對物體進行超聲波檢測的方法和裝置的製作方法
2023-06-16 08:13:11
專利名稱：對物體進行超聲波檢測的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對物體進行超聲波檢測的方法和裝置，其中在至少一個檢測時刻，超聲檢測信號傳入該物體。
背景技術：
超聲波檢測方法實質上已經用於探測物體內部缺陷以及測量物體厚度等類似實踐中，比如，參見美國專利US6055862。比如，該方法可以用於探測鐵軌的缺陷和/或鐵軌的磨損。測量車以特定的測量速度在鐵軌上駛過，該測量車帶有多個換能器，它們用於將超聲波檢測脈衝垂直地和以若干特定角度地傳入鐵軌。此外，該測量車還帶有檢測器，用於接收來自檢測信號的回波。根據這些回波的波型可以確定鐵軌內是否存在缺陷、所檢測得缺陷的位置以及軌道的高度。通常，人們使用適當的信號處理電路確定上述內容，特別是用一個或多個適當的編程計算機來確定。這種現有方法的優點是能夠快速並無損地檢查物體的缺陷。
現有方法的缺點是，比較難於檢測傳入物體的每個聲音信號的相關回聲。比如，與檢測信號聲源不同的各種幹擾信號也能夠穿過物體傳播。當在鐵軌上進行檢測時，這些幹擾信號可以包括，比如，由測量車自身產生的噪音，例如由車輪沿曲線運行時的扭轉所產生的噪聲。這些幹擾信號能夠導致對檢測信號回波的檢測無法進行。此外，該幹擾信號可能被意外地當作檢測信號的回波而檢測到，由此導致檢測結果有誤。
當使用一個以上的檢測信號時，檢測的另一幹擾源就是檢測信號自身。此時，難於將不同的檢測信號彼此辨別開來，特別是當檢測信號沿著待檢測物體的一部分在相對較短的時間內連續傳輸時。
發明內容
本發明的目的是改進對物體進行超聲波檢測的方法。本發明的目的特別是提供一種能夠相對準確地進行檢測的方法。
為此，本發明方法的特徵在於權利要求1的特徵。
在至少一個檢測時刻，超聲波檢測信號傳入物體。從檢測時刻起經過一段特定的校驗周期後，超聲波校驗信號傳入物體。在第一測量時刻，接收該檢測信號的可能回波。僅在第二測量時刻接收到校驗信號時，該回波才可以作為所述檢測信號的回波而接受。以這種方式，能夠以超聲波對物體進行特別精確的檢測。根據校驗信號，隨後確定從物體接收來的超聲波信號是否真的是檢測信號的回波。如果所接收的信號不是來自於檢測信號，那麼通常也不會接收到校驗信號的回波。在這種情況下，可以將所接收到的信號拒絕掉。檢測信號的可能回波僅在接收到校驗信號的相關回波之後才會被接受。使用該方法，能夠很好地將幹擾信號分離掉。
接受檢測信號也可以認為是接受校驗信號。在這種情況下，檢測信號的回波用來核對稍後發出的校驗信號的回波。隨後，校驗信號和檢測信號的部分被反射。
根據本發明，可以用等價的方式來執行該方法首先將校驗信號傳入物體，隨後是檢測信號。隨後，本發明的特徵在於，在至少一個檢測時刻，超聲波校驗信號傳入物體，經過從上述檢測時刻起的特定校驗周期之後，超聲波檢測信號傳入物體，同時在特定的第二測量時刻接收從物體返回的該檢測信號的可能回波；僅當在特定的第一測量時刻接收到校驗信號時，該可能回波才會作為檢測信號的回波而被接受。
該方法在權利要求2中有所表述，該方法與權利要求1中的方法採用相同的發明構思，因此也能提供上述的優點。
根據優選的實施例，僅當第一和第二測量時刻之間的時間差大致等於所述的校驗周期時，假定的所述檢測信號的回波才被當作該檢測信號的回波來接受。
