用于进行超声波检验的设备和方法与流程

在超声波检验中，将探头放置在构件的一侧，更确切地说尤其是放置在前端，并且将短脉冲声学地传入。该脉冲从不均匀处或缺陷以及从表示背侧的后壁反射。在反射之后，经反射的脉冲反射回探头，该探头在发送短脉冲之后被用作接收器，并且因此可以使经反射的脉冲可见。但是，经反射的信号在击中构件表面时也再次反射回构件中，并且由此两次、三次等地通过构件。在每个来回中，探头再次记录信号。在此，根据材料，该信号会越来越弱，直到在几个来回循环之后消失在噪音中。

在超声波检验中会扫描构件。即，时间上依次地实现许多这种脉冲：脉冲也可以被称为发射。在发送另外的脉冲之后，在接收到的时间信号中除了可以看到实际信号之外，也可能看到较早的脉冲之一的未充分衰减的、特别是经多次反射的、稍后传入的重复回波。然后，这将导致虚假指示或幻象回波，其会被误解为真正的错误。因此，两个脉冲之间必须等待足够长的时间，直至重复回波已充分地衰减。由该等待时间产生脉冲重复率。由于在试件的几何形状复杂的情况下重复回波以不同的速度衰减，因此在此必须将脉冲重复率设置为最迟的回波。

在自动检验中，有时并行地使用多个探头，或者多次地使用一个探头，例如，对于不同的深度区域具有不同的增益等等。如果使用多个探头，则提及检验设备所使用的多个真实的通道，在一个探头被多次使用的情况下，则提及多个虚拟的通道。但是，每个真实或虚拟的通道可能在每个另外的通道中引起虚假指示。相控阵(phased-array，pa)探头包括多个以阵列方式布置的振荡器，该阵列可以是一维的或者同样可以是二维的。通过经延迟的脉冲和各个元件的接收，可以电子地控制声透射角(einschallwinkel)，可以将声束的焦点电子地聚焦到特定的深度，可以线性地移动声锥等。这些延迟设置中的每一个被称为“焦点法”(focallaw)。但是，在相控阵检验中通常不是控制单个角度，而是转动声束。但是在此，转动意味着针对特定的角度设置延迟、点火探头、等待响应、以及随后针对下一个角度设置延迟等等。因此探头必须执行脉冲n次，以执行具有n个不同角度的角度转动。对应地，这同样适用于线性移动或聚焦扫描。类似于使用不同的真实或虚拟的通道进行自动检验的情况，但是在此探头的每个脉冲也同样可能在另外的脉冲中引起虚假指示。相控阵探头同样可以被用在自动检验中，就此而言脉冲重复率同样可能受到上面进一步提到的方面的影响。

在全矩阵捕捉(full-matrix-capture,fmc)或总聚焦方法(totaleocussingmethod,tfm)中使用相控阵探头。在这些方法中，通常以一个元件来执行脉冲并且以所有元件来接收，然后以下一个元件来执行脉冲并且再次以所有元件来接收等等。然后将由此获得的数据计算为结果图像。但是在此，探头的每个脉冲同样可能引起另外的脉冲的虚假指示，这可能对计算出的结果图像产生负面影响。

在合成孔径聚焦技术(syntheticaperaturefocussingtechnigue,saft)中，一同计算多个探头位置的数据，该探头位置的数据可以常规地或以相控阵设计方案的方式提供并且可能来自多个真实或虚拟的通道。在此，还应当注意上面列举的针对避免由后面的重复回波产生虚假指示的条件。

必须在检验之前设置从一个脉冲到下一个脉冲的适当的等待时间，即，设置脉冲重复频率。目前，这由检验人员手动完成。在以一个通道检验的情况下，这仍然非常简单。检验人员可以，更确切地说从一个很大的值开始，只要a图像中还未出现虚假指示，就继续缩短等待时间。

在多个真实和/或虚拟的通道的情况下，在多个焦点法或使用fmc/tfm时，手动设置成为极度耗时的过程。

然而，如果等待时间设置得太长，则这会影响检验时间。因此，必须尝试对等待时间进行优化。

在测量期间，经常发生声音衰减改变，或由于构件几何形状，重复回波在另外的时刻或以不同的强度出现，使得可能在结果图像的一些位置上再次找到虚假指示。然后必须调整针对等待时间的设置，并且可以重新开始测量。

除了对等待时间进行优化之外，有时同样有意义的是，互换真实和/或虚拟的通道或焦点法，以便进一步减小等待时间。然而，在手动设置的情况下，这将导致更加耗时的设置过程。

因此，本发明要解决的技术问题是，在组合不同的测量方法的情况下自动地确定尽可能短的检验周期。例如，常规的探头可以与pa探头和/或fmcapa探头组合使用。

该技术问题借助根据主权利要求的方法以及借助根据副权利要求的设备来解决。

根据第一方面，提出了一种用于借助探头的选择进行超声波检验的方法，其中，借助计算机装置，确定针对所有可能的发射序列(s1)的两个相继的脉冲之间的至少需要的相应的等待时间，并且随后确定探头的尽可能短的检验周期的优化发射序列(s2)。

