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    重庆时时彩打一天组三: 利用超声波对检测物体进行无损的材料检测的方法和装置.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN200880015964.6

    申请日:

    2008.04.04

    公开号:

    CN101711358A

    公开日:

    2010.05.19

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 29/11申请日:20080404|||公开
    IPC分类号: G01N29/11; G01N29/06; G01N29/44 主分类号: G01N29/11
    申请人: 西门子公司
    发明人: R·贝姆; M·戈尔达默; W·海因里克
    地址: 德国慕尼黑
    优先权: 2007.05.15 DE 102007022981.1
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 宣力伟;梁冰
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200880015964.6

    授权公告号:

    101711358B||||||

    法律状态公告日:

    2013.07.24|||2010.07.07|||2010.05.19

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种方法,用来对至少局部实心的检测物体(10)进行无损的材料检测,检测物体(10)用超声波(20、24)来加载,并探测在检测物体(10)的内部反射的超声波。本方法具有以下步骤:计算机辅助地把检测物体(10)分成预定数量的体积元素;在对检测物体(10)的表面或至少一个表面区段进行扫描期间,在多个表面元素上用超声波对检测物体(10)进行加载;对检测物体(10)的表面或至少表面区段上的多个表面元素进行扫描期间,探测在体积元素上反射的声波;同相地累加在相同体积元素上反射的并在检测物体(10)的表面的不同表面元素上探测到的声波。按本发明规定,在检测头(16)的声场中使用与角度有关的振幅分布(H0)。

    权利要求书

    1: 一种用来对至少局部实心的检测物体(10)进行无损的材料检测的方法,检测物体(10)用超声波(20、24)来加载,并探测在检测物体(10)的内部反射的超声波,其中此方法具有以下步骤: a)计算机辅助地把检测物体(10)分成预定数量的体积元素; b)在对检测物体(10)的表面或至少一个表面区段进行扫描期间,在多个表面元素上用超声波对检测物体(10)进行加载; c)在对检测物体(10)的表面或至少表面区段上的多个表面元素进行扫描期间,探测在体积元素上反射的声波; d)同相地累加在相同体积元素上反射的并在检测物体(10)的表面的不同表面元素上探测到的声波, 其特征在于,在检测头(16)的声场中使用与角度有关的振幅分布(H 0 )。
    2: 按权利要求1所述的方法,其特征在于,由所述与角度有关的振幅分布(H 0 )来确定修正系数(k),该修正系数与沿着穿过检测头(16)的声场的路径的平均敏感度相当。
    3: 按权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在步骤d)中声波的振幅围绕着声轴在预定的角度间隔(Δλ)内同相地累加。
    4: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,以相对检测物体(10)的表面上的表面元素不同的声入射角(α)给检测物体(10)加载超声波。
    5: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述声入射角(α)位于一种锥形内部,该锥形的对称轴线构成各个表面元素的法线。
    6: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,沿着预定的线对检测物体(10)的表面或至少表面区段进行扫描。
    7: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,按预定的模式对检测物体(10)的表面或至少表面区段进行扫描。
    8: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,完整地对检测物体(10)的表面或至少表面区段进行扫描。
    9: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述声入射角(α)在0°至50°之间,优选在0°至30°之间。
    10: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,此方法用于至少局部旋转对称的检测物体(10)。
    11: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,此方法用于至少局部呈圆柱形的检测物体(10)。
    12: 按权利要求11所述的方法,其特征在于,声入射方向具有相对于圆柱形检测物体(10)的表面的径向分量、切向分量和/或轴向分量。
    13: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,此方法用于对金属的检测物质(10)进行材料检测。
    14: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,此方法用于对锻造零件(10)进行材料检测。
    15: 按上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,此方法用于对透平轮进行材料检测。
    16: 一种用来对至少局部实心的检测物体(10)进行无损的材料检测的装置,其特征在于,此装置是为按权利要求1至15中任一项所述的方法而设置的。
    17: 按权利要求16所述的装置,其特征在于,此装置具有至少一个检测头(16),用来发送超声波(20、24)以及用来探测在检测物体(10)内部反射的超声波。
    18: 按权利要求17所述的装置,其特征在于,检测头(16)是可摆动的,因此声入射方向相对检测物体(10)的表面的表面法线是可变化的。
    19: 按权利要求18所述的装置,其特征在于,所述检测头(16)相对于检测物体(10)的表面的表面法线在0°至60°之间摆动,尤其在0°至30°之间摆动。

