超声波检查方法

专利名称：超声波检查方法
技术领域：
本发明主要涉及零部件的检査，尤其是零部件的超声波检査。
背景技术：
具有复杂形状表面的零部件通常遍及于产业和政府操作中。很多时间，这些 表面的精确形状在需要进行检査之前都是未知的。例如，在商用核反应堆工业中， 就有许多复杂曲线的零部件和焊接。目前，从外部表面来进行管道焊接的超声波 检测的高效高质量的方法和流程仅仅只适用于一般较为平整和平滑的几何形状。 然而，现场的经历表明到目前为此，这些流程都显示出这些焊接的相当夺得部 分既不是平整的也不是平滑的。 一般来说，超声波检查所遇到的现场条件包括在 焊接顶部条件中的变化以及在诸如直径焊接收縮之类的其它表面不规则的范围内 的变化。
工业零部件的相位阵列超声波测试已经在过去的二十年内得到了广泛的应 用。相位阵列超声波测试是一种超声波测试方法，在该方法中，换能器是由一个 小的单个元件的阵列所组成，其中各个元件都具有它们各自的脉冲发生器和接收
器通道。各个元件都很小，从而确保了较宽的波束扩散。在发射的过程中，各个 元件都以精确确定的时间来产生脉冲的发生，使得各个元件所发出的超声波在相 同的时间内到达零部件体积中的聚焦点。在接收方面，来自各个元件的信号延迟 精确的时间，使得从零部件体积中的聚焦点反射的信号都是同相的。随后，将延 迟接收到的信号累加在一起，当形成聚焦点的反射时就产生最大幅值的信号。由 于适用于发射和接收的这些时间延迟是电子应用的，所以它们可以快速变化。这
就允许相位阵列波束具有可编程和快速改变的特性，例如，可以高于每秒20,000 次的速率来改变，使用这些技术，超声波束的聚焦点可以角度变化进行电子扫描， 可以通过一定深度的范围进行扫描，可以沿着并行于探头进行线性扫描，或者可 以任何其它所需图案进行扫描，这种多功能性引起了相位阵列超声波在工业测试
中得到广泛的应用。
具有各种不同曲线、波形或者不规则表面的零部件一直是超声波测试的挑战。 如果表面具有已知的规则几何形状(例如，圆柱形)，在某种情况下，超声波探 头可以设计和制造成便于零部件的检査。使用相位阵列超声波，有可能(在许多 情况下)通过调整在发射和接收所使用的延迟时间来弥补已知的表面几何形状。 聚焦法则计算器可以在商业上大大便于将相位阵列超声波波束设计成具有简单的 有规则的表面几何形状。然而，当表面轮廓在检查之前沿着表面以一种未知的方 式变化时，这就没有方法可以有效的进行超声波检查。例如，当管道己经焊接好 并且焊接接地是平滑的收口但不是平整的时，就会出现这种情况。时常将水管道 用在换能器和将超声波导入和导出的部分之间，从而能够很容易地进行自动扫描 并获得可靠的耦合。
图1和图2图示说明了表面不规则对超声波脉冲的影响。图1显示了在平整 表面上的超声波波束是如何快速聚焦在所希望的区域内的。图2显示了由于曲线 表面使得超声波波束如何发散的。很显然，如果要保持超声波检测的真实性，就 必须适应表面轮廓的变化。
美国专利公报No.US2005/0150300、题为"使用轮廓表数据进行超声波检查的 设备禾口方法(Device and Method for Ultrsonic Inspection Using Profilometry Data)"
披露了一种在滑板结构上使用几个超声波探头且在换能器和零部件表面之间采用 水耦合的方法。该结构提供一种确定表面轮廓的能力，以便于通过补偿由不平整 表面所引起的反射器位置上的误差来校正零部件的检査。然而，它不能包括校正 在超声波波束宽度方向上由于不平整表面轮廓所引起的超声波波束的能力。于是， 它的应用仅仅限制于波束所进入表面的波束宽度方向上被认为是平整的表面。这 种限制是非常有限的，正如图2所示，因为即使1.5英寸半径的曲线也会使典型的 超声波波束产生严重的波束失真。
