用于借助超聲波檢測工件的方法
【專利摘要】本發明涉及用于在工件(2)表面(4)的彎曲區域(6)中借助超聲波檢測工件的方法，包括以下步驟：(a)借助至少一個超聲波轉換器(10a?10f)，在不同的、處于轉動范圍(16a、16b)內的轉動角(Sa、Sb)下將多個超聲波信號(14a、14b)從多個發射位置(Pa?Pf)發射出并投射在工件(2)中，(b)對每個超聲波信號(14a、14b)接收對應的超聲波回波信號(18a、18b)并確定進入工件(2)時或在工件(2)的后壁上產生的超聲波回波(E)的振幅，(c)為每個發射位置(Pa?Pf)確定顯示局部極大值的振幅的超聲波回波(E)，(d1)如果在步驟(c)中為發射位置(Pa?Pf)確定了顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波(E)，則選擇單個超聲波回波的所屬超聲波回波信號(18a、18b),(d2)如果在步驟(c)中為發射位置(Pa?Pf)確定了顯示局部極大值的振幅的多個超聲波回波(E)或者如果為發射位置(Pa?Pf)預先定義了這個，則實施超聲波回波信號(18a、18b)的選擇，在以在步驟(c)中為相鄰的發射位置(Pa?Pf)僅確定具有顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波信號(E)的情況下，方式是選擇這樣的超聲波回波信號(18a、18b)，其處于相鄰的發射位置(Pa?Pf)的具有超聲波回波(E)的最大振幅的超聲波回波信號(18a、18b)的相應轉動角(Sa、Sb)周圍的一定角范圍(24)內并且具有最大振幅的超聲波回波(E)，(e)至少對所選擇的超聲波回波信號(18a、18b)進行評估。
【專利說明】用于借助超聲波檢測工件的方法
[0001]本發明涉及一種用于在工件表面的彎曲區域中借助超聲波檢測工件的方法。
[0002]特別是由纖維復合材料例如玻璃纖維增強或碳纖維增強的塑料(GFK或CFK)制成的工件，可能由于每次選擇的制造方法或根據其應用會有材料缺陷。這特別是在承受高機械應力和安全相關的組件中成為顯著的問題。這種材料的檢測通過超聲波檢測技術來實現無損檢測，特別是通過非接觸的檢測來實現，其中，產生超聲波信號的超聲波轉換器不與工件直接接觸。實際上超聲波例如經由液體路段投射到工件中。此外，非接觸的檢測方法具有的優點是，它能夠實現最佳的檢測覆蓋。但缺點是，超聲波轉換器必須根據工件被精確定位，以獲得令人信服的測量或檢測結果。但是，由于工件自身和使用的超聲波轉換器或超聲波轉換器布置受到一定的機械定位誤差的影響，因此特別是在具有帶彎曲表面的區域的工件中可能也會導致關于工件的特性方面可能沒有明確說明的測量。然后，必須通過校正超聲波轉換器相對于工件的位置再次檢測工件。
[0003]因此，本發明的任務在于提出一種方法，通過該方法來避免上述缺點。
[0004]根據本發明，該任務將通過具有權利要求1的特征的方法得以解決。因此，用于在工件表面的彎曲區域中借助超聲波檢測工件的方法具有以下步驟:
[0005]在步驟(a)中，借助至少一個超聲波轉換器，在不同的、處于轉動范圍的轉動角下，將多個超聲波信號從多個發射位置發射出去并投射到工件中。轉動角被理解成這樣的角，它包圍在超聲波轉換器表面上的垂線和超聲波信號的傳播方向之間。
[0006]在步驟(b)中，對每個超聲波信號均接收到對應的超聲波回波信號并確定在進入工件時或在工件的后壁上產生的超聲波回波的振幅。因此，每個超聲波回波信號包括全部接收的超聲波回波，該超聲波回波通過相應發射出來的超聲波信號例如在其進入工件時、在工件的后壁上的反射產生，或由于材料缺陷產生。
