特定傳感器對特定材料的已知厚度的測試對象進行測量。在大多情況下，可以使用同種材料的厚校準(zhǔn)塊和薄校準(zhǔn)塊來組合材料聲速校準(zhǔn)和零點偏移校準(zhǔn)，這被稱為“兩點校準(zhǔn)”。通常通過測量從測試材料的正面?zhèn)鞑サ奖趁娴某曅盘柕娘w行時間(time of flight)，使用由要測量的同種材料制成的已知厚度的厚測試塊來進行材料聲速校準(zhǔn)。需要對各批測試對象完成該校準(zhǔn)。通常通過測量從測試材料的正面?zhèn)鞑サ奖趁娴某曅盘柕娘w行時間，使用由要測量的同種材料制成的已知厚度的薄測試塊來進行零點偏移校準(zhǔn)。對各新的傳感器和材料的組合僅需要進行一次該校準(zhǔn)。現(xiàn)有傳統(tǒng)的給定傳感器用的兩點校準(zhǔn)處理通常包括以下步驟1)選擇包括厚度不同但已知的幾個子塊的校準(zhǔn)塊。選擇兩個子塊，其中，較薄的子塊被稱為“薄塊”并且較厚的子塊被稱為“厚塊”。薄塊和厚塊這兩者的厚度均是已知的。從 UT裝置的存儲器再調(diào)用要校準(zhǔn)而選擇的傳感器的相關(guān)參數(shù)，或者由操作員設(shè)置要校準(zhǔn)而選擇的傳感器的相關(guān)參數(shù)。2)通過使用UT裝置和所選擇的傳感器來確定Tl、即測量出的厚塊的飛行時間 (TOF)。Tl是超聲信號先從厚塊的正面?zhèn)鞑サ奖趁嫒缓笤賯鞑セ卣嫠鶞y量出的T0F。3)向UT裝置提供HI、即厚塊的已知厚度。4)通過使用UT裝置和所選擇的傳感器來確定T2、即測量出的薄塊的飛行時間 (TOF)。T2是超聲信號先從薄塊的正面?zhèn)鞑サ奖趁嫒缓笤賯鞑セ卣嫠鶞y量出的T0F。5)向UT裝置提供H2、即薄塊的已知厚度。6)最后，UT裝置進行兩點校準(zhǔn)計算并存儲結(jié)果。然而，由于諸如不正確的增益或信號噪聲等的因素，因而針對薄塊，UT裝置經(jīng)常獲取到錯誤的T2。因此，當(dāng)操作員誤接受了錯誤的T2時，校準(zhǔn)將是錯誤的。對于可能無意地進行了錯誤校準(zhǔn)、從而導(dǎo)致錯誤檢驗的缺乏經(jīng)驗的操作員而言，這更成為問題。對于經(jīng)驗豐富的操作員而言，由于操作員需要手動停止并確認校準(zhǔn)，因此錯誤的讀數(shù)使校準(zhǔn)處理減慢， 從而降低了生產(chǎn)率。此外，如果在UT裝置上不存在用以在校準(zhǔn)期間觀看信號的波形顯示，則操作員無法判斷T2是否正確。眾所周知，無損測試(NDT)的精度對于許多行業(yè)而言至關(guān)重要。在屬于Jerry Berg的、采用硬件電路來使由于因錯誤的信號檢測所引起的錯誤校準(zhǔn)而造成的問題最少的美國專利3，554，013中例示出現(xiàn)有的成果。然而，比較而言，該硬件方案在成本方面不太劃算且不太適用，并且遭受由于熱漂移弓I起的不穩(wěn)定性。因而，考慮到現(xiàn)有問題和已做出的成果，迫切需要自動去除特別是針對“薄塊”或 “零點偏移校準(zhǔn)”的錯誤校準(zhǔn)信號，以提高檢驗確定性、精度并增加生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
這里，本發(fā)明解決了與NDT/NDI裝置中使用的超聲檢驗裝置的校準(zhǔn)有關(guān)的問題， 其中，現(xiàn)有的“兩點校準(zhǔn)”過程通常會遇到前述的特別是針對薄塊的錯誤TOF讀數(shù)。注意，可以可互換地使用這里所使用的術(shù)語“探測器”、“傳感器”和“感測器”。這里，測量出的飛行時間被稱為T0F，該TOF是測量出的超聲信號先從薄塊或厚塊的正面?zhèn)鞑サ奖趁嫒缓笤賯鞑セ卣娴娘w行時間。這里，超聲深度測量設(shè)備被稱為UT裝置。