棒材相控陣檢測系統性能評價試塊的制作方法
【專利摘要】一種棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，有一組軸向系列樣塊和/或一組周向系列樣塊；它們均由待測棒材或與待測棒材直徑相同或相近的棒材加工而成；一組軸向系列樣塊中具有一個以上的軸向樣塊，各軸向樣塊由棒材縱剖截取而成，其縱切面上具有人工缺陷組；一組周向系列樣塊中具有一個以上的周向樣塊，各周向樣塊為由棒材橫截而成的圓餅狀樣塊，各周向樣塊橫截面上具有人工缺陷組；各軸向樣塊和周向樣塊與相控陣探頭的接觸面為一曲面，該曲面的曲率與待測棒材曲面曲率相同或相近。其通用性強，可適用于棒材相控陣檢測系統的參數研究；能系統地對棒材相控陣檢測系統（包含晶片曲面分布式探頭或聯結曲面楔塊探頭）的多種性能指標做出評價。
【專利說明】棒材相控陣檢測系統性能評價試塊
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于無損檢測【技術領域】，具體涉及一種棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，該試塊可用于棒材相控陣檢測系統性能的評價及棒材相控陣檢測參數研究。
【背景技術】
[0002]與常規A型脈沖回波式超聲檢測系統不同，相控陣檢測系統通常包含具有多振元的陣列探頭。通過對各振元的激勵的延時，可實現檢測聲束的偏轉和聚焦，而相控陣的檢測結果通常以線掃描或扇掃描所得的B型圖像呈現。
[0003]常規A型脈沖回波式超聲檢測系統的對比試塊及性能評價試塊等無法體現出相控陣檢測系統的特點，且難以對相控陣檢測系統的綜合性能進行完整地評價。
[0004]目前，相控陣檢測系統的性能評定依據計量技術規范JJF1338-2012相控陣超聲探傷儀校準規范，規范中利用專用試塊A、B對相控陣檢測系統的扇掃成像橫向分辨力、扇掃成像縱向分辨力、短缺陷分辨力、成像橫向幾何尺寸測量誤差、成像縱向幾何尺寸測量誤差、扇掃角度范圍測量誤差以及扇掃角度分辨力等性能指標做出評價。利用規范中所提及的專用試塊A、B時，相控陣探頭與試塊的接觸面為平面(即探頭直接接觸或探頭通過平面楔塊接觸)，而利用相控陣檢測系統檢測棒材時，由于棒材曲率的影響，需采用與棒材曲率搭配的曲面(水浸)探頭或曲面楔塊。此時，受棒材曲率的影響，成像質量、實際聚焦深度、扇掃角度范圍等均已發生變化，利用專用試塊A、B所進行的性能評價便不再準確。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其可以解決現有相控陣檢測系統評價試塊及方法對于棒材(接觸面為曲面)不適用的問題。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采取以下設計方案:
[0007]—種棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，包括有一組軸向系列樣塊和/或一組周向系列樣塊；
[0008]所述的軸向系列樣塊和周向系列樣塊均由待測棒材或與待測棒材直徑相同或相近的棒材加工而成；
[0009]所述的一組軸向系列樣塊中具有一個以上的軸向樣塊，各軸向樣塊由所述棒材縱剖截取而成，其具有的兩側縱切面的間距與相控陣探頭的陣列寬度一致(即可與作業中執行掃查的相控陣探頭的主動窗相重合)；所述各軸向樣塊的縱切面上至少具有一個人工缺陷組；
[0010]所述的一組周向系列樣塊中具有一個以上的周向樣塊，各周向樣塊為由所述棒材橫截而成的圓餅狀樣塊，圓餅狀樣塊的厚度與相控陣探頭的陣列寬度一致(即具有的兩橫截面可與作業中執行掃查的相控陣探頭的主動窗相重合)；所述的各周向樣塊橫截面上至少具有一種人工缺陷組；
[0011]各軸向樣塊和周向樣塊與相控陣探頭的接觸面為一曲面，該曲面的曲率與待測棒材曲面曲率相同或相近。
[0012]所述棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊包括有一組軸向系列樣塊和一組周向系列樣塊，兩組中分別具有的人工缺陷組種類相同。
[0013]所述棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，所述的人工缺陷組包括如下7個種類:
[0014]I)用于扇掃成像縱向分辨力研究和評價的缺陷組；
[0015]2)用于扇掃成像橫向分辨力研究和評價的缺陷組；
[0016]3)用于短缺陷分辨力研究和評價的缺陷組；
[0017]4)用于成像橫向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組；
[0018]5)用于成像縱向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組；
[0019]6)用于相控陣掃描聚焦深度研究的缺陷組；