    说明书


    利用超声波对检测物体进行无损的材料检测的方法和装置

        【技术领域】

        本发明涉及一种进行无损的材料检测的方法。本发明还涉及一种相应的相应装置。

        背景技术

        对于许多实心的及局部实心的产品来说,还对于半成品来说,都需要研究它们内部结构中的材料缺陷。为此需要无损的材料检测方法,其提供不可看到的内部结构的信息。这对于机械负载很高的零件来说尤其必要。

        例如,由钢材构成的零件经浇铸后进行锻造,随后通过车削最终成形。在锻造之后就已经检测了材料内部的缺陷。

        通常,这种金属部件利用超声波进行检测。在此检测在材料界面上反射的声波。利用反射声波的传播时间,可确定经过的行程。通过来自不同方向的声入射可获得有关材料缺陷的其它信息。由此例如可对材料缺陷进行定位。例如可以这种方式来确定材料缺陷的几何取向。从反射声波的形状可推断出材料缺陷的类型。

        通过用超声波探测器来扫描检测物体的表面,并记下检测的数据,可完全检测到超声波可探测的体积。从检测的数据中可产生用于鉴定的图像。

        有多种可行方案来确定材料缺陷的尺寸。例如在扫描期间,可直接读出材料缺陷的范围。但为此要求,位置分辨率小于材料缺陷的空间尺寸。此位置分辨率由所用的波长和口径的大小来限定,因而由声波的弯曲来限定。

        材料缺陷的尺寸也可借助反射信号的振幅来确定。因此也可确定这种材料缺陷的大小,其小于这种方法的位置分辨率。但反射信号的振幅也与其它参数有关,例如与材料缺陷的定向或在界面上的反射特性有关。

        当材料缺陷的尺寸缩小时,反射信号的振幅也随之缩小。在此与干扰信号的间距太小,以致不能从唯一的振幅?传播时间图表中确定材料缺陷。符合目的的是,在测量信号和干扰信号之间需要+6dB的间距。

        借助合适的检测头来使声波聚焦,从而优化位置分辨率。在此,聚焦越窄,则检测头相对于波长越宽。焦距产生更高的声压。

        图4在示意的剖面图中示出了具有材料缺陷30的检测物体10。检测物体10的外侧面上设有检测头16,此检测头16构成为聚焦的检测头。从检测头16中发射出聚焦的声波32、34和36。其中,实线表示当前声波32的波阵面。虚线表示前导的声波34和后导的声波36的波阵面。聚焦的声波32、34和36沿着预定的方向在限定的侧面范围内传播。

        检测头16在扫描过程中在检测物体10的表面上沿着扫描方向38移动。但聚焦只在检测头16的近场内部出现。检测头16垂直于发射方向的宽度越大,则可检测的材料缺陷30的距离就越大。

        一种评判材料缺陷的可行方案是,按间隔?强度?尺寸的方法(AVG方法)来评判振幅。源自此振幅,给材料缺陷分配了一个替代反射体尺寸,其可产生垂直回荡的圆表面。如果检测的信号明显大于干扰信号或噪声信号,则按AVG的方法来评判振幅是没问题的。反射体在此必须位于检测头16的声场的声轴上。由振幅与到检测头16的间距的相关性,检测的振幅相当于一种反射体尺寸,该反射体的几何形状及朝声轴的取向是已知的。相反,如果检测的振幅小于噪声信号或处于类似的数量级之中,则不能通过振幅?传播时间图表确定材料缺陷。

        另一改善位置分辨率的方法是“Synthetische?Apertur?Fokus?Technik(合成孔径聚焦技术)”(SAFT),其中使用了一个小型的未聚焦的检测头。在此,通过对检测物体进行二维的机械扫描,来计算出检测物体的三维图像。