[0007]在步驟(C)中，為每個發射位置確定顯示局部極大值的振幅的超聲波回波并選擇其超聲波回波信號。因此，在步驟(b)中測定的全部超聲波回波信號的振幅在整個轉動范圍來看進行定量估計。從而確定超聲波回波，該超聲波回波相對于其他振幅顯示局部極大值。因此，可能發生這種情況，即對于一個或多個發射位置存在多個局部極大值。隨后，從多個超聲波回波信號中確定呈現具有顯示局部極大值的振幅的超聲波回波的超聲波回波信號，因此，也可在這種情況下在一個或多個發射位置選擇多個超聲波回波信號。如果例如由于過調制，一個發射位置的多個相鄰的超聲波回波信號在動態范圍的上限時具有相同的最大振幅值，則總是選擇這樣的超聲波回波信號，其轉動角與相關超聲波回波信號的轉動角的整數平均值的偏差最小。
[0008]隨后在步驟(dl)中，如果在步驟(C)中為發射位置確定了顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波，則選擇該單個超聲波回波的超聲波回波信號。
[0009]如果在步驟(C)中為發射位置確定了顯示局部極大值的振幅的多個超聲波回波或者如果為發射位置預先定義這個，則在步驟(d2)中進行超聲波回波信號的選擇，在以在步驟(C)中為相鄰的發射位置僅確定具有顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波的條件下，方式是選擇這樣的超聲波回波信號，它們處于相鄰發射位置的具有超聲波回波的最大振幅的超聲波回波信號的相應轉動角周圍的一定角范圍內，而且它們具有最大振幅的超聲波回波。那么，在步驟(C)中確定在具有最大振幅的超聲波回波方面沒有明確的結果時，或者從一開始就確定了這一點的話，則實施步驟(d2)。后者例如可以在這種情況下實施，即某些條件早就已知，因此可將超聲波回波信號的后續選擇限制在已知的角范圍內。然后，根據有關一個或多個相鄰的發射位置的所選擇的超聲波回波信號的幾何角度進行額外選擇。從而將選擇的超聲波回波信號的轉動角傳遞到觀察的發射位置，并且擴大一定的角度范圍。接著選擇這樣的超聲波回波信號，其在所述角度范圍內具有最大振幅。如果例如由于過調制，在角范圍內的一個發射位置的多個相鄰的超聲波回波信號在動態范圍的上限時具有相同的最大振幅值，則總是選擇這樣的超聲波回波信號，其轉動角與相關超聲波回波信號的轉動角的整數平均值的偏差最小。
[0010]隨后在步驟(e)中，至少對所選擇的超聲波回波信號進行評估。因此，所選擇的超聲波回波信號為進一步的評估方法和工件材料質量的評估提供了基礎。在極端情況下可丟棄剩余的超聲波回波信號。但是也可將其他的超聲波回波信號列入進一步的評估中。
[0011]本發明基于這樣的認識，即當指向超聲波信號的傳播方向的入射聲軸(Einschal Iachse)在聲音切入點被定向為垂直于工件表面的切線時，超聲波回波的振幅在進入工件時最大并且對于評估最理想。因此，在這種情況下，反射的超聲波，即進入工件時產生的具有相對于超聲波源最低偏轉的超聲波回波也被反射到超聲波轉換器。
[0012]通過檢測多個超聲波回波信號(其基于不同的、處于轉動范圍的轉動角下的多個超聲波信號的入聲(Einschal Iungen))，緊接著確定并評估超聲波回波的振幅，該超聲波回波在進入工件時或由于工件的后壁所引起，并通過根據本發明選擇理想的超聲波回波信號，有可能的是，通過幾乎不依賴于超聲波轉換器的定位至少對這些選擇的超聲波回波信號進行評估，獲得有效的檢測結果。
[0013]在這種情況下，從多個不同的超聲波回波信號中僅選擇在進入工件時或從工件的后壁獲得的局部最大超聲波回波信號。如果在步驟(C)中為發射位置確定了顯示出局部極大值的振幅的多個超聲波回波或者為發射位置預先定義了這點，則根據相鄰標準(Nachbarschaftskriterium)為該發射位置實施選擇。在這種情況下，在步驟(C)中選擇的回波信號被定向，該回波信號已經為相鄰的發射位置確定。隨后，為超聲波信號或超聲波回波信號定義一定的角范圍，最有利的超聲波回波信號得位于其中且僅選擇它。
[0014]該方法的優點在于，僅通過唯一的檢測過程在不同的轉動角度下從事先確定定義的發射位置進行不同的入聲。不需要重新定位超聲波轉換器，使得檢測費用減少。該方法允許對于工件和超聲波轉換器有大的誤差定位公差，因為通過選擇合適的超聲波回波信號，在評估時至少觀察到這樣的超聲波回波信號，其中存在理想的超聲波回波信號。