[0020]7)用于扇掃角度范圍測量誤差及扇掃角度分辨力分析的缺陷組。
[0021 ] 所述棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，所述軸向樣塊由所述棒材縱剖截取而獲得的兩側縱切面是以過軸心平面為對稱中心。
[0022]所述棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，所述一組軸向系列樣塊為一個集全部或部分人工缺陷組的一體式軸向樣塊。
[0023]所述棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，所述一組軸向系列樣塊由兩個以上的分體軸向樣塊組合構成，每個軸向樣塊上具有一個以上的人工缺陷組，各分體軸向樣塊上的人工缺陷組互不相同，所有分體軸向樣塊上的人工缺陷組的集合為全部或部分種類的人
工缺陷組。
[0024]所述的軸向系列試塊可使與之配合的相控陣探頭的主動窗與過棒材軸心的縱切面重合，從而能夠很好的研究相控陣檢測系統在棒材縱切面上的掃查能力。
[0025]所述的周向系列試塊可使與之配合的相控陣探頭的主動窗與棒材的橫截面重合，從而能夠很好的相控陣檢測系統在棒材橫截面上的掃查能力。
[0026]所述的人工缺陷組加工于樣塊上，用于棒材軸向和周向相控陣掃描成像的參數研究和性能指標評價。
[0027]本實用新型的優點是:
[0028]第一，通用性強，可適用于多直徑棒材的試塊設計，適用于棒材相控陣檢測系統的參數研究；
[0029]第二，設計軸向和周向兩系列的參考試塊，可系統地對棒材相控陣檢測系統(包含晶片曲面分布式探頭或聯結曲面楔塊探頭)的扇掃成像橫向分辨力、扇掃成像縱向分辨力、短缺陷分辨力、成像橫向幾何尺寸測量誤差、成像縱向幾何尺寸測量誤差、扇掃角度范圍測量誤差以及扇掃角度分辨力等性能指標做出評價。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中的軸向系列樣塊結構示意圖(為集全部種類人工缺陷組的一體式軸向樣塊)。
[0031]圖2為圖1所示的軸向樣塊的側視圖(不包括探頭I)。[0032]圖3為本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中的周向系列樣塊結構示意圖(包含了全部種類的人工缺陷組)。
[0033]圖4為圖3所示的各周向樣塊的側視圖(不包括探頭I)。
[0034]圖5為本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊一優選實施例結構示意圖。
[0035]圖6為本實用新型又一實施例結構示意圖(軸向系列，為集部分種類人工缺陷組的一體式軸向樣塊)。
[0036]圖7為本實用新型又一實施例結構示意圖(軸向系列，由若干個集部分種類人工缺陷組的分體式軸向樣塊組合)。
[0037]圖8為對本實用新型軸向系列樣塊具體加工人工缺陷組的結構示意圖。
[0038]圖9為對本實用新型周向系列樣塊具體加工人工缺陷組的結構示意圖。
[0039]圖10為本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊又一實施例結構示意圖。
[0040]圖11為本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊又一實施例結構示意圖。
[0041]圖12為對本實用新型一直徑IOOmm棒材制作的軸向樣塊檢測后得到的軸向扇掃成像圖。
[0042]圖13為對本實用新型一直徑IOOmm棒材制作的軸向樣塊檢測后得到的周向扇掃成像圖。
[0043]圖中:1 一探頭；2—軸向樣塊；2’ 一周向樣塊；2A—軸向樣塊與探頭的接觸面；2’ A—周向樣塊與探頭的接觸面；B—探頭與軸向樣塊、周向樣塊的接觸面；3—人工缺陷組；4_定位槽；
[0044]301—用于扇掃成像縱向分辨力研究和評價的缺陷組；
[0045]302—用于扇掃成像橫向分辨力研究和評價的缺陷組；
[0046]303—用于短缺陷分辨力研究和評價的缺陷組；
[0047]304—用于成像橫向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組；
[0048]305—用于成像縱向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組；
[0049]306—用于相控陣掃描聚焦深度研究的缺陷組；
[0050]307—用于扇掃角度范圍測量誤差及扇掃角度分辨力分析的缺陷組。
[0051]下面結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0052]本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊的基本構成為一組軸向系列樣塊(參見圖1和圖2)和/或一組周向系列樣塊(參見圖3和圖4，)。