        图5在示意剖面图中示出了具有材料缺陷30的检测物体10,用来阐述SAFT方法。检测物体10的外侧面上设有检测头16。此检测头与图4相比具有相对较小的直径,并且是不聚焦的。从检测头16中发射出球窝状的声波42、44和46。球窝状的当前声波42的波阵面由实线表示。虚线表示球窝状的前导的声波44和球窝状的后导的声波46的波阵面。通过比较图4和图5可明显得出,聚焦声波的波阵面32、34、36和球窝状的声波的波阵面42、44、46是反向弯曲的。

        在SAFT方法中,检测物体10被计算机分成体积元素。在扫描过程中,每个体积元素都被看作反射体。检测头16的不同位置的反射信号部分(它们属于相同的体积元素)被记录下来,并借助计算机同相地(phasenrichtig)进行累加。由于结构性的干涉,只有那些具有实际反射的位置以这种方式获得振幅较大的回波信号。由于破坏性的干涉,对于没有实际反射的位置,回波信号就会消失。在结构性干涉时,扫描过程和计算过程模拟超声波探测器,此超声波探测器的大小与被扫描的表面相当,并在一个位置上聚焦。

        由此在分辨率的框架内,可确定材料缺陷的位置,并当材料缺陷扩张时还可确定其尺寸。精度大概与在扫描范围内用上述方法所达到的精度相似。在SAFT方法中,位置分辨率不是由检测头16的尺寸限定,而是可以有很高的位置分辨率。

        在SAFT方法中,在缺陷可能出现的区域中的每个像点中,所有考虑到的反射信号部分都加上时间推移。如果像点是反射波的源头,则该时间推移具有所述信号部分。时间推移(其相当于相位位置)从检测头16和像点之间的几何关系中得出,尤其从检测头16和像点之间的间距得出。如果像点现在实际上是反射波的源头,则振幅在这个位置上随着检测头16的从中检测到材料缺陷的不同位置的数量而增大。对于其它所有的像点,相位不是一致的,因此在理想状态下总和趋零,至少非常小。

        SAFT方法被经常应用,用来达到较高的位置分辨率。它在原则上是指聚焦方法,其中分辨率界限是由波长和合成孔径产生。此合成孔径由检测材料缺陷的角度区域决定。此孔径由检测头16的运动和声场的发散来限定。

        检测物体可例如是指燃气或蒸气透平的转子,其尤其用来产生电流。这种转子在运行时承受高负荷。转子的转速与相应电网的电网频率相当。例如在电网频率为50Hz的电流网中,需要每分钟3000转的转速。在这么高的转速中,在转子上会出现很大的离心力。此离心力随着转子直径增大。透平设计得越大,则离心力也越强。

        在起动透平时,转子尤其在切线方向上热负载很大。在这个阶段,转子首先是冷的,然后通过由外向内的热燃烧气体达到工作温度。因此,对于透平的使用寿命来说,起动的数量起尤其大的作用。转子的中间孔区域的切向负载是最大的。因此,在孔附近的材料缺陷对透平的长寿命具有决定性的影响。尤其对于新式的透平轮盘,需要明显地提高对轴向?径向取向的材料缺陷的探测敏感度。但利用现今的检测方法,无法足够精确地确定轴向?径向取向的材料缺陷。

        由于新式的燃气或蒸气透平的功率提高了,所以也转子无材料缺陷这一要求也提高了。而且转子的尺寸也增大了,这在材料检测时需要更长的超声波路径。由于超声波的路径更长,在转子的内部范围内可检测的材料缺陷的最小尺寸也增大了。因此在方法中也具有这样的要求,即在较大的零件中也能确定材料缺陷。