每個檢測信號及相關校驗信號已被以一特定的間隔校驗周期傳輸到該物體內。因此，具有大致相同間隔校驗周期的回波也被接收，這些回波可以作為檢測信號以及校驗信號的回波來採用。藉助於該校驗周期，校驗信號的回波隨後成為屬於特定檢測信號的特定回波。
本發明還提供一種裝置，其特徵如權利要求9的主題所述。
使用該裝置，可以有效地實施本發明的方法，並能提供上述的優點。可以以不同的方式使用該裝置，比如檢測物體、元件、鐵軌、汽車零件、容器和/或飛機零件以及類似物。
從屬權利要求對本發明作了進一步的詳細描述。
下面將參照典型實施例以及附圖對本發明作進一步的說明。所附圖中圖1A示意地表示現有方法的時間線，其中多個檢測信號周期地傳入物體；圖1B表示與圖1A相似的時間線，周期減半的檢測信號傳入該物體；圖2示意地表示屬於圖1A和圖1B所示方法的回波波形；圖3示意地表示本發明方法的時間線；
圖4示意地表示屬於圖3的方法的回波波形。
圖5表示用於實施對物體進行超聲波檢測的方法的裝置。
具體實施例方式
圖1和圖2示意性地表示現有的方法，其中多個超聲波脈衝周期性地傳入物體。比如，該方法可以由圖5所示意表示的測量裝置1來實施。該測量裝置1(比如可以是測量車的一部分)能夠在物體2(比如鐵軌)上方運動。該裝置1帶有測量和檢測系統3，該系統用於向物體2內發射超聲波脈衝並且接收這些脈衝的回波。該系統3能夠與物體2適當地接觸，比如直接或間接地，通過液體、空氣或以其它方式。該測量和檢測系統3包括一個或多個換能器(未示出)，所述換能器用於產生超聲波脈衝並且將這些脈衝導入物體內；以及一個或多個檢測器(未示出)，用於接受這些超聲波脈衝的回波。該測量和檢測系統3與控制器4相連，該控制器4被設計用於處理由檢測器接收到的信號。優選地，該控制器被設計成利用接收到的回波波形來判斷在物體內是否存在以及哪裡存在可能的誤差、斷裂、缺陷以及其他不正常之處。此外，該控制器還用於根據所述回波來測定物體的厚度。這樣的測量裝置1可從現有技術中獲知，比如美國專利US6055862。
在使用時，該測量裝置1向物體1發射多個檢測信號，比如具有圖1A和圖1B所示檢測波形的信號。在圖1表示的時間線上，具有以附圖標記S1、S2、S3所表示的多個超聲波脈衝。脈衝S1、S2、S3具有相同的頻譜以及相同的脈衝持續時間。在該典型實施例中，從t＝0的時刻起，脈衝S1、S2、S3以固定的檢測周期T順序發送進入物體2。因此，第一脈衝S1在第一檢測時刻t＝0時發送，第二脈衝S2在第二檢測時刻t＝T時發送，第三脈衝S3在第三檢測時刻t＝2T時發送。當該測量裝置1以特定的測量速度V沿物體2移動時，脈衝S1、S2、S3將在大致固定的相互距離處傳入物體2。隨著測量速度V的增加，比如加倍，那麼為了使脈衝S1、S2、S3以相同的距離傳入物體，則檢測周期就會縮短，比如減半，如圖1B所示。為了將脈衝以期望的距離處傳入物體2，該檢測周期T可以包括，比如，特定的檢測時間和特定的等待時間。實際上，在應用中，該檢測周期T可以以不同的方式變化。比如，該檢測周期可以隨著測量裝置1的特定檢測速度V而變化。此外，該檢測周期也可以隨著測量裝置1的加速和/或減速而進行調整。該測量及檢測裝置也可以與裝置1的測速計(未示出)相連。