根据第二方面，提出了一种用于借助前述方法之一进行超声波检验的设备，该设备具有计算机装置，用于计算针对所有可能的发射序列的至少需要的等待时间以及随后计算针对至少一个探头、至少一个相控阵探头和/或至少一个fmcpa探头的组合的优化发射序列。

提出了，首先确定针对每个可能的发射序列pi的至少需要的等待时间twk，其中i＝1…n，并且随后确定优化发射序列。

以从属权利要求请求保护另外的有利的设计方案：

根据有利的设计方案，可以借助计算机装置采集n个脉冲pi与n个接收设置eei的组合，其中i＝1…n。

根据另外的有利的设计方案，可以针对脉冲pi和接收设置eei的n×n组合矩阵，其中i＝1…n，关于长的时间段记录时间信号，该长的时间段包含所有具有相关的幅值的后续回波。

根据另外的有利的设计方案，针对幻象回波的最大允许幅值可以定义预置，并且作为接收设置eei。

根据另外的有利的设计方案，可以从n×n时间信号的矩阵和针对脉冲的可能的排列的幅值预置中，分别导出脉冲pi之后的等待时间以及最小周期持续时间。

根据另外的有利的设计方案，可以选择优化或最佳的脉冲序列。

根据另外的有利的设计方案，可以实施对记录时间段的长度的自动确定，其中，确定表示时间信号的包络线的衰减指数函数，并且检验包络线在记录时间段结束时是否低于特定的值。

根据另外的有利的设计方案，所确定的脉冲pi之后的等待时间被直接用于对检验设备或检验系统的编程。

根据另外的有利的设计方案，可以使用离散优化技术来代替针对所有通道排列的完整计算。

根据另外的有利的设计方案，可以将蒙特卡洛方法(monte-carlo-ansatz)与完整排列方法组合。

根据另外的有利的设计方案，可以在多个位置处测量针对脉冲参数和接收参数的n×n组合中的每一个的时间信号，并且随后关于所有位置确定时间信号的最大值。

根据另外的有利的设计方案，可以与检验并行地以有规律的间隔进行对最短脉冲序列的自动再评估。

根据另外的有利的设计方案，代替确定针对脉冲参数和接收参数的n×n组合中的每一个的所有时间信号，仅需要借助测量确定信号的一部分，其中另外的部分可以通过基础知识来代替。

根据另外的有利的设计方案，对于fmc检验，可以借助单个接收设置来近似地代表多个接收设置。

根据实施例组合附图更详细地描述本发明。附图中：

图1示出了表示具有后续的重复回波的脉冲的第一实施例；

图2示出了探头的待优化的组合的实施例；

图3示出了针对确定探头的优化组合的过程的图示；

图4示出了针对接收器设置eei的图示；

图5示出了具有脉冲重复回波的脉冲的第二实施例的第一图示；

图6示出了具有脉冲重复回波的脉冲的第二实施例的第二图示；

图7示出了具有脉冲重复回波的脉冲的第二实施例的第三图示；

图8示出了具有脉冲重复回波的脉冲的第二实施例的第四图示；

图9示出了根据本发明的方法的实施例。

图1示出了表示具有后续的重复回波的脉冲的第一实施例。

图2示出了探头的待优化的组合的实施例。

在特别是自动检验中，在此使用两个常规的探头、一个pa探头和一个fmcpa探头。两个常规的探头1和2与真实通道1和2连接，pa探头与通道3连接，fmcpa探头与通道4连接。以两种不同的设置对探头1进行脉冲，更确切地说，借助虚拟通道1和虚拟通道2对探头1进行脉冲。以三种不同的设置对探头2进行脉冲，更确切地说，借助虚拟通道1、2和3对探头2进行脉冲，以三种不同的焦点法或延迟设置对pa探头进行脉冲，更确切地说，例如借助三个不同的角度对pa探头进行脉冲，并且fmcpa探头具有四个元件，其中单独地对每个元件进行脉冲，并且之后以所有四个元件进行接收。也就是，在该示例中，一个周期发射了12个脉冲。

对于该情况，适用于自动地优化等待时间和序列。为此，必须确定n个脉冲与n个接收设置的相互作用。

图3示出了针对确定探头的优化组合的过程的图示。

作为第一步骤s1，可以为此开始脉冲p1，并且可以以所有n个(根据该示例为12个)不同的接收设置eei(i＝l…n)，即，以所有与常规的探头对应的虚拟通道、所有延迟设置(更确切地说pa探头)和所有元件fmcpa接收并记录脉冲p1。但是，由于每个常规的探头或pa探头仅能在一个虚拟通道上接收或者仅能以一个延迟设置接收或记录，因此必须多次进行脉冲以对脉冲进行完整的评估，以便依次测试所有虚拟通道。在本示例中，在脉冲1中必须进行至少3x次脉冲，更确切地说，即图2中的黑色、红色和蓝色。

