一种超声聚焦探头散焦区内缺陷的灵敏度补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超声检测领域，具体涉及一种超声聚焦探头散焦区内缺陷的灵敏度补 偿方法。
【背景技术】
[0002] 超声聚焦探头发射的声场具有声束细，能量集中，分辨力和灵敏度高等优点。在聚 焦探头工作时，探头内的压电晶片经逆压电效应将电能装换成机械能，激发出超声波，声波 经过透镜作用汇聚到一点，称为探头的焦点。然而，超声聚焦后的焦点并非理论上不占空间 的几何点，而是近似圆柱体，圆柱体内部为聚焦区域，圆柱体外部为散焦区域。
[0003] 在利用聚焦探头进行检测时，当缺陷处于聚焦区时，对于缺陷探头具有很好的检 出能力，检测灵敏度高；当缺陷处于散焦区时，探头检出能力下降，检测灵敏度降低。一般 地，根据缺陷反射回波的幅值大小，可以在一定程度上定性地判断出缺陷的大小。然而，探 头对缺陷的聚焦效果将会影响检测灵敏度，即影响缺陷回波的幅值。所以，聚焦效果的好坏 会影响缺陷大小的判断。例如，对于散焦区内的缺陷会被误判为小缺陷。
[0004] 对一个试件进行内部缺陷检测时，由于其内部缺陷所处的深度是不确定的，故而 不能预设好理想的聚焦位置，以保证所有的缺陷都能处于探头的聚焦区。在这种情况下，有 的缺陷会处于聚焦区，有的缺陷则会处于散焦区，散焦区的缺陷检测灵敏度低，以致造成误 判。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种实用性强，分析计算速度快，而且准确度高， 针对缺陷处于聚焦探头散焦区时的，缺陷的检测灵敏度补偿方法。一种超声聚焦探头散焦 区内缺陷的灵敏度补偿方法，所述灵敏度补偿方法通过制作补偿试样，实测灵敏度补偿曲 线，利用超声显微镜获取待测试样的超声回波数据，提取出缺陷的X、Y、Z空间坐标，再根据 实际的检测条件选取相对应的补偿曲线，最后根据缺陷的深度_和焦点的位置Η焦确定补偿 系数并完成灵敏度补偿；
[0006] 进一步地，所述方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一，设计制作补偿试样；
[0008] 步骤二，绘制灵敏度补偿曲线；
[0009] 步骤三，待测试样超声数据采集；
[0010]步骤四，缺陷位置坐标提取；
[0011]步骤五，缺陷检测灵敏度补偿；
[0012] 进一步地，所述步骤一具体为:选取与待测试样材质相同的材料，制作"翼形"阶梯 试样，所述"翼形"阶梯试样制作是利用每个阶梯模拟大平底缺陷，大平底缺陷尺寸远大于 聚焦探头的焦柱直径，不考虑缺陷的尺寸，只有缺陷所处深度不同；
[0013] 进一步地，所述步骤二具体为:使用超声聚焦探头进行测试，保证增益不变，将探 头的焦点聚焦在某个阶梯上，平移探头依次采集在不同阶梯的底面回波，绘制灵敏度补偿 曲线，曲线的X轴代表缺陷的深度，y轴代表缺陷的回波幅值，曲线的斜率作为补偿系数，用 作灵敏度补偿的权重；
[0014]进一步地，所述步骤三具体为:选取焦点能够聚焦在待测试样内部的聚焦探头，聚 焦深度用Η焦表示，以步进值为50um对整个试样内部进行粗扫，获得整个试样内部缺陷的C-scan像图，然后在C-scan像图中找到待分析的目标区域，再以步进值为5um，进行精确扫查， 并保存全波数据；
[0015] 进一步地，所述步骤四具体为:根据缺陷的回波信号，提取缺陷所在位置的X、Y、Z 空间物理坐标，沿X方向的等间距平行线扫查，以平行线的扫查条数为m，每条平行线上的扫 查点数为n，建立mXn的矩阵排列，根据扫查原理，先确定缺陷的X、Y坐标，再根据纵波的传 播原理，通过公式"a = 4 x c χ /，其中，c为超声波在材料中的传播速度，t为A-scan波形中夹 缺陷回波距界面波的时间，_则表示缺陷的深度位置，采集待测试样超声数据；
[0016] 进一步地，所述步骤五具体为选取合适的补偿曲线，根据缺陷实际深度_偏离探 头焦点ft点的距离确定补偿系数，进而计算出灵敏度补偿值，将结果累加完成散焦区缺陷灵 敏度的补偿；
[0017] 进一步地，所述步骤五中选取合适的补偿曲线的方法为:根据补偿对象的检测条 件选取探头频率一致，聚焦深度_以及增益等参数一致的情况下所测得的补偿曲线；
[0018] 本发明的有益之处在于：
[0019] 1)实现了聚焦探头散焦区内缺陷检测灵敏度的补偿，通过对补偿试块的测量，实 测出灵敏度补偿曲线，并成功应用于聚焦探头的检测；
[0020] 2)与平探头的AVG曲线比较，本文方法更适用于聚焦探头，不仅实现了对散焦区缺 陷的灵敏度补偿，而且具有较高的精度和可重复性，这对于缺陷的快速检测、大小的表征具 有重要意义，有效的避免了缺陷大小的误判；
[0021] 3)通过对散焦区内缺陷检测灵敏度的补偿，有利于材料内部缺陷尺寸及数量进行 统计分析，可以更准确地评价金属材料的纯净度。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明灵敏度补偿方法的总体结构图；
[0023] 图2为本发明灵敏度补偿方法中设计制作的补偿试块；
[0024] 图3为本发明灵敏度补偿方法中聚焦在阶梯3的补偿曲线；
[0025] 图4为本发明灵敏度补偿方法中内部含有缺陷的检测试样；
[0026] 图5为本发明灵敏度补偿方法中补偿曲线的使用流程图；
[0027]图6为本发明灵敏度补偿方法中补偿前的缺陷A-scan和C-scan结果；
[0028]图7为本发明灵敏度补偿方法中理想情况下实测的缺陷A-scan和C-scan结果； [0029]图8为本发明灵敏度补偿方法中补偿后的缺陷C-scan结果。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并 不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做 的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本 发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细 节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。 下面为本发明的举出最佳实施例：
[0032] 如图1所示，超声聚焦探头散焦区内缺陷的灵敏度补偿方法，所述方法针对缺陷处 于聚焦探头散焦区时检测灵敏度低的问题，通过绘制沿探头轴向的同一缺陷在不同深度位 置的回波幅值曲线，建立补偿机制，并对处于散焦区的缺陷回波实际数据进行补偿。补偿 时，根据实际缺陷偏离探头焦点的距离补偿以不同的系数，使散焦区缺陷的灵敏度达到其 在聚焦时的水平。所述方法主要包括以下步骤：
[0033]步骤一，设计制作补偿试块:利用轴承钢材料制作了具有9个阶梯的"翼形"阶梯试 样，如图2所示。试样厚度为3000um，起始阶梯（阶梯1)厚500um，每个阶梯之间厚度差为 300um，利用每个阶梯模拟大平底缺陷，大平底缺陷尺寸远大于聚焦探头的焦柱直径，所以 可以不考虑缺陷的尺寸，保证只有缺陷所处深度不同。
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