測量裝置1接收檢測脈衝S1、S2、S3的回波信號。圖2表示出了回波E1、E2、E3的相關回波波形。從第一檢測時刻t＝0起，經過測量周期M之後，第一檢測脈衝S1的第一回波E1在特定的第一測量時刻被接收。該測量周期M主要取決於聲波在待測物體2的速度、該物體2的尺寸、以及物體2和測量裝置1的檢測器之間的物質和材料內的聲速。從圖1B和圖2中可以看出，第一脈衝S1的回波E1可能會在第二脈衝S2已經發送之後才到達檢測器。此時，第二脈衝S2會干擾對第一脈衝回波E1的接收。此外，該現有方法對於其它穿過物體2傳播的幹擾信號也很敏感。
圖3和圖4示意性地表示根據本發明方法的典型實施例的時間線，相比而言，該方法對於幹擾信號並不敏感。如圖3所示，若干超聲波檢測信號S1、S2、S3、S4以間隔檢測周期T在特定檢測時刻傳入物體2。比如，相鄰檢測信號S1、S2、S3、S4之間的檢測周期T小於大約1ms，並且更具體地是在0.5-0.01ms的範圍內。事實上，該檢測周期也可大約為1ms或更長，這取決於該裝置的使用和/或檢測速度。可以如此設置檢測信號S1、S2、S3、S4的檢測周期T，使得當該裝置以特定的速度V沿這物體2移動時，檢測信號大約每隔一或幾毫米的距離傳入物體2。優選地，在使用過程中，裝置1沿著物體以大於大約10m/s的速度移動，更具體地是以大於大約20m/s的速度移動。由此可以比較迅速地對物體的大部分進行檢測。如果檢測速度V至少為大約30m/s，而檢測信號每隔2到3mm傳入物體則是非常有利的。
而且，從所述檢測時刻起經過特定的校驗周期Δt1、Δt2之後，跟隨檢測信號S1、S2、S3、S4，超聲波校驗信號S1』、S2』、S3』、S4』傳入物體2。在該典型實施例中，在從第一檢驗時刻t＝0計起並經過第一校驗周期Δt1之後，發射一個校驗信號S1』。從第二檢測時刻t＝T開始經過第二校驗周期Δt2之後，發射校驗信號S2』。在該典型實施例中，第二校驗周期Δt2比第一校驗周期Δt1要長，用於將相關的回波彼此區分開。從第三檢測時刻t＝2T起經過合適的校驗周期之後，發射校驗信號S4』和S4」。在該典型實施例中，沒有發射用於校驗第三檢測信號S3的校驗信號。事實上，可以向物體發射更多的檢測信號，無論其是否帶有相關的校驗信號。此外，可以先於相關的檢測信號發射校驗信號，這在圖中並未表示出。此外，檢測信號之間的周期T也可以大於所述的校驗周期Δt1、Δt2。
優選地，每個檢測信號S1、S2以及一個或多個相關的校驗信號S1』、S2』相互接近地傳入物體2，由此使得這些信號的回波基本來自於物體2的同一部位，這能夠更準確地校驗檢測信號。比如，每個檢測信號能夠在第一位置傳入物體2，而相關的校驗信號S1』、S2』則在鄰近所述第一位置的第二位置傳入物體2。優選地，第一和第二位置之間的距離小於大約1mm，並且具體地為大約0.5mm或更小，更具體地為大約0.1mm或更小。
優選地，每個校驗周期相對小於檢測信號的檢測周期T。比如，校驗周期Δt1、Δt2優選小於大約100μs，具體地小於大約50μs，更具體地小於大約20μs。比如，該校驗周期可以在大約1-20μs的範圍內。如果所使用的校驗周期Δt1、Δt2不同，比如在該典型實施例中就是如此，則這些校驗周期彼此之間可以相差1μs或若干μs。如果一個校驗周期長於大約10μs，則與之相反地，其他周期會縮短。