[0015]在本發明的優選實施方案中，將單個超聲波轉換器移動到多個發射位置中。但是也可使用多個超聲波轉換器的布置，使得在工件檢測期間不需要改變單個超聲波轉換器的定位。通過多個超聲波轉換器固定的幾何布置，通過相對于工件來定位整個布置也同時定義了每個發射位置。
[0016]這樣的布置可以具有至少一個相控陣超聲波轉換器(Phased-Array-Ultraschallwandler)。在此，為發射位置改變轉動角可以通過電子方式進行。超聲波轉換器不必圍繞轉動軸物理地轉動。為此可將超聲波轉換器設計得更加緊湊，因為不需要用于機械調整機構的空間。從而提高難以接近的工件的可檢測性或檢測覆蓋。檢測時間也可縮短，因為物理轉動例如在液體中比電子轉動需要的時間更多。
[0017]優選地，為了檢測工件的內徑使用這種布置，其指向工件的表面是凹形彎曲的。在這種情況下，相比于平坦表面的布置可將該布置構造得更緊湊。
[0018]優選地，在步驟(a)中分別連續發射出超聲波信號。
[0019]在本發明的另一優選的實施方案中，實現非接觸地對工件進行超聲波檢測。例如通過浸入技術進行檢測，這意味著，將工件和一個或多個超聲波轉換器浸入液體中并將超聲波轉換器的超聲波經過液體路段投射到工件中。在這種情況下，關于超聲波信號的入聲，在超聲波轉換器和待檢測的工件之間沒有機械連接。借助該技術也可檢測工件難以接近的區域。此外，不需要使超聲波轉換器與表面的幾何形狀精確匹配。
[0020]參照附圖的實施例來進一步闡述本發明。圖中示出:
[0021 ]圖1示出了多個超聲波轉換器的布置和在第一發射位置用第一超聲波轉換器檢測時的工件，
[0022]圖2示出了多個超聲波轉換器的布置和在另一發射位置用另一超聲波轉換器檢測時圖1所示工件，
[0023]圖3所示附圖示出了根據轉動角在進入工件時產生的回波的振幅，
[0024]圖4示出了多個超聲波轉換器的布置和工件，具有第一發射位置的所選擇的超聲波回波信號，
[0025]圖5示出了多個超聲波轉換器的布置和工件，具有另一發射位置的所選擇的超聲波回波信號，
[0026]圖6示出了多個超聲波轉換器的布置和工件，具有第一發射位置的處于角范圍內的超聲波回波信號，
[0027]圖7示出了多個超聲波轉換器的布置和工件。具有第一發射位置的所選擇的超聲波回波信號。
[0028]圖1示出了待檢測的工件2，其表面4具有彎曲的區域6，本文中具有大約90°角的凹曲率。但是，該方法也適于其他種類的彎曲表面4并且特別適于具有其他角度的凹形彎曲表面4。表面4也可具有不同的曲率，如凸的和凹的曲率。
[0029]工件2的檢測借助浸入式技術通過超聲波進行，其中工件2浸入在未示出的液體浴中。此外，圖1還示出了多個(在這個案例中為6個)超聲波轉換器10&、1013、10(3、10(1、106、1(^的布置8，它們集成在探頭中。這些超聲波轉換器也浸入在液體浴中。超聲波轉換器1a-1Of分別以相控陣技術(Phased-Array-Technik)驅動。超聲波探頭或布置8的指向工件2的表面12是凹形彎曲的。
[0030]通過超聲波轉換器1a-1Of在布置8內的固定幾何布置和布置8或超聲波探頭相對于工件2的相應定位來同時定義多個發射位置Pa-Pf。這意味著，超聲波轉換器1a定位在發射位置Pa、超聲波轉換器1b定位在發射位置Pb以及其他超聲波轉換器lOc-f定位在相應的發射位置Pt=-Pf。
[0031]在第一步驟(a)中，現在首先借助超聲波轉換器10a，在不同的、處于轉動范圍16a內的轉動角SaT，將多個超聲波信號14a從發射位置Pa發射出并投射到工件2中。多個超聲波信號14a在此穿過液體，優選穿過水。在這種情況下，轉動范圍16a包括總共24°的范圍，其具有從-12°到12°的轉動角53。具有0°轉動角的超聲波信號14a以虛線顯示。在本實施例中，每個超聲波信號14a各以2°的間隔發射出去。