根据接收器的设置，例如当两个接收器设置一致时，可以省略对一些接收器设置的评估。然而，为此必须存在关于接收器设置的基础知识。

如果根据发射元件应当在fmc中使用接收元件的不同的设置，则在此也必须依次测试接收器设置eei。

图3表明，接着分别对脉冲p2至pn重复该过程，其中在该示例中n＝12。由此，呈现关于所有n个脉冲与所有n个接收设置的相互作用的完整的信息。对于n×n组合中的每一个呈现示出交互作用的时间信号。

每个接收器设置eei是特定的增益，该增益尤其可以与时间相关，并且与其中记录有数据的一个或多个时间窗相关联。该时间窗分别具有与按照发送脉冲的时间对应的起始、在其中可以找到脉冲可能的不连续或缺陷的长度。此外，信号仅从特定的信号高度起才有意义，否则信号会消失在噪声中。因此，同样必须始终确定一个信号高度，必须从该信号高度起对信号进行分析。信号高度与一个或多个时间窗一起导致每个接收器设置的一个或多个时间上恒定或可变的“框(blende)”。

在这些“框”内不允许开始另外的脉冲。

图4示出了两个这种“框”。对于另外的示例，将下降的“框”用于接收器设置ee1，将上升的框用于接收器设置ee2。框说明了干扰的重复回波的恰好仍允许的高度，并且可以接受位于其下的回波。

图5示出了脉冲pi的时间走向，该脉冲pi例如已经以接收器设置ee2记录。

在图6中借助至t1的直线而标记的时间窗代表接收器设置eei的框，而不是接收器设置ee2的框。也就是，在从t0至t1的该时间窗内不允许开始另外的脉冲。可以在该时间窗之后，更确切地说在t1之后开始另外的脉冲。

如上所述，“框”或t0k至t1k的时间范围可以与n个接收器设置中的每一个相关联。因此，现在必须对在哪些区域中相应的接收器设置是最早适合的进行评估。在此，该区域应当足够长，由此时间窗适应接收器设置，并且遵守允许的、特别是与时间相关的信号高度。下一个脉冲可以开始得越早，整个脉冲序列就越短。

作为示例，图7示出了接收器设置ee2或“框”ee2不适合于第一间隙，但是适合于随后的第二间隙。

以该方式，可以针对n×n组合中的每一个确定在脉冲pi与脉冲pi+1之间必须等待的时间。图7和图8示出了n×n组合，该n×n组合具有图7中的框ee1、ee2和ee2的第一接收器设置组合和图8中的框ee1和ee2的第二接收器设置组合。

因此，对于给定的通道序列，针对每个通道在时间上适合随后的通道，以便获得尽可能短的序列。可以针对单个脉冲pi的每个可能的序列执行该过程，其中不需要重新测量，而是仅考虑所记录的回波序列。由此，可以进行所有排列的总时间的完整计算。由于直接在最后的通道上再次测量第一通道，因此也必须考虑该配对。在计算结束之后，产生不同的总周期时间的列表(n-1)！，其目前以升序进行排序。表1示出：

表1：

脉冲序列

10-8-4-3-1-2-9-12-11-5-7-6-10-...4.39

10-8-4-3-1-2-9-12-11-6-7-5-10-...4.86

10-4-3-1-9-2-8-12-11-6-7-5-10-...5.49

...

此外，检验倒数第二、倒数第三等脉冲的影响是否可能导致不允许的随后的重复回波。

为此，首先可以将整个序列视为一个整体。在最佳的情况下，在通道的任何一个中都看不到干扰的重复回波。可以如此使用脉冲序列，其中由此可以将总检验时间最小化。由此，算法完成。

如果应当在一个接收器设置或多个接收器设置中看到随后的重复回波，则应当首先识别哪个先前冲击引起了问题。随后，应当在两个脉冲之间对应地延长等待时间。如果例如在脉冲序列10-8-4-3-1-2-9-12-11-5-7-6-10-...中，在脉冲10中发现由脉冲5引起的随后的重复回波，则可以在脉冲5与7、7与6和/或6与10之间适合于间隙地插入附加的等待时间。接着应当检查这是否足够。

在适合地改变了等待时间并消除了所有不期望的重复回波之后，产生了新的稍微更长的总周期时间。在将该总周期时间与另外的脉冲序列的总周期时间进行比较时，可能产生与另外的周期相比更长的周期。

在该情况下，第一脉冲序列的较长的周期在以下所示的表2中可以被认为是足够短的。替换地，可以例如借助用上面描述的方法测试表2中的第二脉冲序列，来实施另外的优化。

表2：

脉冲序列

10-8-4-3-1-2-9-12-11-5-7-6-10-...经调整4.89

10-8-4-3-1-2-9-12-11-6-7-5-10-…4.86

10-4-3-1-9-2-8-12-11-6-7-5-10-…5.49

...