圖4表示圖3所示檢測波形的部分回波波形，表示很好地接收到檢測信號S1、S2以及交驗信號S1』、S2』的回波E1、E2、E1』、E2』。在此，每個檢測信號的每個回波在第一相關測量時刻被接收。在該典型實施例中，對接收到的每個測量信號S1、S2的回波E1、E2進行校驗，特別是在接收到相關校驗信號S1』、S2』回波E』、E2』的時刻。僅在於特定的第二測量時刻接收到相關校驗信號S1』、S2』的回波E1』、E2』並且第一和第二測量時刻之間的周期大致等於所述的校驗周期時，才回接受檢測信號S1、S2的回波。
事實上，並且至少本典型實施例是這樣的，即基於適當的接收，從相關檢測信號的回波起，大約經過相關校驗周期之後，才接收到校驗回波。如果校驗信號先於相關的檢測信號發出並且接收準確，那麼在正確接受的情況下，會比相關檢測信號回波提前一個相關校驗周期接收到校驗回波。如果沒有接收到校驗信號或者在不同於預期時刻的其他時刻接收到校驗信號，那麼對所接收到的、相關的、所謂的檢測信號的回波則不予接受。
優選地，檢測信號和校驗信號的使用彼此基本上是相等的，這能夠使測量及其信號處理相對準確。特別是每個檢測信號和每個相關的校驗信號具有大致相同的信號持續時間、大致相同的振幅以及大致相同的頻譜，從而能夠進行準確的校驗。另一方面，每個檢測信號和校驗信號也可以彼此不同，比如信號持續時間、振幅和/或頻譜有所不同。此外，檢測信號在脈衝持續時間、振幅和/或頻率上也可以彼此相同或不同。
為了實現本發明，本發明還提供了一種裝置，該裝置優選帶有控制器，特別是計算機裝置，該控制器僅在於特定的不同測量時刻接收到校驗信號S1'、S2』的回波E1'、E2』時，才將在特定時刻所接收到的回波當作檢測信號S1、S2的回波E1、E2來接受。優選地，該控制器還被設計用於僅在某一測量時刻和其他測量時刻之間的周期大致等於所述校驗周期Δt1、Δt2的時候，才接受所接收到的回波；這使得該裝置特別精確並且對幹擾信號並不敏感。
不言而喻，本發明並不局限於該典型實施例。可以在不脫離本發明技術方案的情況下作出各種改動；所附的權利要求對本發明的技術方案有所表述。
比如，可以將換能器、檢測器等設計並布置成各種形式。也可以根據待檢測對象將該測量裝置1設計成不同的形式。
此外，如果校驗周期的長度隨著連續發射的檢測信號的數量而變化，那麼可以將不同的檢測信號彼此區別開。並且，有些檢測信號可以帶有校驗信號，而其它的檢測信號則沒有。而且，為了校驗檢測信號，可以產生幾個相關的校驗信號，帶有容易識別的間隔校驗周期。
該檢測信號可以包括不同的信號，比如脈衝持續時間相對較短的信號，該脈衝持續時間只有幾毫秒或更短。此外，該信號可以垂直於和/或以不同的角度傳入待測物體。
此外，可以先於和/或晚於至少一個檢測信號將一個或多個校驗信號傳入物體，以校驗檢測信號的可能回波。
權利要求
1.一種對物體進行超聲波檢測的方法，其中在至少一個檢測時刻，超聲波檢測信號(S1，S2)傳入物體(2)；從該檢測時刻起經過一段特定的校驗周期(Δt1、Δt2)，超聲波校驗信號(S1』、S2』)傳入物體(2)；在特定的第一測量時刻，從所述物體(2)接收到該檢測信號(S1、S2)的可能回波；僅在於第二測量時刻接收到校驗信號(S1』、S2』)的回波(E1』、E2』)時，該可能回波才被當作所述檢測信號(S1、S2)的回波(E1、E2)而被接受。