已经研发出柔性相位阵列探头，它能够适用于复杂几何形状零部件的表面进 行超声波检查。这在题为"适用于具有复杂几何形状的零部件的接触检查的柔性 相位阵歹U换能器(A Flexible Phased Array Transducer for Contact Examination of Components with Complex Geometry)"(关于非破坏性检测的第16届世界大会上 提出的，蒙特利尔，加拿大，8/30-9/3， 2004)的文献中进行讨论。在该项实验工
作中，已经研发了一种柔性压电式探头，它可以将测试设备贴近各个单独的元件。 单独的元件被压紧，使之适应于不平整的表面轮廓。通过测量各个单独元件与位 置传感器的垂直位置，就可以计算出相位阵列延迟，从而可以弥补和消除由于不 规则表面所产生的波束失真。然而，保持探头元件和耦合超声波导入部分的部分 表面之间的密切接触将会成为问题。为了确保在元件和部分之间良好的超声波耦 合，就需要使用耦合液体或者胶体来填充不大于千分之一英寸厚的间隙。在许多 特殊的情况下，表面条件不可能这样做。
C.Holmes， B.Drinkwater和P.Wilcox署名的文章(Insight, Vol.46， No.ll, 677-680 (2004))讨论了单片(单个元件)超声波换能器的使用。超声波波束特 性可以设置但不可改变。 一个探头可以水的路径来工作以测量表面轮廓，并且另 一个用于内部检查的不同探头与零部件的表面相接触。由于在该文章中所讨论的 超声波探头不是柔性的，因此只能在平坦的表面上工作。探头的平坦表面必须是 在探头的整个面积上与零部件的平坦表面相接触，并且在探头和零部件表面之间 采用液体耦合剂来实现不大于千分之一英寸厚的耦合，从而便于适当地操作。因 此，该设备只能对包括平坦表面部分的零部件进行工作。在从一个平坦区域到另 一个平坦区域的过渡区间，内部检査探头就不能工作。这种方法只能适合于具有 较大曲率半径的曲线表面，这些曲线表面在探头的区域中基本上是平坦的。对于
典型的换能器来说，为了使用这种方法，曲率半径必须大于几英尺。这种方法所 提供的校正只限制于从用于表面轮廓变化的超声波数据中来校正内部反射的位 置。由于从各个探头到反射器的波束角度和距离都是已知的，并且通过知道探头 对表面和表面轮廓的精确位置，就能够采用该文章所讨论的方法来计算反射器在 全局座标系统中的位置。然而，这种方法只能适用于现有的不平整表面零部件中 相对较小的一部分。这种方法并不能根本解决由于在探头区域中的不平坦表面所 引起的波束失真的问题。这就强调了这种方法只能应用于在探头区域中表面部分 是平坦的情况。

发明内容
本发明针对在现有技术中的不足，提出了一种适用于超声波检查具有纹波或 不平整表面的零部件的方法。多元件阵列超声波换能器可采用实质流体层来工作，
比如诸如至少几个超声波波长的厚度的水且设置在阵列换能器和零部件表面之 间。该流体层可以通过将零部件浸渍在液体中或者通过在探头和零部件表面之间 使用附着的耦合剂柱来保持。扫描零部件，使用机械式划针、激光或者超声波技 术来测量两维的表面轮廓。 一旦获得了零部件表面的精确表面轮廓之后，就计算 数据处理参数以便处理从零部件内部反射的超声波信号。
具有本发明新颖性特征的各项性能将在附属于本发明并构成本发明部分内容 的权利要求中特别指出。为了更好地理解本发明，以及通过它的使用所带来的操 作优点，参考构成本发明部分内容的附图和描述材料来详细说明本发明的较佳实 施例。


在附图中，构成了本发明的部分内容，并且在附图中所显示的标号都设计成 在全文都是相同的或者指定相同部分，附图包括
图1图示说明了通过平整表面引入到零部件中的超声波脉冲的效应； 图2图示说明了通过不平整表面引入到零部件中的超声波脉冲的效应； 图3图示说明了超声波波束在两个不同材料界面上的折射和反射；以及 图4是多元件阵列探头射线轨迹的实例。
具体实施例方式
在本发明的检查方法采用至少三种不同的方式来实现的同时，各种方法都存 在着一些相同的地方。