因此，本發(fā)明的總體目的是提供可以用來在“兩點校準(zhǔn)”處理期間自動判斷在檢測校準(zhǔn)信號時是否存在錯誤的方法和相關(guān)軟件程序。本發(fā)明的另一目的是利用根據(jù)本發(fā)明的自動錯誤信號檢測來執(zhí)行兩點校準(zhǔn)。該處理包括獲取分別具有已知厚度Hl和H2的厚塊和薄塊的TOF讀數(shù)Tl和T2，其中，在校準(zhǔn)UT 裝置之前對薄塊的TOF讀數(shù)T2進行錯誤確認。本發(fā)明的另一目的是在兩點校準(zhǔn)處理期間針對薄塊的TOF讀數(shù)定義時間接受窗□。本發(fā)明的另一目的是確認薄塊的TOF讀數(shù)(T2)是否落入預(yù)定時間接受窗口的范圍內(nèi)。如果薄塊的TOF讀數(shù)(T2)落在該預(yù)定時間接受窗口外，則向操作員警告錯誤，并重復(fù)測量該薄塊的T0F。還應(yīng)當(dāng)理解，本文所公開的自動校準(zhǔn)錯誤檢測用的方法具有提高校準(zhǔn)可信度和精度、由此提高測量/檢驗可信度和精度的優(yōu)點，并且避免了錯誤的讀數(shù)。還應(yīng)當(dāng)理解，本文所公開的自動校準(zhǔn)錯誤檢測用的方法具有如下優(yōu)點特別是在 UT裝置不具有用以確認(T2)的波形顯示的情況下，通過除去猜測讀數(shù)是否有效所浪費的時間，提高了校準(zhǔn)生產(chǎn)率。


圖Ia和Ib分別示出從厚塊和薄塊的后壁邊界反射來的超聲波形。圖Ia和Ib共同用來說明根據(jù)本發(fā)明的自動校準(zhǔn)錯誤檢測所使用的原理。圖2是利用根據(jù)本發(fā)明的自動校準(zhǔn)錯誤檢測的兩點校準(zhǔn)的過程的流程圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的識別預(yù)定窗口外的錯誤讀數(shù)的詳細過程的流程圖。
具體實施例方式如在背景技術(shù)中所述，在一般的兩點校準(zhǔn)過程期間，使針對校準(zhǔn)所選擇的傳感器先與已知厚度的厚塊(厚度為Hl)接合再與已知厚度的薄塊(厚度為H2)接合。觸發(fā)該傳感器，并且利用UT裝置捕獲超聲回波信號。在圖Ia和Ib中繪制了一般的波形。參考圖Ia和lb，分別示出從厚塊和薄塊反射來的超聲波形。對于圖Ia和Ib這兩者，X軸示出超聲信號傳播到測試對象即厚塊和薄塊的后壁邊界并被該后壁邊界反射所需的時間。Y軸是UT裝置檢測到的超聲回波信號振幅。在圖Ia中，A表示超聲信號的激勵脈沖。B表示UT裝置檢測到的來自厚塊的底部邊界的第一回波信號。Tl是測量出的第一回波信號的T0F。圖Ib示出當(dāng)對薄塊進行校準(zhǔn)過程時檢測到的回波信號的波形。H是超聲信號的激勵脈沖。I是UT裝置檢測到的從薄塊的背面反射來的第一回波信號。隨后，J是第二回波信號，并且K是第三回波信號。T2是測量出的第一回波信號I的飛行時間。如從圖Ia可以看出，容易區(qū)分出從厚塊的背面反射來的第一回波信號，并且沒有檢測到與從背面反射來的回波混淆的其它主要回波。然而，對于薄塊的情況，如圖Ib所示，除了從薄塊的背面反射來的第一回波信號I 以外，存在可能容易與回波I混淆的其它回波(J和K)。在現(xiàn)有的實踐中，經(jīng)常發(fā)生UT裝置將回波J或K的TOF誤讀為回波I的T0F。根據(jù)本發(fā)明的一個新的方面，設(shè)置了預(yù)定時間接受窗口，其中，預(yù)期第一回波的 TOF的正確讀數(shù)落入該預(yù)定時間接受窗口內(nèi)。如圖Ib所示，基于使用Tl、Hl和H2這三個已知值計算出的薄塊厚度T來給出這里被稱為W的時間接受窗口。后面在與圖3相關(guān)的說明中給出了這種計算的詳細內(nèi)容。圖Ib還示出dT是預(yù)定容許窗口大小。W是時間接受窗口。