[0053]參見圖1至圖4所示，所述的軸向系列樣塊和周向系列樣塊均可以由待測棒材或與待測棒材直徑相同或相近的棒材加工而成，各樣塊的加工面(軸向樣塊2的縱切面，周向樣塊2’的橫斷面)上至少具有一個人工缺陷組3。
[0054]所述一組軸向系列樣塊可以是一個一體式的軸向樣塊2，或是由一個以上的分體式軸向樣塊2組合構成。這些軸向樣塊2均可以由待測棒材或與其直徑相同或相近的棒材縱剖截取而獲得，其兩側縱切面是以過軸心平面為對稱中心，兩側縱切面的間距與相控陣探頭的陣列寬度一致(即可與作業中執行掃查的相控陣探頭的主動窗相重合)。圖1所示實施例中，選取一過軸心平面作為加工基準面，在加工基準面的兩側對稱的12.5mm處選取兩平行于加工基準面的平面作為待加工面，兩待加工面間距25mm (當相控陣探頭的陣列寬度大于25mm時，應相應增大間距)，銑削加工兩平面，從而得到軸向系列的待加工樣塊。
[0055]所述的一組周向系列樣塊中，可以是由一個以上的周向樣塊2’組合而成，各周向樣塊2’為由待測棒材或與待測棒材直徑相同或相近的棒材橫截而成的圓餅狀樣塊，圓餅狀樣塊的厚度與相控陣探頭的陣列寬度一致(即具有的兩橫截面可與作業中執行掃查的相控陣探頭的主動窗可以相重合);所述的各周向樣塊橫截面上至少具有一種人工缺陷組3。圖3示出的是具有全部種類人工缺陷組的一組周向系列樣塊，各周向樣塊沿軸心的垂直面將棒材截成厚度25mm (當相控陣探頭的陣列寬度大于25mm時，應相應增大間距)的圓餅狀樣塊。
[0056]本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，軸向樣塊和周向樣塊與探頭的接觸面2A、2’ A均為一曲面，由于加工原材料的選取，該曲面的曲率與待檢測棒材的曲率相同或相近，能較好地反應實際檢測中曲率的影響。
[0057]本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊中，所述的人工缺陷組3為一系列不同尺寸、不同分布方式的橫通孔和平底孔，具體如圖1、圖2所示。全部人工缺陷組包含:用于扇掃成像縱向分辨力研究和評價的缺陷組301、用于扇掃成像橫向分辨力研究和評價的缺陷組302、用于短缺陷分辨力研究和評價的缺陷組303、用于成像橫向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組304、用于成像縱向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組305、用于相控陣掃描聚焦深度研究的缺陷組306和用于扇掃角度范圍測量誤差及扇掃角度分辨力分析的缺陷組307。
[0058]本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊在實際應用中，可按實際測定的需要采用多種形式組件的組合。
[0059]圖5示出了本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊一優選實施例，集合了具有全部種類人工缺陷組的一組軸向系列樣塊和一組周向系列樣塊。
[0060]所述的一組軸向系列樣塊中可以是一個集全部種類人工缺陷組的一體式軸向樣塊(如圖1所示)，也可是集部分種類人工缺陷組的一體式軸向樣塊(如圖6所示)，或是由若干個集部分種類人工缺陷組的分體式軸向樣塊組合構成(如圖7所示)。各人工缺陷組可加工于同一塊足夠長的樣塊上，也可分開加工，但為避免兩缺陷組間及樣塊端面帶來的影響，人工缺陷組間距以及人工缺陷組與樣塊端面的間距應大于25mm。各缺陷組均依照圖8中的尺寸及分布設計要求加工，其中缺陷組303和307還包含用于探頭中心對準的定位槽4。
[0061]所述的一組周向系列樣塊中，各人工缺陷組分開加工于9個圓餅狀樣塊上(如圖9所示)。其中，缺陷組301、302、303和306均將缺陷組的第一個孔置于圓周的軸線上，深度與圖紙要求相符，為方便檢測實施，在此軸線頂端加工用于探頭中心對準的定位槽。其余缺陷按圖紙設計排布，但當圓周直徑過小造成缺陷組無法完整排布時，采用對稱的方式，將超出部分整體對稱分布至軸線的另一側。為避免缺陷信號相互干擾，將缺陷組303中的4對平底孔缺陷加工與4個樣塊上。缺陷組304和305加工與統一樣塊上。缺陷組307中，兩圓弧的中心位于圓周的頂點，兩圓弧半徑的重合于圓周的軸線，若兩圓弧分布的缺陷超出圓周面則不需加工。
[0062]正常情況下:一組軸向系列樣塊和一組周向系列樣塊中所含的人工缺陷組種類及