第一个相同的地方是较佳地使用了多元件的阵列超声波探头。 另一个相同的地方是采用实质液体路径将探头与被检査的零部件相分离的， 该液体可以是水，也可以是胶体，但是较佳的是水，因为它对于工作是最方便的。 目前超声波换能器检査一般所采用的方法都是换能器与被测零部件采用液体或者 胶体来耦合，其中液体或胶体的厚度为小于几千分之一英寸，这就意味着换能器 是基本上几乎接触着被测零部件。于是，对于本发明而言，旨在使实质液体路径 在换能器和零部件之间至少有几个超声波波长的程度，从而在换能器和零部件之 间有着一个空间，这就允许在零部件上的相当小的曲率半径的不平整表面不会导
致在换能器和零部件之间的接触。这一水的路径一般是在3mm至25mm的范围之 间。
另一个相同的地方是扫描零部件，从而获得被测零部件的两维表面轮廓。然 而，所使用的扫描方式可以是不同的并且将在下文中作进一步讨论。
另一个相同的地方是基于被测零部件的表面轮廓，利用超声波探头位置的函 数来计算信号处理参数，从而校正由于反射超声波脉冲所引起的超声波波束的失 真。
在较佳实施例中，被测零部件通过每次只发射多元件阵列探头中的各个单个 UT探头并且记录所接收到的在阵列中的各个元件反射超声波波形来进行扫描，使 得完整数据集可以适用于每一个发射和接收的独立组合的各个探头位置来记录。 对超声波波形的可控阵列进行处理，以便于测量零部件的表面轮廓。基于所测量 到的表面轮廓，利用校正不平整表面的探头位置函数来计算信号处理参数，并且 消除在零部件内部反射器的反射信号中所产生波束失真。处理数据的收集阵列， 利用在先前步骤中所计算的编码探头位置函数来改变信号处理参数，以便于基于 来自零部件内部的反射信号来分析(检查)部件的内部。
在较佳的实施例中，较为熟悉的合成孔径聚焦技术(SAFT)可以用于形成立 体点聚焦所需的两维孔径，从而提高灵敏度和改善精确度。SAFT技术较为容易应 用于矩阵发射/聚焦方案，因为来自各个元件的所有波形都被存储了。随后，使来 自多个探头位置的波形聚焦在一个聚焦点从而获得SAFT效益就是一件十分容易 的事情。
在另一实施例中，扫描被测零部件，从而使用机械式划针、基于激光的技术、 超声波技术或者类似技术中的任意一种技术以编码探头位置作为函数来测量两维 的表面轮廓。基于所测量到的表面轮廓，以探头位置作为函数来计算信号处理参 数。这些信号处理参数用于校正不平整的表面，从而消除在反射信号中所产生的 波束失真效应。随后，将所计算的信号处理参数下载到连接着两维超声波阵列换 能器的商用相位阵列仪器中。之后，使用下载到相位阵列仪器中的信号处理参数 采用多元件阵列超声波探头来扫描零部件。这就可以通过电子选择基于超声波阵 列探头位置的信号处理参数并且使用这些探头来接收、处理和记录从零部件内部 的反射器所反射回来的脉冲。
在另一实施例中，被测零部件可采用上述方法进行扫描，以便于测量表面轮 廓。在扫描零部件测量表面轮廓的同时，具有各个单个阵列元件的多元件超声波 探头每次之发射一个。记录从阵列中的各个元件所接收到的超声波波形，从而记 录发射元件和接收元件的每一个唯一组合在各个探头位置上的完整数据集。基于 上述指示的测量表面轮廓来计算信号处理参数。随后，使用最新计算的信号处理 参数来处理从各个元件的单独反射中所接收到的数据收集阵列，从而校正表面的 不规则和消除重零部件中的内部反射器反射信号中所发生的波束失真效应。
各个实施例都可以在单个阵列探头具有反射器和接收器的作用或者两个多元 件阵列探头可以用于其中一个探头作为反射器使用和第二个探头作为接收器使用 的条件下来实现。使用双探头作为分离的反射器和接收器减小了来自液体和零部 件表面之间界面反射的幅值，这会使系统对来自零部件内部的近表面反射"失盲"。 使用双探头的信号处理参数的操作和计算与使用一个单独组合反射器/接收器探头 时相同，除了害需要考虑两个探头的相对位置。在这种情况下，通过在分离接收 器探头接收到来自零部件内部的反射超声波的同时以脉冲/回声模式(在这个探头 中的相同元件上发射和接收)来操作反射器探头就可以获得表面轮廓信息。两个 探头是在横向上分离的。反射器(第一)探头将超声波脉冲发射到耦合液体和零 部件的内部并且接收来自零部件表面的超声波反射，以便于映射零部件的表面轮 廓。接收器(第二)探头接收来自零部件内部的超声波反射。