如果回波TOF讀數(shù)落在W外，則UT裝置自動放棄該讀數(shù)，并且警告操作員以重復(fù)測量針對薄塊的T0F?，F(xiàn)在參考圖2，圖2是示出利用根據(jù)本發(fā)明的自動校準(zhǔn)錯誤檢測的兩點校準(zhǔn)的過程的流程圖。在步驟201中，校準(zhǔn)過程開始。在步驟202中，使針對校準(zhǔn)所選擇的傳感器接合到校準(zhǔn)用的厚塊。在步驟203中，利用UT裝置測量該厚塊的TOF即Tl。然后，在步驟204中， 將該厚塊的實際已知厚度Hl提供給UT裝置。在圖Ia中示出了獲取到的超聲波形和Tl。繼續(xù)參考圖2，在步驟205中，使傳感器與校準(zhǔn)用的薄塊接合。在步驟206中，利用 UT裝置測量該薄塊的TOF即T2。然后，在步驟207中，提供該薄塊的實際已知厚度H2。在圖Ib中示出了超聲波形和T2。應(yīng)當(dāng)注意，一起作為步驟200的步驟201 207構(gòu)成了如何執(zhí)行現(xiàn)有傳統(tǒng)的兩點校準(zhǔn)的過程。繼續(xù)參考圖2，在獲得了薄塊的TOF讀數(shù)之后，這里，本發(fā)明的方面包括UT裝置的檢查步驟300，該檢查步驟300用于自動確認T2是否落入如圖Ib所示的預(yù)定有效范圍W 內(nèi)。如果T2落入W內(nèi)，則在步驟208中，UT裝置應(yīng)用校準(zhǔn)結(jié)果。如果T2落在范圍W外，則 UT裝置向操作員發(fā)出警告，從而警告操作員需要調(diào)整UT裝置的增益或確認其它因素，并且通過返回至步驟206重新進行針對薄塊的T2測量。在后面的圖3中進一步詳細說明檢查步驟300?，F(xiàn)在參考圖3并且還返回參考圖Ib來說明自動T2信號錯誤檢測的詳細處理。在該自動T2錯誤檢測處理期間，確定如圖Ib所定義的接受窗口 W，并使用該接受窗口 W來判斷薄塊的TOF即T2的有效性。在步驟301中，信號錯誤檢測過程開始。在步驟302中，使用Hl和Tl，根據(jù)V = 2 · H1/T1來計算校準(zhǔn)材料聲速V。在圖2的步驟202和203中獲得了 Hl和Tl。在步驟303中，使用H2和V，根據(jù)公式T = H2/V來計算薄塊的TOF值T。然后，在步驟304中，使用預(yù)先確定的dT，根據(jù)W = [T-dT，T+dT]來設(shè)置測量出的TOF的檢測窗口 W0優(yōu)選地，在值T的30% 80%的范圍內(nèi)給出dT的值。在步驟305中，并且如圖Ib所示，使用接受窗口 W來確認測量出的薄塊的TOF即 T2。如果T2在該窗口 W內(nèi)，則在步驟307中，錯誤檢測過程300結(jié)束。此時，提供了有效的T2，并且在步驟208中，使用該T2來進行針對材料聲速和零點偏移的校準(zhǔn)過程。如果T2沒有落在該接受窗口 W內(nèi)，則在步驟306中生成警告消息，從而提示操作員如圖2所示重復(fù)測量針對T2的校準(zhǔn)讀數(shù)。盡管已經(jīng)針對本發(fā)明的特定典型實施例說明了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，許多其它的變形例和修改例以及其它用途將顯而易見。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明并不受限于該特定公開。例如，本發(fā)明的范圍可以適用于廣泛的諸如但不限于聲學(xué)單個元件、多個元件和陣列探測器等的探測器。相關(guān)申請的交叉引用本申請根據(jù)35U. S. C. § 119 (e)而要求2010年3月25日提交的序列號為 61/317, 446 的美國臨時專禾丨J 申請“Automatic Calibration Error Detection for Ultrasonic Inspection Devices”(代理人案號為PP/4779-109)的優(yōu)先權(quán)。在此通過引用包含該在先申請的全部內(nèi)容來用于所有目的。