        【发明内容】

        本发明的目的是,找到一种更好的方法,用来检测和/或鉴定检测物体中的材料缺陷,即使在很大的检测物体中也能以足够的精度来确定材料缺陷。

        为此本发明提出一种用来对至少局部实心的检测物体进行无损的材料检测的方法,检测物体用超声波来加载,并探测在检测物体的内部反射的超声波,其中此方法具有以下步骤:

        a)计算机辅助地把检测物体分成预定数量的体积元素;

        b)在对检测物体的表面或至少一个表面区段进行扫描期间,在多个表面元素上用超声波对检测物体进行加载;

        c)在对检测物体的表面或至少表面区段上的多个表面元素进行扫描期间,探测在体积元素上反射的声波;

        d)同相地累加在相同体积元素上反射的并且在检测物体的表面的不同表面元素上探测到的声波,其中,

        e)考虑在检测头(16)的声场中与角度有关的振幅分布,从而考虑与角度有关的不同的敏感性,

        m个振幅绕着声轴在确定的角度间隔Δγ内累加,由此可得出振幅和Hsum和基准反射体的尺寸之间的明确关系,该基准反射体可产生相同的振幅和Hsum。

        还提出了一种用来执行所述方法的装置,其中,此装置具有至少一个检测头和计算机,

        其中所述至少一个检测头

        1)在对检测物体的表面或至少一个表面区段进行扫描期间,在多个表面元素上用超声波对检测物体进行加载;

        2)在对检测物体的表面或至少表面区段上的多个表面元素进行扫描期间,探测在体积元素上反射的声波;

        其中所述计算机

        3)把检测物体分成预定数量的体积元素;

        4)同相地累加在相同体积元素上反射的并且在检测物体的表面的不同表面元素上探测到的声波,并且,

        5)考虑在检测头的声场中与角度有关的振幅分布,从而考虑与角度有关的不同的敏感性,并且使m个振幅绕着声轴在确定的角度间隔Δγ内累加,由此可得出振幅和Hsum和基准反射体的尺寸之间的明确关系,该基准反射体可产生相同的振幅和Hsum。

        按本发明规定,使用在检测头的声场中与有角度有关的振幅分布。

        本发明的核心在于修改的SAFT方法,在此方法中考虑在检测头的声场中与有角度有关的振幅分布。以这种方式来考虑不同的敏感性(其与角度有关)。单个反射信号的振幅与检测头的声场中的振幅分布有关。在此利用了检测头的空间的声压分布,以确定反射声波的振幅。在传统的SAFT方法中,会丢失有关振幅的信息。

        例如由与角度有关的振幅分布来确定修正系数,其与沿着穿过检测头的声场的路径的平均敏感度相当。修正系数通过检测头的振幅分布上积分来确定。

        声波的振幅优选围绕着声轴在预定的角度间隔内同相地累加。在此也可以应用声束发散性较小(在?6dB时,例如3°至5°)的检测头。

        此外,相对检测物体的表面上的表面元素,检测物体可在不同的声入射角下加载超声波。因此材料缺陷常常具有优选的尺寸方向,按本发明,对检测物体表面的扫描以及声入射角的变化可与检测物体的几何形状及材料缺陷的取向相匹配。

        例如,声入射角位于一种锥形内部,该锥形的对称轴线构成各个表面元素的法线。

        在特定的实施例中可规定,沿着预定的线对检测物体的表面或至少表面区段进行扫描。通过不同的声入射角,可完整地探测到检测物体的体积,而不必扫描整个表面。

        优选地,按预定的模式对检测物体的表面或至少表面区段进行扫描。此模式可与检测物体和/或材料缺陷的几何形状相匹配。

        声入射角例如在0°至50°之间,优选在0°至30°之间。

        此方法尤其用于至少局部旋转对称的检测物体。在此,扫描可尤其简单地与检测物体的几何形状相匹配。如果此方法用于至少局部呈圆柱形的检测物体,则这一点尤其适用。

        声入射方向优选相对于圆柱形检测物体表面具有径向分量、切向分量和/或轴向分量。因此也可识别出特别扁平的材料缺陷。

        在优选的实施例中,此方法用于对金属的检测物体进行材料检测,尤其用于对锻造零件进行材料检测。此方法尤其用于透平轮的材料检测。

        此外,本发明还涉及一种装置,用来对至少局部实心的检测物体进行无损的材料检测,此装置是为上述的方法而设置的。

        此装置优选具有至少一个检测头,用来发送超声波,和用来探测在检测物体内部反射的超声波。

        检测头尤其是可摆动的,因此声入射方向相对于检测物体表面的表面法线是可变化的。

        最后,检测头相对于检测物体表面的表面法线在0°至60°之间摆动,尤其在0°至30°之间摆动。

        【附图说明】

        下面借助优选的实施例并参照附图,在附图描述中详细阐述了按本发明的方法。其中:

