一種多向可控耦合件檢測固體表面缺陷的方法與流程
2023-09-16 23:36:30 1
本發明方法涉及一種超聲檢測方法，特別涉一種多向可控耦合件將固體表面檢測轉換為固體內部檢測的方法。
背景技術：
在現代工業飛速發展的背景下，特別是進入二十一世紀以來，現代工業朝著高精且尖的方向發展，在大型固體工件、工業金屬板狀結構、太空飛行器鍛件、高層鐵塔等各種工業結構的維護中，超聲檢測技術就在其中扮演了極其重要的角色，超聲無損檢測具有靈敏度高、穿透力強、指向性好、檢測速度快、成本低、設備相對簡單、對人體無害等優點。超聲波進入物體內部遇到缺陷時，一部分聲波會產生反射，接收器可對探頭接收的反射波進行分析，就能精確地測出缺陷來，並且能顯示內部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等。超聲檢測作為應用最為廣泛的無損檢測手段，其利用超聲波在介質中的傳播和衰減特性來檢測受檢物件內部是否存在缺陷的情況，對現代工業的發展有著重要的意義。
但當缺陷或裂紋位於固體表面或近表面時，由於在超聲傳播過程中縱波的脈衝反射存在盲區，以及缺陷取向對檢測靈敏度的影響，且由於在近場區的聲壓有很大的起伏存在近場效應，在位於表面和非常接近表面或近場區內的某些缺陷常常難以檢測，此時一般採用的是磁粉檢測或滲透檢測，現有的固體表面缺陷檢測方法中不足之處在於：一、磁粉檢測不適應於非磁性材料，固體表面的覆蓋層會降低檢測林敏度；二、磁粉檢測不適用於檢測延伸方向與磁力線方向夾角小於20°的缺陷；三、磁粉檢測對被檢測件的表面光滑度要求高，檢測範圍小檢測速度慢；四、滲透檢測難以檢測多孔材料，不適應於檢查外來因素造成的缺陷，且難以定量的控制檢測操作質量；五、磁粉、滲透等檢測方法受環境等條件因素影響較大；由此，設計一種多向可控耦合件將固體表面檢測轉換為固體內部檢測的超聲檢測方法。
技術實現要素：
本發明目的在於克服現有的固體表面缺陷檢測技術的適應範圍窄、對缺陷的規則形狀有要求、檢測難以精確定性以及超聲檢測不能直接檢測固體表面缺陷等缺點，提供一種將固體表面檢測轉換為固體內部檢測的超聲檢測方法，且該方法便攜並適應於各種條件下的固體表面檢測。
一種多向可控耦合件檢測固體表面缺陷的方法，該方法採用的裝置包含生成超聲信號的信號發生單元、多向可控耦合件、收發探頭陣列和信號處理單元，其將多向可控耦合件放置於被檢測固體與收發探頭陣列之間，檢測過程中隨著多向可控耦合件的移動和形變使得收發探頭陣列能在探測平面上旋轉，以及通過多向可控耦合件的伸縮過程在垂直於探測平面的方向上步進移動，透過不同厚度的耦合層實現超聲探測數據的收發，從而實現將固體表面缺陷的檢測轉變為內部缺陷的檢測，收發探頭陣列收到的回波信號由信號處理單元進行特徵提取、缺陷識別並給出檢測結果。
進一步地，所述多向可控耦合件，獨立於收發探頭陣列與待測固體，需要進行檢測時，多向可控耦合件放置於收發探頭陣列與待測固體之間充當耦合劑的作用，用來排除收發探頭與待測固體之間的空氣，使超聲波能有效地通過所述可控耦合件到達待測固體表面，且增加了收發探頭陣列與待測固體表面的距離，從而使得固體表面缺陷轉變成為待測固體與可控耦合件內部缺陷，以達到超聲檢測的目的。
進一步地，所述多向可控耦合件在使用時能發生形變；
伴隨著多向可控耦合件的形變，收發探頭陣列可以實現在與探測表面平行的平面上旋轉移動、在垂直於探測平面的方向步進移動，將固體表面轉換為不同深度下的內部檢測。
進一步地，與收發探頭陣列相連接的信號處理單元，實時接收超聲接收探頭的回波信號，進行降噪並特徵提取再進行狀態判定識別，能即時反饋出固體表面是否存在裂紋、裂紋形狀和裂紋尺寸。
