[发明专利]具有前导体几何形状的确定的脉冲回波方法

说明书

本发明涉及一种用于超声材料检查的脉冲回波方法以及相关的装置。 在此涉及用于发现材料缺陷的声学方法，其中使用了超声。超声检查属于 无损检查方法。由此也可以对处于安装好的状态中的部件例如飞机的支承 元件进行检查。超声检查是一种在能导声的材料(大部分金属都属于此) 中用于发现内部缺陷和外部缺陷的合适检查方法，例如在焊缝、锻造件、 铸件、半成品或管的情况下进行检查。在工程中，对部件的质量的检验的 重要任务是例如保证人员输送设备或者管路(例如用于有害物质的管路) 的安全性。铺设的铁轨按惯例由测试列车来检查。因此，力求提高该方法 的可靠性和精度。

如所有检查方法，超声检验被标准化并且根据准则来执行，例如根据 DIN EN 10228-3 1998-07对钢构成的锻造件的无损检查(第3部分)：由 铁氧体和马氏体钢构成的铸造件的超声检查，其通过引用包含于此。对于 通过超声对工件的无损检查而言已知了合适的检查设备和方法。概括而言 参照J.和H.Krautkr所著的专业书籍《Werkstoffpruefung mit  Ultraschall》(ISBN-13：978-3-540-15754-0第5版(1996年)，Springer (柏林))。

该方法通常基于超声在边界面上的反射。主要使用超声头或者探头来 作为声源，其辐射在10kHz至100MHz的频率范围中。在脉冲回波方法 中，超声头并不发出连续的辐射，而是发出非常短的声脉冲，其持续时间 为1μs并且更小。由发射器发出的脉冲以相关的声速穿过待检查的工件并 且在固体空气边界面上被几乎完全反射。超声头通常不仅能够发送脉冲而 且也可以将进来的脉冲转换成电测量信号，其于是也作为接收器来工作。 声脉冲从发射器通过工件并且又返回所需的时间借助作为分析单元的示 波器和计算机单元来测量。在已知在该材料中的声速c的情况下，以此方 式例如可以检验工件的厚度。这种探头的核心件是至少一个超声转换器， 例如压电元件形式的超声转换器。此外已知的是，例如从WO 2007/144271 中已知，使用由多个可单独激励的、处于固定的布置关系中的超声转换器 构成的相控阵来产生和接收超声脉冲。

该转换器或者这些转换器通常在将例如楔形形状的匹配层(也称前导 体)置中的情况下耦合到待检查的工件上，该匹配层通常由热塑性的合成 物如甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成。在前导体上存在耦合面，通过该 耦合面可将由该超声转换器或者这些超声转换器产生的声耦合输入到待 检查的工件上，其中楔形形状引起声倾斜地射入工件。前导体和该压电元 件或这些压电元件通常设置在壳体中，该壳体在其一侧上封闭并且在其另 一侧上具有耦合开口，由声耦合面发射的超声可以通过该耦合开口射出。

为了在工件和探头(即前导体)之间进行耦合，将耦合介质(例如膏 (溶剂)、胶、水或油)涂覆到待检查的工件的表面上。通常用探头遍历 待检测的表面。这可以手动地、机械化地或自动化地(例如在生产线内) 进行。在后者的情况下，为了传输声信号的目的通常将检查件浸入合适的 液体(浸浴技术)或者限定地润湿。

前导体的与超声检查相关的尺寸的知识例如对于工件缺陷的精确定 位和/或工件尺寸的确定是重要的。此外，尤其是当所谓的AVG方法借助 探头来执行时，前导体的几何形状对借助所谓的AVG方法进行的超声检 查有强烈影响，该探头允许对入射角进行电子调节。在楔形前导体的情况 下，与超声检查相关的尺寸例如是楔形角alpha以及在前导体的耦合面 (也就是说与待检查的工件邻接的边界面)与在前导体的对置的边界面上 被转换器覆盖的面的中点之间的距离d。

已知的是，在超声转换器与前导体之间的连接以可松开的方式构建， 以便在工件的超声检查时根据要检查的工件几何形状和/或在工件中的所 希望的检查方向等等能够改变检查条件譬如入射角。此外，已知的是，将 前导楔形物的特定数据存储在与前导楔形物相连的非易失性存储器中并 且在超声检查时读取该数据并且传输至分析单元。这例如在DE 3327526 A1中公开，然而在实践中证明是非常费事的，因为在前导体与分析单元 之间需要数据通信。以此方式也不能识别前导体在超声转换器上的有缺陷 的安装(例如扭转的安装方向)。