2.一種對物體進行超聲波檢測的方法，其中在至少一個檢測時刻，超聲波校驗信號(S1』、S2』)傳入物體(2)；從所述檢測時刻起經過一段特定的校驗周期(Δt1、Δt2)，超聲波檢測信號(S1，S2)傳入物體(2)；在特定的第二測量時刻，從物體(2)接收到該檢測信號(S1、S2)返回的可能回波；僅在於第一測量時刻接收到校驗信號(S1』、S2』)的回波(E1』、E2』)時，該可能回波才被當作所述檢測信號(S1、S2)的回波(E1、E2)而被接受。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中僅當第一和第二測量時刻之間的周期大致等於所述校驗周期(Δt1、Δt2)時，所述檢測信號的可能回波才能夠被當作檢測信號(S1、S2)的回波(E1、E2)而被接受。
4.如上述權利要求之一所述的方法，其中所述檢測信號(S1、S2)和每個相關的校驗信號(S1』、S2』)彼此相等，並且具有相同的信號持續時間、相同的振幅以及相同的頻譜。
5.如上述權利要求之一所述的方法，其中，所述檢測信號(S1、S2)在第一位置傳入物體(2)，而所述校驗信號(S1』、S2』)在鄰近第一位置的第二位置處傳入物體(2)。
6.如權利要求5所述的方法，其中第一和第二位置之間的距離小於大約1mm，具體地為大約0.5mm或更小，更具體地為大約0.1mm或更小。
7.如上述權利要求之一所述的方法，其中所述校驗周期(Δt1、Δt2)小於大約100μs，更具體地小於大約50μs，更具體地小於大約20μs。
8.如上述權利要求之一所述的方法，其中多個檢測信號(S1、S2、S3、S4)以大於所述校驗周期(Δt1、Δt2)的間隔檢測周期(T)順序傳入物體(2)，而至少一個相關的校驗信號(S1』、S2』、S3』、S4』)早於和/或晚於至少一個所述檢測信號傳入物體(2)。
9.一種裝置，明顯地設計用來執行上述權利要求之一所述方法。
10.如權利要求9所述的裝置，其中，在使用時，該裝置沿著物體(2)以特定的檢測速度(V)移動；特別地，該檢測速度(V)大於大約10m/s，並且更具體地，該速度大於大約20m/s。
11.如權利要求9或10所述的裝置，還具有控制器，特別是計算機裝置，該控制器被設計用於僅在下述條件下才將在一個特定測量時刻所接收到的回波當作檢測信號(S1、S2)的回波(E1、E2)來接受，即僅在另一不同的測量時刻接收到校驗信號(S1』、S2』)的回波(E1』、E2』)時，並且特別是當所述的一個測量時刻和所述的另一測量時刻之間的周期大致等於所述校驗周期(Δt1、Δt2)時。
12.權利要求9-11之一所述裝置的應用，特別是用於檢測物體、元件、鐵軌、車輛零件、容器零件和/或飛機零件等的缺陷。
全文摘要
一種對物體進行超聲波檢測的方法，其中在至少一個檢測時刻，超聲波檢測信號(S1、S2)傳入物體(2)；從所述檢測時刻起經過特定的校驗周期(Δt1、t2)之後，超聲波校驗信號(S1』、S2』)傳入該物體(2)；由所述物體(2)返回的所述檢測信號(S1、S2)的可能回波在特定的第一測量時刻被接收，該可能回波僅在校驗信號的回波(E1』、E2』)在特定的第二檢測時刻被接收時才被當作所述檢測信號(S1、S2)的回波(E1、E2)來接受。此外本發明還提供了一種被明顯期望和被設計用於執行該方法的裝置以及該裝置的一種用途。
文檔編號G01N29/07GK1871511SQ200480031270
公開日2006年11月29日 申請日期2004年10月19日 優先權日2003年10月22日
發明者彼得·貝斯特布羅伊特耶 申請人:索尼邁克斯有限責任公司