數量是一致的。[0063]圖10至圖11示出的是為本實用新型棒材相控陣檢測系統性能評價試塊的另外兩種組合形式。其中，圖10中，所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊是具有部分種類人工缺陷組的一體式軸向樣塊和具有部分種類人工缺陷組的一組周向樣塊組合構成；圖11中，所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊是具有部分種類人工缺陷組的兩個分體式軸向樣塊和具有部分種類人工缺陷組的一組周向樣塊組合構成。
[0064]下面是以直徑為IOOmm的棒材檢測為例，僅列述其扇掃成像縱向分辨力的研究與評價。
[0065]經常規超聲掃查，選取一段信噪比良好、無明顯缺陷信號的棒材作為試塊的加工材料。依加工設計圖的尺寸要求(圖8、圖9)，將棒材加工為軸向和周向系列待加工樣塊，然后按圖紙中缺陷組的尺寸及分布加工人工缺陷。
[0066]布置相控陣探頭使相控陣的主動窗與軸向系列的平面方向一致，即相控陣探頭的電子掃查面為棒材的軸向縱切面，掃查軸向系列301缺陷組。調整儀器參數設置，使301缺陷組中所有人工缺陷均被檢測到，觀察相控陣儀器的扇掃圖像(如圖12所示)，能清晰分辨的兩缺陷的最小間距即為棒材相控陣檢測系統軸向扇形掃查的縱向分辨力，圖3中顯示為Imm0
[0067]布置相控陣探頭使相控陣的主動窗與周向系列的平面方向一致，即相控陣探頭的電子掃查面為棒材的橫截面，掃查周向系列301缺陷組。調整儀器參數設置，使301缺陷組中所有人工缺陷均被檢測到，觀察相控陣儀器的扇掃圖像(如圖13所示)，能清晰分辨的兩缺陷的最小間距即為棒材相控陣檢測系統軸向扇形掃查的縱向分辨力，由于相控陣電子掃查面受棒材曲率的影響，缺陷成像產生畸變，其縱向分辨率如圖13中顯示為2_。
[0068]上述各實施例可在不脫離本實用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本申請專利的保護范圍。
【權利要求】
1.一種棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其特征在于包括有一組軸向系列樣塊和/或一組周向系列樣塊； 所述的軸向系列樣塊和周向系列樣塊均由待測棒材或與待測棒材直徑相同或相近的棒材加工而成； 所述的一組軸向系列樣塊中具有一個以上的軸向樣塊，各軸向樣塊由所述棒材縱剖截取而成，其具有的兩側縱切面的間距與相控陣探頭的陣列寬度一致；所述各軸向樣塊的縱切面上至少具有一種人工缺陷組； 所述的一組周向系列樣塊中具有一個以上的周向樣塊，各周向樣塊為由所述棒材橫截而成的圓餅狀樣塊，圓餅狀樣塊的厚度與相控陣探頭的陣列寬度一致；所述的各周向樣塊橫截面上至少具有一種人工缺陷組； 各軸向樣塊和周向樣塊與相控陣探頭的接觸面為一曲面，該曲面的曲率與待測棒材曲面曲率相同或相近。
2.根據權利要求1所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其特征在于:所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊包括有一組軸向系列樣塊和一組周向系列樣塊，兩組中分別具有的人工缺陷組種類相同。
3.根據權利要求1所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其特征在于所述的人工缺陷組包括如下7個種類: 1)用于扇掃成像縱向分辨力研究和評價的缺陷組； 2)用于扇掃成像橫向分辨力研究和評價的缺陷組； 3)用于短缺陷分辨力研究和評價的缺陷組； 4)用于成像橫向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組； 5)用于成像縱向幾何尺寸測量誤差分析和評價的缺陷組； 6)用于相控陣掃描聚焦深度研究的缺陷組； 7)用于扇掃角度范圍測量誤差及扇掃角度分辨力分析的缺陷組。
4.根據權利要求1所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其特征在于:所述軸向樣塊由所述棒材縱剖截取而獲得的兩側縱切面是以過軸心平面為對稱中心。
5.根據權利要求1所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其特征在于:所述一組軸向系列樣塊為一個集全部或部分人工缺陷組的一體式軸向樣塊。
6.根據權利要求1所述的棒材相控陣檢測系統性能評價試塊，其特征在于:所述一組軸向系列樣塊由兩個以上的分體軸向樣塊組合構成，每個軸向樣塊上具有一個以上的人工缺陷組，各分體軸向樣塊上的人工缺陷組互不相同，所有分體軸向樣塊上的人工缺陷組的集合為全部或部分種類的人工缺陷組。
【文檔編號】G01N29/30GK203688508SQ201320890924
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】李楊, 高東林, 陳泉, 吳海燕, 張倫兆, 吳洋林, 袁琪 申請人:北京有色金屬研究總院