[0032]在步驟(b)中，對每個超聲波信號14a接收到對應的超聲波回波信號18a，在這種情況下由超聲波轉換器1a來接收。但是還有可能的是，相應的超聲波回波信號18a也由另一接收元件接收。在此，超聲波回波信號18a具有多個超聲波回波E，例如一個在超聲波信號進入工件2時引起的超聲波回波E、由于工件2的材料缺陷引起的其他超聲波回波E、或者也具有由于超聲波信號14a在工件2的后壁上反射引起的另一超聲波回波E。隨后確定在進入工件2時或在工件2的后壁上產生的超聲波回波E的振幅。
[0033]隨后在步驟(c)中，首先為發射位置Pa確定具有顯示局部極大值的振幅的超聲波回波E，并選擇其超聲波回波信號18a。
[0034]接著，根據步驟(a)通過超聲波轉換器1b進一步發出多個超聲波信號14b，其中重新在不同的、處于轉動范圍16b內的轉動角Sb下，將它們發射出來并投射到工件2中。轉動范圍16b在此可包括與轉動范圍16a相同的轉動范圍，即在本實施例中為24°。但是，轉動范圍也可與之不同。每個轉動角Sb也可相當于轉動角Sa，但是也可與它們不同，即轉動角Sb的間隔可大于或小于每個轉動角Sa的間隔。隨后為發射位置Pb相應地執行步驟(b)和(C)。圖2詳細地說明了該情況。然后，為所有其他的發射位置SfSf執行全部的步驟(a)、(b)和(C)。同樣在此，可單獨改變每個參數，如轉動角Sc-Sf或轉動范圍16c-16f。
[0035]現在在圖3中顯示這樣的圖，其中畫有曲線20以及曲線22。曲線20在此示出了依賴于轉動角33的超聲波回波信號18a的超聲波回波E的振幅，該超聲波回波E在超聲波信號14a進入工件2時產生。類似地，曲線22示出了超聲波回波信號18b的超聲波回波E的振幅。曲線20對于-8°和+9°的轉動角具有兩個局部極大值。而曲線22僅在+10°的轉動角Sb處具有局部極大值。因此，根據步驟(c)為發射位置Pa確定多個具有顯示局部極大值的振幅的超聲波回波E，即對應于具有-8°和+9°的轉動角53的相應超聲波信號18a的那些超聲波回波E。為發射位置Pb唯一確定具有顯示局部極大值的振幅的超聲波回波E，其屬于具有+10°的轉動角Sb的超聲波回波信號18b。在這種情況下，分別涉及相應的超聲波信號18a、18b，其相應的超聲波信號14a、14b正交于工件的表面4。
[0036]因為為發射位置Pb僅確定了顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波E，所以根據步驟(dl)選擇其所屬的超聲波回波信號18b，即具有+10°的轉動角Sb的超聲波回波信號。
[0037]確定的或選擇的超聲波回波信號18a、18b顯示在有關布置8和工件2的圖4和圖5中。在圖4中可見，屬于步驟(c)中確定的回波信號E的超聲波回波信號18a中的一個投射進工件表面4的彎曲區域6中，而另一超聲波回波信號18a位于該區域的上面。但是，對于進一步的評估而目僅投射進彎曲區域中的超聲波回波?目號18a是相關的。
[0038]現在為了能夠執行相關的超聲波回波信號18a的選擇，在步驟(d2)中觀察相鄰的發射位置Pb的選擇的超聲波回波信號18b。現在，如圖6中詳細闡明的那樣，從所有超聲波回波信號18a的整群中選擇出這樣的超聲波回波信號，其處于相鄰的發射位置Pa的具有超聲波回波E的最大振幅的超聲波回波信號18b的相應轉動角Sb周圍的一定的角范圍24內，在此例如在+-2°內。具有超聲波回波E的最大振幅的超聲波回波信號18b的轉動角Sb在步驟(c)中在+10°處被確定。角范圍24預先確定為+-2°。因此，相關角范圍24包括+10°+_2°，即從+8°到+12°的轉動角53，如圖6中所示。現在，在該角范圍24內觀察所有的超聲波回波信號18a并選擇這樣的超聲波回波信號18a，其超聲波回波E具有最大的振幅。在這種情況下，選擇具有+9°的轉動角53的超聲波回波信號18a。圖7中示出了該選擇過程的結果。
[0039]在這種情況下，僅觀察相鄰的發射位置Sb的具有超聲波回波E的最大振幅的超聲波回波信號18b。但是在個別情況下也可觀察多個相鄰的發射位置S，條件是在步驟(C)中確定了具有多個選擇的超聲波回波信號18a_f的發射位置S。
