利用超声波对工件进行无损检测的测试探头、测试探头组件以及测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及利用超声波进行无损检测工件的测试探头10。该测试探头具有产生超声波扫描场的超声换能器20，其与延迟线部分12声学耦合，该延迟线部分12设置在用于耦合超声波扫描场到工件上的工件的表面上。此外，本发明专利技术涉及测试探头组件以及利用超声波进行无损检测工件的测试装置，包括测试探头10，其超声换能器20具有多个可独立控制的单个的振荡器。而且，具有控制单元50，其设置成以相位精度方式控制超声换能器20的各单独的振荡器，即产生一与中心光束旋转对称的声场。测试探头或测试探头组件以及测试装置尤其适用于声波的角干涉或用于曲面工件的表面区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用超声波对工件进行无损检测的测试探头、测试探头组件以及测试装置本专利技术涉及利用超声波进行工件的无损检测的测试探头、利用超声波进行工件无损检测的测试装置、利用超声波进行工件无损检测的测试探头组件以及根据本专利技术的测试探头或测试探头组件的应用。本专利技术特别涉及在曲面工件表面区域条件下的声波的角透射 (angular intromission)。在本专利技术申请的全文中，为了简便，将被测物称为“工件”或“测试单元”。特别地，本专利技术涉及所谓的DGS方法框架下的超声测试领域。DGS方法(DGS =距离，增益，尺寸)已经作为现有技术被熟知很长一段时间了。 DGS方法最初发展用于在被测物中产生旋转对称声场的平面圆型直波束探头。它是基于工件上实际反射部分(例如，杂质，空腔，裂缝，等等)的回波振幅与圆盘形反射器的回波信号的比较。借助于所谓的DGS-图表，测试人员通过实际反射体的回波振幅与DGS-图表中记录的圆盘形反射器的曲线阵列的比较可以测定表征实际反射部分的等效反射体尺寸 (ERS)。为此，测试人员选择装置的增益，使参考信号(通常为背面回波)达到预先设定的屏幕高度。而且，调整反射回波的增益到相同的屏幕高度。DGS-评价中包括参考和反射回波，以及声波路径之间的增益差异。DGS-方法通常用于测定工件中反射体的尺寸，例如，超出由技术标准(参见例如EN5831)预先设定的记录的限度。关于利用超声波无损检测工件的进一步的细节，特别是利用DGS-方法，可以从由J. Krautkramer，H. Krautkramer所著的书,Materials Testing with Ultrasonic Sound，1986 (第五版)中获得，由 Publishing House(ISBN 3-540-15754-9)发行，特别在第 19. 2 章。然而，在目前利用DGS方法的实验性研究情况下，发现在声波角透射的测试或在曲面工件表面区域的声波角透射的测试中会产生由数值带来的意外的较大偏差，该方法曾被期望用于圆盘形反射器的检测。偏差的大小因此取决于所用测试探头的类型。因此本专利技术目的是说明利用超声波进行无损材料检测的测试探头，尤其是声波角透射或在曲面工件表面区域的声波透射的情况下，该曲面工件表面区域的形状使得在工件中形成的声场可以对回波信号进行特别简单的解释或评价。此外，应该说明具有测试探头和控制单元的测试装置，其具有相同的优势。最终，应该对测试探头组件进行说明，其在工件中的声场具有简化的判读性和可评估性。最后，将说明根据本专利技术的测试探头或测试探头组件或根据本专利技术的测试装置的有利的应用。本目的由根据权利要求1的测试探头、根据权利要求12的测试装置、根据权利要求19的测试探头组件以及根据权利要求23的应用来实现。在声场透射进入具有平面区域的工件内的情况下，本专利技术目的的解决方案是基于这样的提案，即将具有平面圆形超声波换能器和已知延迟线的预设垂直测试探头的声场数学地转换为具有预设的延迟线和透射角的角透射换能器，在选定透射角作为预设的垂直测试探头的情况下，其在测试物质中形成相同的声场。另一方面，如果声波透射到具有非平面表面区域工件中检测时，那么该任务的解决方案基于这样的提案，即在声波透射进入平面表面区域的情况下，将具有平面圆形超声换能器和已知的延迟线的预设垂直测试探头的声场数学上转换为同样的具有预设延迟线的垂直透射换能器，其中调整延迟线器件表面区域，即，与工件接触的区域耦合到工件的非平面表面区域的设计。