[发明专利]通过超声检测材料中的缺陷的方法

说明书

本发明涉及一种超声检测材料中缺陷的方法，包括以下步骤：从超声发射换能器发射超声，其中所述超声发射换能器布置在发射位置处抵靠在所述材料上；通过超声接收换能器获取至少一个时间信号，所述至少一个时间信号表示在测量期间在测量位置处在材料中随时间传播的超声的振幅，其中所述超声接收换能器布置在相对于所述发射位置的接收位置处抵靠在所述材料上；对于每个测量位置，使用对应于在材料表面传播的超声波的接收，在测量持续时间的初始部分期间在所述测量位置中的至少所述时间信号所取的值来确定所述测量位置的归一化项；对于每个测量位置，在测量期间使用归一化项对时间信号进行归一化以获得归一化的时间信号；和处理不同测量位置的归一化的时间信号以检测材料中的缺陷。

技术领域

本发明涉及对材料的无损检测，并且更具体地涉及通过超声检测并表征材料中的缺陷。

背景技术

超声通常用于实施对材料的无损检测。为此，将超声探头置于待检查材料的表面上，该超声探头在材料中发射超声波。根据材料的结构，这些波在材料中以不同方向变换和传播。换能器接收一部分这些传播的波，并且对它们的分析使得能够检测材料中的任何缺陷。

专利申请US2007/0006651A1公开了一种借助于超声波进行无损检测的方法，该方法基于信号选择的频谱振幅与参考振幅的比较。该申请提到在不同位置进行测量的可能性，并提出将这些测量结合以便获得空间意义上的平均测量信号。

类似地，申请JP2009-270824A公开了一种用于从在材料表面上移动的超声发射器-接收器发送和接收的信号中检测和估计缺陷尺寸的方法。缺陷的表征根据测量信号的强度而确定。通过除以由参比值(等同于无缺陷)获得的信号，对信号进行归一化，以在没有缺陷时将信号值减小到1。该参比值是预先确定的，并且将相同的标准化应用于所有获得的信号。这就是标准的归一化，类似于文献EP 0 330 735A2中所应用的归一化。

然而，这些方法并不完全令人满意的，并且信号仍然受到噪声的影响。实际上，大多数被检查部件具有表面不规则性，例如变形、粗糙度变化、表面事故或焊接(特别是涂层)，这可能导致探头和待检查的材料之间的声学耦合质量的明显变化。并且这种耦合的质量直接影响所进行的测量，并因此影响缺陷检测操作的结果。

特别地，在非均质材料的情况下，即多晶材料，在这种材料中其颗粒尺寸为一个超声波长的量级，由材料结构引起的超声波漫射现象成为主导现象。随后，这种漫射可能导致产生结构噪声，即由探头接收的振幅不可忽略的超声信号，并且所述超声信号的特征类似于由缺陷反射的波的传输的特征。因此，有必要能够在结构噪声和任意的缺陷之间进行精细区分。并且表面不规则性通过信号振幅的衰减及其引起的变化，会妨碍这种检测。

作为说明性示例，图1示出了在金属管道内部获得的测量结果的示例，其中，测量点的阴影越亮，接收信号越强。该图是对应于所述时间信号的衍射区域(即相对于表示结构噪声的部分)的时间信号部分的最大值的图。在这种情况下，所述材料没有内部缺陷，图1中的图中的图案示出了材料中相对均匀(除了两个黑框2、3周围的两个异常)的结构噪声。在这些异常区域中，接收信号的振幅显示了不连续性，并且其振幅明显弱于该图的其余部分。

这两个不连续性是由于针对这些测量点的探头和的材料之间的耦合错误(由材料的表面不均匀性导致)引起的。这些耦合错误在测量中导致类似于由材料内部的缺陷引起的特性，这使得缺陷检测变得迷惑，或者使检测不可能。

更一般地说，表面不规则会以几种方式阻碍信号的解析：

表面不规则引起的高振幅变化可能与缺陷的存在相混淆；

由于发射或接收波的振幅弱，耦合错误可以隐藏缺陷，则检测不到缺陷；

某些缺陷检测方法利用信号的统计稳定性，特别是利用结构噪声的统计稳定性，而由耦合缺陷引起的低振幅损害了这些统计。

发明内容