使用本发明采集和处理数据的方法，就有可能处理这些数据，从而创建等效 于具有在感兴趣区域内的各个点上聚焦的超声波波束的图像。也有可能处理来自 不同数量元件的数据，以便于适用于零部件的不同区域，从而有效地改变孔径。 例如，有效孔径可以随着聚焦距离的增加而增加，从而保持使用检测区域的恒定 的聚焦宽度，因为聚焦宽度由下式给出
聚焦宽度~=(焦距)(超声波波长)/ (有效探头宽度)
这主要意味着本发明的方法可以以下所讨论的方式来完成。
零部件的表面轮廓可以使用阵列探头超声波来精确测量。这是通过在零部件 部分进行扫描，在以角度电子扫描波束的同时，收集超声波表面反射数据，并随 后，当认为数据已经创建了部分表面的精确轮廓时，使用已知的波束角度和探头 位置来组合已经收集到的数据。当超声波波束垂直于表面时，就能获得来自表面
上一点的最大反射。当组合各个波束角度和探头位置的数据时，来自表面给定一 点上的最高幅值的反射就被用于测量从探头到表面该点的距离。知道了适用于最 大反射的探头位置和波束角度，就能够确定表面该点的位置。通过进行栅格点的 测量来定义表面就能够获得整个表面的轮廓。对于阵列发射收集数据而言，可以 进行等效于上述相位阵列处理的信号处理，从而提供相同的获得表面轮廓的功能。 为了使得整个表面轮廓化，可以在扫描部分的同时超声波波束是以角度来扫 描的。在适当采集时，所获得的信号就给出各个探头位置各个波束角度峰值信号 到达的幅值和时间的信息。相对于探头的，反射源的空间位置可以利用下式从该 信息中计算出来
<formula>formula see original document page 11</formula>式中roF是反射飞行的测量，F,是在液体中声的速度，^是聚焦波束的角度。 在记录反射时，这些相对位置数值都附加到已知的探头位置上，从而提供精确的 反射器的x、 y位置并存储于阵列中。通过以x位置位函数来处理该阵列就可以发 现对各个x位置都具有最大幅值的反射的y位置，从而可以发现这一部分的轮廓。 通过沿着零部件的长度方向增加，采用多个扫描线来重复这一处理，零部件的整 个表面轮廓就能够产生。
为了精确地计算用于处理来自零部件内部的数据所需的时间延迟数值，就必 须确定从换能器元件到零部件感兴趣的点超声波飞行所需的路径。从源元件通过 在零部件表面上的液体/固体界面所传输得超声波的波在界面上形成衍射。图3图 示说明了这种衍射。入射的超声波的波以角度^撞击表面。该波在界面上衍射， 并且以Snell定律所给出的角度^进入到部件中
<formula>formula see original document page 11</formula>
式中^是在第一种材料(液体)中的入射角度，^是在第二种材料(固体零 部件)中的衍射角度，^是在第一种材料(液体)中的声的速度；以及K是在第 二种材料(固体零部件)中的声的速度。
K可以是固体的剪切波速度或者纵向速度，从而导致剪切波的波束或者衍射纵 向波的波束。计算用于检查具有不平整表面的零部件所需的时间延迟需要发现在 源元件和通过不平整表面且满足Snell定律的所需聚焦点之间的衍射路径。 一般来 说，这是通过数值根发现来进行的。当发现从各个元件的中心、通过在不平整表 面中的一点、到达满足Snell定律的所需聚焦点的路径时，误差函数可以定义为零。
该误差函数可以由下式给出
<formula>formula see original document page 12</formula>