在此，以优选方式提出圆柱形弯曲的工件表面区域。因此，在工件非平面表面区域的选定声波透射条件作为声波透射进入平面表面区域条件下的预设垂直测试探头的情况下，后面的换能器应在测试物质中形成相同的声场。对于延迟线，物质也可以是水，即，测试探头用于所谓的浸没法。最后，基于同样的考虑，通常情况下穿过非平面的工件表面的声波角透射的检测也是可行的。根据本专利技术的测试探头是利用超声波的声场角透射来进行工件的无损检测的。具有产生超声波声场的超声波换能器，其与延迟线器件声学耦合。延迟线器件本身利用工件的表面区域上的耦合区域将超声场耦合进入工件。该表面区域可以是平面，但也可以是曲面。通常，将延迟线器件的耦合表面区域设置成与待测工件的几何形状互补的形式。在复杂的理论和实验研究的背景下，现在已经证明来源于工件体内部的反射体超声信号的判读性得到了相当程度的改进，如果能够确保选择了适当的检测技术，由测试探头产生的耦合到工件之后的超声场基本上与其主传播方向是旋转对称的。实际上，在此旋转对称是更加可取的。然而，在本专利技术的“旋转对称”的背景下，声场同样是不言自明的，该声场具有关于主传播方向的旋转对称，即，能够围绕主传播方向旋转，例如，120° (三重对称)，90° (四重对称)也或者60° (六重对称)转变为自身。根据本专利技术，超声换能器所在位置处的延迟线器件的表面区域的形状不是以平面的方式存在。特别地，超声换能器所在位置处的延迟线器件表面区域设置成能够可选的，以便从超声换能器不同点发射出的元波不论角透射或是穿过工件的非平面的表面区域的透射，都在工件体内部表现得像具有环形振荡器的预设垂直测试探针，即，在工件内部形成相对于中心波束旋转对称的相同的声场。通过考虑费马定律和延迟线与测试物之间界面处的折射，将所有声束从平的环形直探头到带有给定延迟线长度和给定的透射角的斜探头的飞行时间进行转变，就可以解决该问题。对近场内所有可能的声束进行这种计算。平面圆形换能器的近场特征在于，中心波束和来自圆形换能器周边的波束的飞行时间的差异是T/2，其中T是超声波的循环周期。 由此，所得的点云定义了斜探头的新的换能器的形状。已经提到了只有在连续超声波的情况下上述提到的情形才是绝对适用的。在大多数的测试设置中，使用了脉冲超声波。作为试验性的，我们能够得到在本专利技术的背景下使用脉冲超声似乎将导致与上述规定的情形相比较小的偏差，近场的情形更加典型。该偏差可能与短的超声脉冲的高分散性有关系，可以通过引入经验性质的校正因子A得以解决。代表性地，A范围在0.8到1之间。因此，改进根据本专利技术方法整体的精确度的方法是或者对每一个给定的测试探头引入比例修正因子A，其只能通过试验测定，或者代替依赖于典型的近场长度条件，确定了一个新的正如在前述段落中进一步详细描述的评价脉冲声场的起始点，其区别于上述提到的典型的近场条件。已经发现一个以脉冲形式发射的给定的测试探头声场的数字模拟能提供更加精确的有关声轴上最大声压位置的测定结果。然后该位置以数字的近场长度被识别并对脉冲超声波的特殊性质做出解释。第一种方法的优势在于简便，而后者在根据本专利技术方法和探头的实际应用中会产生较好的结果。很明显根据本专利技术的测试探头在给定的透射角和/或在穿过工件非平面表面区域的透射情况下，是特别适于利用DGS方法对工件中反射体尺寸的检测。以下将对各种技术性概念进行讨论，根据本专利技术的由测试探头产生的超声场，该声场的分布在其完全进入到工件体内后产生。在多数应用中，如果超声换能器所在位置处的延迟线器件的表面区域在声波的透射平面具有S形的轮廓，被证实是有利的。因此，该平面作为声波透射平面，其由在延迟线器件内的超声波的主传播方向和在超声波耦合位置处的工件表面区域上的曲面法线确定。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WD·克莱纳特，G·施普利特，
申请(专利权)人：通用电气传感与检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：