進一步地，所述一種多向可控耦合件檢測固體表面缺陷的方法包含以下步驟：
步驟1：檢測開始前設置信號發生單元所要生成的超聲信號參數；
步驟2：選取適量的所需耦合劑形成多向可控耦合件與待測固體表面緊密貼合；
步驟3：檢測過程中伴隨著多向可控耦合件的形變，收發探頭陣列能做平面旋轉接收各個不同角度的回波信號，也能做上下步進以滿足超聲探頭陣列接收實際離固體表面不同距離的回波信號，還能平面旋轉與上下步進並行檢測接收多維角度的回波信號，滿足在不同情形下的檢測；
步驟4：回波信號經由超聲接收探頭傳至相應的信號處理單元，信號處理單元對接收到的回波信號進行降噪處理、特徵提取以及信號分析得到所需要的回波信號參數；
步驟5：依據由多向可控耦合件和待測固體作為整體所接收的並經信號處理單元處理的回波信號參數，來判定整體內部是否存在缺陷以及缺陷的大小長度，轉換為待測固體表面是否存在缺陷以及缺陷的大小長度的判定。
進一步地，所述多向可控耦合件由具有透聲性的柔軟材料製作。所述的收發探頭陣列，位於中央的是超聲發射探頭，環繞超聲發射探頭布置多個超聲接收探頭，形成「單發多收」的收發探頭陣列。使得接收信號更全面更具完備性，較於「多發多收」需要多次偏轉與聚焦操作，所述的收發探頭陣列僅需極少次數的發射和接收，即可獲得缺陷的具體信息，通過信號處理的實現缺陷的定性分析。
所述的多向可控耦合件，獨立於收發探頭陣列與待測固體，需要進行檢測時，多向可控耦合件放置於收發探頭陣列與待測固體之間充當耦合劑的作用，用來排除收發探頭與待測固體之間的空氣，使超聲波能有效地通過所述可控耦合件到達待測固體表面，且增加了收發探頭陣列與待測固體表面的距離，從而使得固體表面缺陷轉變成為待測固體與可控耦合件內部缺陷，以達到超聲檢測的目的。多向可控耦合件由透聲性好且柔軟的材料製作，根據應用情況選擇合適的材料，當使用在光滑固體材料表面時，可以使用低粘度的耦合劑；當使用在粗糙固體表面、垂直表面及頂表面時，應使用粘度高的耦合劑；高溫固體應選用耐高溫耦合劑。
所述的多向可控耦合件可在檢測過程中可發生多向形變，滿足收發探頭陣列如圖4的平面的旋轉、伸縮的步進、以及平面旋轉和伸縮步進滿足從各個不同的角度以及轉換為已知深度的超聲檢測，形成全方位、多角度的檢測效果。
所述的信號發生單元生成線性調頻信號，設置頻率、幅度等參數以滿足所述檢測方法超聲信號的配置條件。
所述的信號處理單元對接收到的回波信號進行降噪處理、特徵提取以及信號分析得到所需要的回波信號參數。
本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果：
1.本發明所述方法適應於各種材料，不會因為材料非磁性而檢測效果失靈，應用範圍更廣。
2.本發明所述方法對檢測方向與磁力線方向夾角無要求，實現全方位、多角度的固體表面檢測。
3.本發明所述方法適合更多的固體表面形態，能即時的對固體表面的狀態進行反饋。
4.本發明所述方法能適應於固體表面因各種因素所造成的缺陷檢測，且能定量的分析固體的表面。
5.本發明方法能克服檢測過程中的近場效應問題，且較好的解決
檢測盲區的問題。
附圖說明
圖1a~圖1d為本發明實例中超聲檢測固體表面缺陷方法示意圖；
圖2 為本發明實例中超聲檢測方法超聲信號流程示意圖；
圖3為本發明實例中超聲檢測方法實施例示意圖；
圖4為本發明實例中超聲檢測過程中超聲探頭探測方向示意圖。
具體實施方式