义/。③是从入射射线与表面的交叉位置到聚焦点X的水平距离，&。皿是从入射 射线与表面的交叉位置到聚焦点X的表面下的深度，^是相对于表面法线的入射 角度，^是耦合液体的超声波速度，以及K是固体零部件的超声波速度。误差函 数作为沿着部分表面的x函数来估算。当发现X的数值使得E (X)等于零且在相 同的预定容差内时，就己经找到了满足Snell定律的声路径的解法并且波束以改x 数值通过表面。发现满足Snell定律的其它解法也可以使用。 一旦发现超声波路径 的解法，直接的计算提供信号沿着该路径传输的飞行时间，从中能够计算出信号 处理的延迟。
ToF =(在液体中的路径长度)/ + (在固体中的路径长度)/ FMM
在图4中，显示了多元件(32)阵列探头通过复杂几何形状表面的轨迹实例。 在界面上的材料是水，以及在界面下的材料是钢。
当使用2D阵列探头时，这种方法旨在提供三维的。2D阵列探头一般都包含举 行的两维阵列元件。采用这些探头，通过不平整表面的聚焦涉及到以三维x、 y和 z来求解超声波路径。
本发明提供了几个优点。
主要优点之一是通过在部分和探头之间使用水路径，可以使用简单的阵列探头
并且在可以相对容易地扫描部分表面，以便于进行检查。水路径可以通过零部件 浸渍液体水箱中来提供，以便于进行检查。水路径也可以通过在探头周围使用小 的容器以便于柔性密封零部件的表面并将液体诸如容器，以便于填充在探头表面 和部分表面之间的区域。耦合液体的使用通常都能提供可靠的耦合，并使得它自 身能够进行自动扫描。水路径也提供了一种测量上述部分的表面轮廓的常规部件。 本发明的另一优点是允许消除检查超声波的波束失真以及精确定位在零部件 内部的反射器。正如早先所讨论的那样，即使相当小的偏离平坦表面也会引起超 声波通过该表面时的严重失真。这就证实了这种方法对于较宽范围内的不平整表 面条件都具有良好的鲁棒性，包括在表面具有台阶的条件下。由于具有这一优点，
这一技术可解决较宽范围那的不平整表面检査的问题。
为了实现采用阵列发射和阵列聚焦的这一技术，在该技术中，来自每一个反射 和接收元件的独特组合的超声波波形都进行数字化并存储以备后期处理，从而有 可能采用相同的数据或者另外采用从一个零部件表面光栅扫描所同时采集到的分 离数据来确定表面轮廓和进行零部件的内部检查。这是十分有利的，因为它消除 了需要执行两次扫描来分别获得表面轮廓数据和零部件内部的检査数据。另外， 表面轮廓测量必须是十分精确的，以便于能够对不平整的表面来精确地校正超声 波波束。通过使用相同的数据或者同时获得的表面轮廓和内部检查数据，就可以 确保两次测量都是在探头相同的位置上进行的精确采集。采用这种方法有可能使 得表面轮廓的精确测量都在几千分之一英寸或者小于几千分之一英寸的范围内。 这就允许由于不平整表面所引起的失真能够消除并且提供在零部件内部反射器的 十分精确的位置。
本发明有可能采用先进信号处理技术，而在商用行为阵列仪器中是不可能的。 特别是，有可能处理数据，从而提供已经聚焦在检査区域中的每一个点上的图像， 土工改善的图像精度。另外，有可能改变检查探头的有效孔径(宽度)，从而提 供恒定的聚焦宽度，并因此提供整个检查区域的精度。由于"行"数据可以存储， 所以该数据可以任何时间采用任何数量的不同聚焦参数来重新处理，从而提供反 映反射器更好特征的其它信息。在具有明显缺陷的确定零部件的修理或替代非常 昂贵的情况下，在这一改善特征可以十分有益的。
另一优点是使用非常简单的硬件来采集数据的能力。例如，最佳实施方式的想
象是使用简单脉冲发生器电路和简单的接收器电路的阵列连接成所有的工作都能 并行的高速数字化仪，从而实现接收波形的数字化并将其转发给计算机进行处理。 这就需要一些参数来定义该硬件的工作。相反，商用相位阵列硬件包括，除了上 述的脉冲发生器/接收器和数字化仪之外，用于提供发射脉冲和接收信号两者可编 程快速切换电子延迟的器件。它们还包括用于累加各个接收天线的延迟信号的电 路。所有这些都需要大量的可编程参数来满足它的工作。