        图1在示意性的侧面剖视图中示出了按本发明的方法的优选实施例的检测物体和检测头;

        图2在示意性的剖视图中从上方示出了按本发明的方法的优选实施例的检测物体和检测头;

        图3在示意性的草图中示出了按本发明的方法的优选实施例的检测物体、检测头及材料缺陷的几何关系;

        图4在示意性的剖视图中示出了按现有技术的检测物体和聚焦检测头;以及

        图5在示意性的剖视图中示出了按现有技术的SAFT方法的检测物体和检测头。

        【具体实施方式】

        图1在示意性的侧面剖视图中示出了检测物体10。检测物体10是构成为圆柱形的。检测物体10具有与检测物体10同心的孔12。因此,此孔12和检测物体10具有相同的旋转对称轴线14,其在图1中与视图平面垂直。检测物体10具有外半径ra和内半径ri。因此,检测物体10的内半径ri相当于孔12的半径。在具体的实施例中,检测物体10是指用于燃气或蒸气透平的透平盘。

        检测头16位于检测物体10的外周边表面上。此检测头16具有超声波发送器和超声波探测器。在检测物体10中还示出了切向的材料缺陷18和径向的材料缺陷20。材料缺陷18和20分别在检测物体10中构成空腔。切向的材料缺陷18相对于圆柱形检测物体10基本在切向方向上延伸。而相应地,径向的材料缺陷20相对于检测物体10基本在径向方向上延伸。

        通过检测头16在检测物体10的外表面上移动,来实施材料检测。图1明显示出了,径向声波22在切向的材料缺陷18上反射得尤其强烈,因为切向的材料缺陷18基本与检测物体10的表面平行。同样明显的是,切向的声波24在径向的材料缺陷18上反射得尤其集中。

        相反明显的是,切向的声波24在切向的材料缺陷18上反射得非常弱。径向的声波22在径向的材料缺陷20也反射得很少。

        在按本发明的方法中,信号以不同的角度从检测头16中发出。其中,要么检测头16自身、要么其发声的元件可这样摆动,即通过扫描外圆周表面,使检测物体10的整个体积都是可接近的。由此尤其可轻易地检测这样的材料缺陷20,即它与检测物体10的表面平行的尺寸相对比较小。这在圆柱形的检测物体10中例如这样得以实现,即声入射方向除了径向分量外,还具有切向分量。具有径向和轴向的声入射方向也是可能的。最后,声入射方向也可以由径向分量、切向分量和轴向分量组接而成。

        在按本发明的方法中,不强制地要求在整个表面或整个表面区段上扫描,以对检测物体10的整个体积进行检测。例如可以在表面上的某个路段或某个路径上扫描,因为通过摆动检测头16就能探测到体积的相关区域,而无须对表面进行完整地扫描。

        图2在示意性的剖视图中从上方示出了按图1的实施例的检测物体10和检测头16。图2示出了孔12、旋转对称轴线14和径向声波22。轴向的材料缺陷26具有至少在轴向上足够大的尺寸。图2明显示出了,径向声波22足够强烈地被轴向的材料缺陷26反射。在声入射角不是太大的情况下,切向的声波24也足够强烈地被轴向的材料缺陷26反射。

        图3在示意性的草图中示出了按本发明的方法的优选实施例的检测物体10、检测头16及材料缺陷28的几何关系。在材料缺陷28和旋转对称轴线14之间定义了径向的间距rs。从检测头16一直到材料缺陷28的声路径s由以下给出:

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        声路径s与表面法线ra之间的角度构成声入射角α或声入射方向。声路径s和材料缺陷28的相应的间距矢量rs构成直角β。

        通过应用聚焦的检测头16,来提高材料缺陷28附近的声压。由此来改善信噪比。但这只在近场内部有效。近场的长度n由

        n=d2/(4λ)给出。

        在此,d是指检测头16的宽度,λ是指声波的波长。在λ=5mm的典型波长及近场的期望长度为n=1m时,需要宽度为d=140mm的检测头16。借助SAFT方法,无须这个宽度也可以达到这个近场长度n。在SAFT方法中,可模拟较宽的检测头,因而达到虚拟的聚焦。