总之，本发明的特征在于以下关键特征：

针对脉冲pi和接收设置eei的n×n组合矩阵，其中i＝l…n，关于长的时间段记录时间信号，该时间段包含所有具有相关的幅值的后续回波。

针对幻象回波的最大允许幅值定义了预置，并且作为“框”或作为接收设置eei。

从n×n时间信号的矩阵和针对脉冲的可能的排列的幅值预置中，分别导出脉冲之后的等待时间以及最小周期持续时间。

基于此，选择优化或最佳的脉冲序列。

可能会出现以下变形方案：

自动确定记录时间段的长度，其中，可能产生具有较长的记录时间段的重复。这例如可以通过确定衰减指数函数来进行，衰减指数函数表示并检验时间信号的包络线。例如可以检验包络线在记录时间段结束时是否低于特定的值，例如针对幻象回波的最小的幅值预置是否过大。

所确定的脉冲pi之后的等待时间被直接用于对检验设备或检验系统的编程。

在大量通道的情况下，可以使用已知的离散优化技术来代替针对所有通道排列的完整计算。

在非常复杂的系统中，对最短的等待时间进行详尽搜索可能在计算上非常高成本，因此排列的数量随着通道数量的阶乘而增加。在该情况下，例如可以将蒙特卡洛方法与完整排列方法组合。可以按照以下实施：

不是完整地计算所有排列，而是随机地选择通道的子集，然后对该子集进行完全排列和优化。随后，对其余通道执行相同的过程，以便随后将所有通道串在一起。由此明显减少了计算时间，因此可以使用一串子集选择。代替划分为两个子集，也可以进行到三个或更多的子集的更细的划分。在这种方法中，总检验持续时间不再是最佳的，但可以近似最佳的检验持续时间。

在试件具有与位置相关地波动的材料特性的情况下，或者如果试件的几何形状沿扫描路径变化，这可以通过在多个位置处测量针对脉冲参数和接收参数的n×n组合中的每一个的时间信号以及随后关于所有位置确定时间信号的最大值来考虑，并且由此可以如上所述地执行根据本发明的方法。

特别是在具有与位置相关地波动的材料特性的试件的情况下，同样地可以与检验并行地以有规律的间隔进行对最短脉冲序列的自动再评估。

代替确定针对脉冲参数和接收参数的n×n组合中的每一个的所有时间信号，也可以仅借助测量确定信号的一部分，其中另外的部分可以通过基础知识或借助另外的合适的假设来代替。

对于fmc检验，可以借助单个接收设置来近似地代表多个接收设置。

用于找到干扰的先前冲击或先前脉冲的可能方法可以是如下：

如果例如在脉冲序列10-8-4-3-1-2-9-12-11-5-7-6-10-000中，可以在接收器设置10中发现随后的重复回波，则可以将链逐步地缩短或延长。在此，延长会更直接地导致结果。已知的是，随后的重复回波的信号变得越来越弱。即，首先尝试链7-6-10，然后尝试链5-7-6-10、链11-5-7-6-10，并且确定脉冲中的哪一个引起了问题。

用于检查对脉冲序列的调整是否足够的另外的可能的方法可以是对部分链的测试，以及随后对完整的检察链的测试。对部分链的测试可以被实施为使得逐步地增加部分链长度，因为否则必须进一步地移动脉冲。

如果由此其余信号进一步地位于相关的框之下，并且以该方式增加了信噪比，也可以代替表1中最短的脉冲序列而选择稍长的脉冲序列。

创造性的步骤如下所示：

与现有技术相反，脉冲重复率和通道的序列机器地确定。在详尽搜索的情况下保证了最佳的短的检验持续时间，而在手动确定的情况下需要大量的开销和许多的经验才能获得类似的结果。

本发明具有以下优点：

可以有效地最小化检验持续时间。可以有效地降低检验成本。可以实现对检验设备和检验人员的最佳的使用。可以避免由于幻象回波而必须进行校正的有缺陷的检验。

由于可以考虑多个位置，因此在试件具有与位置相关地波动的材料特性的情况下也可以有利地实现检验时间优化。

图9示出了根据本发明的方法的实施例。借助计算机装置，在第一步骤s1中确定针对所有可能的发射序列的两个相继的脉冲之间的至少需要的相应的等待时间，并且随后在第二步骤s2中确定探头的尽可能短的检验周期的优化发射序列。