另一优点是也采用合成孔径聚焦技术(SAFT)来增加用于从探头的固定位置 采集数据的有源元件所提供的检查。采用SAFT，从探头的多个位置上，由各个元 件所收集到的波形中的数据可以在经过施加给数据的适当延迟之后累加在一起。 这基本上是等同于阵列聚焦的相同处理，除了 SAFT的数据是来自探头的多个精确 已知位置。采用阵列聚焦，每一种反射器和接收器元件的独特组合所产生的数据 都可以用于处理中，并且可以显示为等效于在商用相位阵列仪器所执行的处理， 只要删除所产生的波形即可。采用SAFT，在大的区域上收集数据，可产生较大的 有效孔径，这比在探头的单个位置上所收集到的数据在精确度和灵敏度方面都有 所改善。然而，由于数据仅仅只收集探头的物理元件，所以SAFT处理的数据实不 能精确地等效于具有较大面积的有源探头。SAFT在改善检査的精确度和灵敏度方 面十分显著。
具有充分小的元件和足够数量的元件来提供良好的波束特征的完全2D阵列探 头的使用在对2D变化表面的工作时会出现问题。具有大量2D元件的换能器制造 十分困难。相当昂贵，并且如果元件变得太小则灵敏度就很差。发射、收集和处 理来自大量元件的数据所化的时间量也可能是矩阵发射方法所禁止的。能支持大 量元件(>32)的硬件并不一定有效。避免在2D探头中使用大量元件的一种方法 是使用合成孔径聚焦技术(SAFT)，以便于提供两维阵列波形数据集所需的一维 数据。采用SAFT，可以制造具有较窄横向宽度的1D阵列探头，从而在各个单独 元件的横向方向上提供良好的波束扩散性。1D阵列探头采用在部分表面上的光栅 扫描，像矩阵聚焦方法所讨论的那样来收集数据。随后，使用矩阵聚焦和SAFT 的组合来处理数据。这具有非常直截了当的硬件实施方法的实现优点。尽管显示 出在某些情况下它不能提供像完全2D阵列那样的良好灵敏度，但是这是一种非常 使用的设计方法，它能够使零部件检查的表面可以两维变化。SAFT可以用于增加
在任意方向上或者两个方向上所收集到的数据的处理。
在以上已经显示和讨论特殊实施例和/或本发明的细节来说明本发明原理的应 用的同时，应该理解的是本发明在权利要求书中作了更加全面的描述，或者本领 域中的熟练技术人员应该知道，这些都不背离本发明的原理。
权利要求
1.一种用超声波检查具有不平整表面的零部件的方法，该方法包括a.在多元件阵列超声波换能器和零部件之间设置厚度至少是几个超声波波长的流体耦合；b.扫描所述零部件，使各个单独的超声波元件每次发射一个；c.记录从所述阵列中的各个元件处接收到的反射的超声波波形；d.处理所收集到的超声波波形数据阵列，以测量所述零部件的表面轮廓；e.基于所测量到的表面轮廓，作为探头位置的函数，来计算信号处理参数，从而消除波束的失真；以及f.使用最新计算的信号处理参数来处理所收集到的数据阵列，从而校正所述零部件的表面不规则并获得所述零部件内部反射器的检查。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，a. 使用横向上相互分离的第一和第二多元件阵列超声波探头来进行检查；b. 第一超声波探头被用于将超声波脉冲发射到所述耦合液体和所述零部件的 内部，并且接收来自所述零部件表面的超声波反射，从而映射出所述零部件的表 面轮廓；以及c. 第二超声波探头被用于接收来自所述零部件内部的超声波反射。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在处理所收集到的数据阵列的步 骤中，采用合成孔径聚焦技术。
4. 一种用超声波检查具有不平整表面的零部件的方法，该方法包括a. 在多元件超声波阵列换能器和零部件之间设置厚度至少是几个超声波波长 的流体耦合；b. 作为编码的超声波探头位置的函数来测量所述零部件的两维表面轮廓；c. 基于所测量到的表面轮廓，作为编码的超声波探头位置的函数来计算信号 处理参数，从而消除波束失真；d. 将所计算的信号处理参数下载到超声波仪器中；以及e. 在使用下载的信号处理参数的情况下根据编码的超声波阵列探头位置，用 超声波阵列换能器来扫描零部件，从而检査零部件的内部。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述零部件的两维表面轮廓是使 用机械式划针来确定的。