權(quán)利要求
1.一種超聲測試裝置的校準(zhǔn)方法，所述校準(zhǔn)方法包括以下步驟提供由要測試的材料類型制成的第一測試塊和由所述要測試的材料類型制成的第二測試塊，其中，所述第一測試塊具有第一厚度，所述第二測試塊具有小于所述第一厚度的第二厚度；利用要校準(zhǔn)的所述超聲測試裝置來測量施加至所述第一測試塊的超聲激勵信號的第一T0F，其中，TOF表示飛行時間；基于所述第一 T0F、所述第一厚度和所述第二厚度來計算施加至所述第二測試塊的超聲激勵信號的預(yù)測第二 TOF ；利用要校準(zhǔn)的所述超聲測試裝置來測量施加至所述第二測試塊的超聲激勵信號的第二TOF ；以及如果所述第二 TOF相對于所述預(yù)測第二 TOF偏離了預(yù)定容許窗口大小以上，則丟棄測量出的所述第二 T0F。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述預(yù)定容許窗口大小包括所述預(yù)測第二 TOF的約士 30% 士80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括以下步驟計算校準(zhǔn)材料聲速為所述第一厚度與測量出的所述第一 TOF相除的兩倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，計算所述預(yù)測第二TOF為所述第二厚度除以所述校準(zhǔn)材料聲速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述預(yù)測第二TOF與測量出的所述第一 TOF成比例，并且與所述第二厚度相對于所述第一厚度的比成比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括以下步驟響應(yīng)于對測量出的所述第二 TOF的丟棄，生成警告消息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括以下步驟響應(yīng)于對測量出的所述第二 TOF的丟棄，重復(fù)測量所述第二 T0F。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括以下步驟響應(yīng)于由于測量出的所述第二 TOF處于所述預(yù)定容許窗口大小內(nèi)而對測量出的所述第二 TOF的接受，將基于測量出的所述第一 TOF的值和所述第二 TOF的值的校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)用于要校準(zhǔn)的所述超聲測試直ο
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲檢驗裝置的自動校準(zhǔn)錯誤檢測，具體涉及通過設(shè)置預(yù)定時間接受窗口來自動檢測錯誤的TOF讀數(shù)的方法和NDT/NDI校準(zhǔn)處理。在該校準(zhǔn)處理期間，確認UT裝置獲取到的TOF讀數(shù)，以判斷薄測試塊的TOF讀數(shù)是否落入預(yù)定時間接受窗口的范圍內(nèi)。如果薄塊的TOF讀數(shù)(T2)落在預(yù)定時間接受窗口外，則向操作員警告錯誤并且重復(fù)針對該薄塊的TOF測試。
文檔編號G01N29/30GK102221580SQ20111008099
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者P·S·德安杰羅, S·A·拉布雷克 申請人:奧林巴斯Ndt公司