為使本發明方法的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明方法進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅僅用以解釋本發明方法，並不用於限定本發明方法，需指出的是，以下若有為特別詳細說明之過程或參數（如超聲信號處理和計算），均是本領域技術人員可參照現有技術實現或理解的。
一種多向可控耦合件檢測固體表面缺陷的方法，結合了收發探頭陣列與多向可控耦合件的使用。本實施例中的多向可控耦合件由矽膠耦合劑材料製作，待測固體與多向可控耦合件結合，便於將固體表面缺陷檢測轉換為內部缺陷檢測。
請參見圖圖1a~圖1d、圖2、圖3、圖4，如圖2所示，其中，待測固體1出現了表面裂紋2，直接進行超聲探測時由於近場效應，無法精確探測到該裂紋。本實施例結合使用收發探頭陣列與多向可控耦合件，將多向可控耦合件3置於收發探頭陣列與固體表面之間，由於多向可控耦合件具有一定的高度，使得固體表面裂紋轉換為內部缺陷。其中收發探頭陣列由超聲發射探頭4和超聲接收探頭5組成。超聲信號流程如圖3所示，收發探頭陣列探測角度與方位的變化如圖4所示。x-y平面是平行於探測固體表面的平面，z平面是垂直於探測固體表面的平面。隨著多向可控耦合件的形變和移動，收發探頭陣列可以沿著x-y平面旋轉移動，以進行各個方向、角度的探測；收發探頭陣列還可以沿著z軸移動、上下步進，實現不同深度的探測。
所述的收發探頭陣列，位於中央的是超聲發射探頭4，環繞超聲發射探頭布置多個超聲接收探頭5，形成「單發多收」的收發探頭陣列。使得接收信號更全面更具完備性，較於「多發多收」需要多次偏轉與聚焦操作，所述的收發探頭陣列僅需極少次數的發射和接收，即可獲得缺陷的具體信息，通過信號處理的實現缺陷的定性分析。
下面結合圖1、2、3、4，對具體的固體表面缺陷檢測方法進行描述：
步驟1：檢測開始前，設置信號發生單元所要生成的超聲信號參數，以滿足超聲信號的配置條件。
步驟2：選取適量的矽膠形成多向可控耦合件與待測固體表面緊密貼合，以滿足所需要的物理條件。
步驟3：檢測過程中伴隨著多向可控耦合件的形變如圖1a~圖1d，收發探頭陣列可平面旋轉接收各個不同角度的回波信號，如圖1b、1d；或上下步進以滿足收發探頭陣列接收實際離固體表面不同距離的回波信號，如圖1a、1c；或同時平面旋轉與上下步進檢測接收多維角度的回波信號，如圖圖1a~圖1d，以上滿足在不同情形下的檢測。
步驟4：回波信號經由超聲接收探頭傳至相應的信號處理單元，信號處理單元對接收到的回波信號進行降噪處理、特徵提取以及信號分析得到所需要的回波信號參數。
步驟5：依據由多向可控耦合件和待測固體作為整體所接收的並經信號處理單元的回波信號參數，來判定整體內部是否存在缺陷以及缺陷的大小長度等各種形態，轉換為待測固體表面是否存在缺陷以及缺陷的大小長度等各種形態的判定。
該方法由收發探頭陣列與多向可控耦合件結合使用，收發探頭陣列可平面旋轉形成多角度多方位探測，與多向可控耦合件的結合使用可前後步進從而收集不同距離下的探測數據，即通過改變多向可控耦合件的高度實現不同深度的探測。由於在超聲傳播過程中縱波的脈衝反射存在盲區，以及缺陷取向對檢測靈敏度的影響，且在近場區的聲壓有很大的起伏存在近場效應，在位於表面和非常接近表面或近場區內的某些缺陷常常難以檢測。本發明所述的方法能將固體表面或近表面的缺陷轉換為固體內部檢測並克服近場效應以更好的適應超聲檢測，並且便攜性好，可應用於各種條件下的固體表面檢測。
上述實施例為本發明方法較佳的實施方式，但本發明方法的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明方法的保護範圍之內。