6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述零部件的两维表面轮廓是使 用基于激光的技术来确定的。
7. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述零部件的两维表面轮廓是使用检查零部件内部所用的相同的超声波换能器仪器来确定的。
8. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所使用的超声波仪器是多元件相位阵列超声波仪器。
9. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，a. 使用横向上相互分离的第一和第二多元件阵列超声波探头来进行检查；b. 第一超声波探头被用于将超声波脉冲发射到耦合液体和零部件的内部，并 且接收来自零部件表面的超声波反射，从而映射出零部件的表面轮廓；以及c. 第二超声波探头被用于接收来自零部件内部的超声波反射。
10. —种用超声波检査具有不平整表面的零部件的方法，该方法包括a. 在多元件阵列超声波换能器和零部件之间设置厚度至少是几个超声波波长 的流体耦合；b. 根据编码的超声波探头位置来测量零部件的两维表面轮廓；c. 在测量零部件的两维表面轮廓的同时，使超声波换能器中的各个单独的元 件每次发射一个；d. 针对超声波换能器中的各个单独的元件，记录所反射的超声波波形；e. 基于所测量到的表面轮廓，作为编码的超声波探头位置的函数，来计算信 号处理参数，从而消除波束失真；以及f. 使用最新计算的信号处理参数来处理所收集到的来自各个单独的换能器元 件的数据阵列，从而校正零部件中的表面不规则。
11. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述零部件的两维表面轮廓是 使用机械式划针来确定的。
12. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述零部件的两维表面轮廓是使用基于激光的技术来确定的。
13. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述零部件的两维表面轮廓是使用超声波技术来确定的。
14. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，a. 使用横向上相互分离的第一和第二多元件阵列超声波探头来进行检査；b. 第一超声波探头被用于将超声波脉冲发射到耦合液体和零部件的内部，并 且接收来自零部件表面的超声波反射，从而映射出零部件的表面轮廓；以及c. 第二超声波探头被用于接收来自零部件内部的超声波反射。
15. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，在处理所收集到的数据阵列的 步骤中，采用合成孔径聚焦技术。
全文摘要
一种适用于超声波检查具有波纹或不平整表面的零部件的方法。多元件阵列超声波换能器采用在阵列换能器和零部件表面之间的实质流体层(例如，水)工作。该流体层可以通过将零部件浸渍在液体中或者通过在探头和零部件表面之间使用附着的耦合剂柱来保持。扫描零部件，使用机械式划针、激光或者超声波技术来测量两维的表面轮廓。一旦获得了零部件表面的精确表面轮廓之后，就计算用于处理从零部件内部反射的超声波信号的数据处理参数，以便于消除由于不平整表面所产生的波束失真效应和反射器错位。
文档编号G01N29/26GK101191786SQ200710196418
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年11月29日
发明者B·E·考克斯, D·T·麦克劳什兰 申请人:Bwx技术股份有限公司