[0040]緊接著，至少對所選擇的超聲波回波信號18a_f進行評估。而剩余的超聲波回波信號可丟棄。
[0041]因此，通過這樣的處理方法幾乎不依賴于超聲波探頭8布置的定位而實現工件2初始以大量的超聲波信號14在不同的幾何條件下入聲，并且隨后選擇適合評估的超聲波回波信號18a_f。
[0042]參考標記列表
[0043]2 工件
[0044]4 表面
[0045]6彎曲的區域
[0046]8超聲波探頭
[0047]10a、10b、10c、10d、10e、10f 超聲波轉換器
[0048]12 表面
[0049]14a、14b超聲波信號
[0050]16a、16b 轉動范圍
[0051 ] 18a、18b超聲波回波信號
[0052]20 曲線
[0053]22 曲線
[0054]24角范圍
[0055]E超聲波回波
[0056]Pa、Pb、Pc、Pd、Pe、Pf 發射位置
[0057]Sa、Sb 轉動角
【主權項】
1.一種用于在工件(2)表面(4)的彎曲區域(6)中借助超聲波檢測所述工件的方法，所述方法具有以下步驟: (a)借助至少一個超聲波轉換器(1a-1Of)，在不同的、處于轉動范圍(16a、16b)內的轉動角(Sa、Sb)下，將多個超聲波信號(14a、14b)從多個發射位置(Pa-Pf)發射出并投射在所述工件(2)中， (b)對每個超聲波信號(14a、14b)接收對應的超聲波回波信號(18a、18b)并確定在進入所述工件(2)時或在所述工件(2)的后壁上產生的超聲波回波(E)的振幅， (c)為每個發射位置(Pa-Pf)確定具有顯示局部極大值的振幅的所述超聲波回波(E)， (dl)如果在步驟(c)中，為發射位置(Pa-Pf)確定了具有顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波(E)，則選擇所述單個超聲波回波的所屬超聲波回波信號(18a、18b)， (d2)如果在步驟(c)中，為發射位置(Pa-Pf)確定了具有顯示局部極大值的振幅的多個超聲波回波(E)或者如果為發射位置(Pa-Pf)預先定義了這個，則實施超聲波回波信號(18a、18b)的選擇，在以在步驟(c)中為相鄰的發射位置(Pa-Pf)僅確定具有顯示局部極大值的振幅的單個超聲波回波(E)的條件下，所述實施超聲波回波信號(18a、18b)的選擇的方式是選擇這樣的超聲波回波信號(18&、1813)，該超聲波回波信號(18&、1813)處于所述相鄰的發射位置(Pa-Pf)的具有超聲波回波(E)的最大振幅的超聲波回波信號(18a、18b)的相應轉動角(Sa、Sb)周圍的一定角范圍(24)內并且具有最大振幅的超聲波回波(E)， (e)至少對所選擇的超聲波回波信號(18a、18b)進行評估。2.根據權利要求1所述的方法，其中將單個超聲波轉換器(1a-1Of)移動到所述多個發射位置(Pa-Pf)中。3.根據權利要求1所述的方法，其中使用多個超聲波轉換器(1a-1Of)的布置(8)。4.根據權利要求3所述的方法，其中所述布置(8)由至少一個相控陣超聲波轉換器(1a-1Of)構成。5.根據權利要求3或4所述的方法，其中所述布置(8)的指向所述工件(2)的表面(4)是凹形彎曲的。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中在步驟(a)中分別依次發射出所述超聲波信號(14a、14b)。7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中對所述工件(2)進行非接觸的超聲波檢測。
【文檔編號】G01N29/26GK106062549SQ201580010289
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月23日
【發明人】菲利克斯·科伯, 克斯廷·肖爾茲, 埃德加·扎烏斯
【申請人】阿海琺有限公司