        反射声波的振幅一方面与材料缺陷28的空间尺寸有关,另一方面与材料缺陷28的界面上的反射特性有关。

        在超声波测量时,典型地会出现两种噪声信号。第一种噪声信号是指在每个电子检测系统(尤其放大器)中出现的噪声。这可通过平均化来降低。在第一种噪声信号和反射声信号之间没有相关性,尤其没有相位相关性。因此,把信号累加起来,可以平均化噪声信号。如果噪声信号没有直流电压分量,则随着加数数量的增加,这些噪声信号的和就趋于零。在实践中,没有或只有很小的直流电压分量。

        第二种噪声信号来自检测物体本身。在金属的组织结构上的反射构成底噪,其与反射的声信号相关。底噪同样是指反射的声信号。它在多晶材料中由在其晶界和在晶轴取向不同的区域中的反射形成。晶体是声音各向异性的,因此波阻在晶界上是变化的。这在实际上是指所有的金属材料。由于组织结构的单个反射不是干扰性的,但在检测物体10扩张的区域内会以这种方式产生噪声信号。

        在组织上及在材料缺陷上的反射可通过SAFT方法来分开。组织噪声示出了空间上的统计。组织上的反射是与相位相关的。但是,在SAFT算法中求和会导致相对削弱在组织上的反射,因为晶界反射得比材料缺陷更弱。如果由于多个晶界的振幅偶然地同相地相互叠加形成了振幅和,则它的角度还可以收窄得更厉害。随着角度间隔的增加,由于材料缺陷引起的振幅也会比由晶界引起的振幅更强地增大。

        对于按本发明的方法,例如使用直径为d=24mm的检测头16。在按本发明的SAFT算法中,要考虑检测头16的声场。与此相反,在已知的SAFT算法中,忽略了检测头16的尺寸。

        尤其通过超声波脉冲在检测物体10中的波阻的跃变的空间变化上的反射成份形成检测的信号。如果该处没有由结构引起的材料边界或材料过渡,则此变化就解释为材料缺陷。此检测的信号只包含有关振幅或传播时间的信息。因为在检测物体10的材料中的声速是已知的,因此由传播时间也可以确定间隔??梢杂τ蒙〉目占浞植己图觳馔?6敏感度的空间分布来在横向上确定位置。

        具有振幅和传播时间的信号(它们是沿着检测头16的路径探测到的)基于在检测物体10中的位置传播时间正确地进行累加。通过这种位置正确地归属在正确的位置中,信号的振幅和(其来自检测物体的特定位置)随着加入的信号而增大了这个信号的振幅。但此振幅与检测头16的位置有关,因此与材料缺陷28在声场内的相对位置有关。

        材料缺陷的振幅的均值无方向效应地与其反射能力成比例地用系数k加权。此系数k是沿着材料缺陷18的路径穿过检测头16的声场的平均敏感度的数值。以这种方式可有效地评价探测到的振幅。

        在按本发明的方法中,不是单个探测到的振幅、而是计算出来的空间振幅分布作为时间函数来评价。这可再次通过SAFT方法来重建。与直接探测到的振幅相比,计算出来的空间振幅分布具有更高的信噪比。以这种方式可以更简单地鉴定材料缺陷。

        按本发明的方法,可在振幅较小的情况下通过相对地降低噪声,来扩大根据AVG方法的反射体评价的应用,例如在使用宽检测头16时的一样。这是基于这样的假设,即较小的振幅是由于反射体的尺寸较小。因此,反射体具有较小的方向效应(其归因于弯曲)只对探测到的振幅具有可忽略的影响。

        按本发明的方法尤其可检查较大的检测物体10,其具有相应大的声路径。较大的声路径产生较小的振幅。

        按本发明的方法可应用在已知的传统的检测技术上,其中对检测物体进行机械地扫描,检测物体10的位置或运动对每次探测到的振幅?传播时间图表是已知。

        首先通过声场来扫描反射体,从而对振幅进行评价。振幅在声场中的角度相关性是已知的。m个振幅绕着声轴在确定的角度间隔Δγ内累加。由于可得出振幅和Hsum和基准反射体的尺寸之间的明确关系,该基准反射体可产生相同的振幅和Hsum。

        振幅和Hsum由以下得出:

        HSum=∑Hi(γi),

        其中探测到的数量m个振幅相加。在此,Hi是指单次测量时探测到的振幅,γi是朝声轴的角度间隔。在测量点的间隔固定的情况下,单次测量时的角度间隔是大致等距离的。随着单次测量次数m的增加,修正系数k就接近阀值,该阀值与角度间隔Δγ下的平均敏感度相当。如果材料缺陷18的确切位置位于声轴上,则从检测头16的位置中得出与AVG方法相关的在材料缺陷18和检测头16之间的间隔。

        按AVG方法,在振幅和Hsum和振幅HAVG之间存在着以下关系:

        HAVG=HSum/(m*k),

        其中m指单次测量的次数,k指修正系数。修正系数k由以下得出:

        k=(1/m)∑H0(γi),

        其中探测到的振幅以数量m累加。在此,H0(γi)是指在检测头16的声场中的与角度有关的振幅分布,其标准化为H0(γ=0)=1。

        随着材料缺陷(即反射体)的尺寸的增大,其方向效应也会增大。在材料缺陷较大且在平均的倾斜位置的情况下,这可能会导致低估在角度间隔Δγ下的振幅,因此应该加以考虑。此方法尤其适用于较小的材料缺陷,它的方向效应相对不那么重要。

        图4在示意性的剖视图中示出了按现有技术的检测物体10和聚焦检测头16。检测物体10具有材料缺陷30。检测头16位于检测物体10的外侧面上,此检测头构成为聚焦的检测头。从检测头16中发射出聚焦的声波32、34和36。

        其中,实线表示当前声波32的波阵面。虚线表示先前导的声波34和后导的声波36的波阵面。聚焦的声波32、34和36沿着预定的方向在限定的侧面范围内传播。因此,聚焦的声波18和20非球形地在整个半腔中传播。

        检测头16在扫描过程中在检测物体10的表面上沿着扫描方向38移动。但聚焦只在检测头16的近场内部出现。检测头16垂直于发射方向的宽度越大,则近场的长度就越大,因而聚焦的声波的入射深度就越大。

        图5在示意性的剖视图中示出了按现有技术的SAFT方法的检测物体10和检测头16。示出了具有材料缺陷30的检测物体10。检测物体10的外侧面上设有检测头16。此检测头与图4相比具有相对较小的直径,并且是不聚焦的。

        从检测头16中发射出球窝状的声波42、44和46。球窝状的当前的声波42的波阵面由实线表示。虚线表示球窝状的先导的声波44和球窝状的后导的声波46的波阵面。通过比较图4和图5可明显得出,波阵面32、34、36和波阵面42、44、46是反向弯曲的。

        在SAFT方法中,检测物体10被计算机分成体积元素。在扫描过程中,每个体积元素都连续地被看作反射体。检测头16的不同位置的反射信号部分(它们属于相同的体积元素)被记录下来,并借助计算机同相地进行累加。由于结构性的干涉,只能对那些具有实际反射的位置以这种方式获得振幅较大的回波信号。

        由于破坏性的干涉,对于没有实际反射的位置,回波信号就会消失。在结构性干涉时,扫描过程和计算过程模拟超声波探测器,此超声波探测器的大小与被扫描的表面相当。在已知的SAFT方法中,声入射角总是0°,检测物体10的整个表面都被扫描。

        与此相反,声入射角α按本发明是可变化的。

        按本发明的方法并不局限于圆柱形的检测物体10(如轮盘或轴),声入射方向可由合适的基本矢量组成,其与检测物体10的几何形状相匹配。

        此外,在选择合适的检测头16的摆动轴线时,不需扫描整个表面,而是只需沿着预定的路程或预定的路径进行扫描。因此,按本发明的方法提供了更多的可能性,来充分地探测检测物体10的整个体积。

        按本发明的方法可明显更好地识别较小的材料缺陷以及那些深埋于检测物体10内部的材料缺陷。

        

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