專利名稱：校準(zhǔn)試塊以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種校準(zhǔn)試塊和校準(zhǔn)方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度校準(zhǔn)試塊和用來校準(zhǔn)相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度的方法。
背景技術(shù)：
可使用超聲波測試對材料的不可見區(qū)域例如零部件、焊點(diǎn)和復(fù)合材料的內(nèi)部進(jìn)行分析。這類無損測試使用聲波的反射來檢測故障和在過程中不損壞零部件很難檢測的特征。在航空領(lǐng)域，超聲波測試是在制造時和維護(hù)期間常用的測試材料完整性的技術(shù)。相控陣超聲波測試掃描儀通常包括具有多個傳感器元件的傳感器。傳感器元件的陣列可被選擇性地激發(fā)以將多個單獨(dú)的波陣面發(fā)射到測試材料中。這些波陣面構(gòu)造上破壞性地結(jié)合到材料中，產(chǎn)生穿過材料并反射出其中的裂縫、間斷等等的主波陣面。這種裂縫、間斷等等在這里將被稱為“目標(biāo)特征”。主波陣面被認(rèn)為限定出射束。通過以特定的順序啟動成組的傳感器元件，可使該射束動態(tài)地穿過掃描包絡(luò)。該順序和有關(guān)參數(shù)(例如電壓)有時被稱為一“聚焦法則(focal law)”。主波陣面在多個連續(xù)射束角處的信號響應(yīng)可通過掃描儀組合以形成與掃描包絡(luò)對應(yīng)的二維“S-Scan”圖像。這類掃描儀在本領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)為“扇形”或者“角度”掃描。這種掃描儀的傳感器具有中心傳動軸線并且包跡線從該中心軸線伸出的量可以例如+50° >-50°或者+70° >+50°，不過該包跡線可以以例如中心面的平面或者測試目標(biāo)的軸線為基準(zhǔn)進(jìn)行表不。掃描包跡線在正反兩個方向上延伸時被稱為“橫向”掃描。雖然這有利于增加掃描包跡線的尺寸，但是由于由激發(fā)傳感器產(chǎn)生的主波陣面的幅值在經(jīng)過包跡線時改變，這樣做是有問題的。因此，來自距中心軸線一個角度的目標(biāo)特征的響應(yīng)信號強(qiáng)度與來自距中心軸線另一角度的同一目標(biāo)特征的響應(yīng)信號強(qiáng)度不同。這會導(dǎo)致在使傳遞給掃描儀的使用者的信號響應(yīng)可視化時來自值域的信號幅度損失，當(dāng)實(shí)際上兩個目標(biāo)特征具有相同尺寸并且距傳感器等距時，所述+50°的目標(biāo)特征小于在所述+20°的目標(biāo)特征。一些超聲波測試掃描儀可以通過提供靈敏度校準(zhǔn)功能來彌補(bǔ)上述問題。一個實(shí)施例是Olympus銷售的Omniscan MX掃描儀。靈敏度校準(zhǔn)方法一般情況下包括沿著設(shè)有橫向鉆孔的“校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)”試塊移動傳感器，以及使用來自橫向鉆孔的信號響應(yīng)來校準(zhǔn)傳感器元件的控制信號。然而，即使按照這種靈敏度校準(zhǔn)，經(jīng)過寬掃描包跡線的信號響應(yīng)比希望的更不規(guī)則。按照這個，使用傳感器掃描單獨(dú)的“檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)”試塊以設(shè)置超聲波測試掃描儀的標(biāo)準(zhǔn)增益，使得該增益處于尋找目標(biāo)特征的合適水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種用來校準(zhǔn)角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度的校準(zhǔn)試塊。角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀被設(shè)置為在經(jīng)過掃描包跡線的多個連續(xù)射束角處產(chǎn)生主波陣面。該校準(zhǔn)試塊可以由傳聲材料制成。該校準(zhǔn)試塊可包括具有外周邊緣的第一主表面。該校準(zhǔn)試塊可以包括第二主表面。該校準(zhǔn)試塊可以包括設(shè)在第一和第二主表面的大體平面之間的校準(zhǔn)表面。該校準(zhǔn)表面可被配置為以大體圓弧狀延伸，從而與中心軸線大體等距。第一主表面的外周邊緣與中心軸線間隔開的距離比校準(zhǔn)表面與中心軸線間隔開的距離大。該校準(zhǔn)試塊可以包括聲學(xué)聯(lián)接到超聲波測試掃描儀的超聲傳感器的輸入表面。該校準(zhǔn)試塊可以被設(shè)置為將傳感器定位成使得主波陣面從傳感器到校準(zhǔn)表面的路徑長度對于經(jīng)過掃面包跡線的每個射束角都大體相等。因此，該校準(zhǔn)試塊可被用來校準(zhǔn)具有信號靈敏度校準(zhǔn)程序的角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度。可經(jīng)過小于或等于校準(zhǔn)表面的角度延伸的掃描包跡線進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)表面可被認(rèn)為限定出聲學(xué)反射“凸肩”，可設(shè)計該凸肩尺寸以使該校準(zhǔn)試塊可用作信號靈敏度校正以及另外用來設(shè)定合適增益水平的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，因此簡化校準(zhǔn)過程。輸入表面相對于校準(zhǔn)表面的中心軸線可以是大體上平行的。輸入表面相對于校準(zhǔn)表面的切面可以是平行的。可以根據(jù)設(shè)置該掃描儀所要檢測的缺陷選擇該校準(zhǔn)表面的尺寸。該標(biāo)準(zhǔn)表面具有半圓形輪廓。這有利于使根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊被用來校準(zhǔn)經(jīng)過掃描包跡線的信號靈敏度，掃描包跡線大于+50° >-50°并且在某些情況下可以接近+90° >-90°。第一主表面的外周邊緣與中心軸線間隔開的距離比所述校準(zhǔn)表面與中心軸線間隔開的距離大中心軸線和校準(zhǔn)表面之間的距離的至少四分之一。本發(fā)明的第二方面提供一種根據(jù)第一方面的校準(zhǔn)試塊的用途，該校準(zhǔn)試塊用來校準(zhǔn)信號靈敏度和相控陣超聲波測試掃描儀的增益。本發(fā)明的第三方面提供一種用來校準(zhǔn)角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度的方法，該方法包括:提供根據(jù)第一方面的校準(zhǔn)試塊；將超聲波測試掃描儀的超聲傳感器聯(lián)接到校準(zhǔn)試塊的輸入表面；和操作該超聲波測試掃描儀的靈敏度校準(zhǔn)程序，以通過測量來自校準(zhǔn)表面的信號響應(yīng)來校準(zhǔn)該超聲波測試掃描儀的信號靈敏度。該方法可以包括通過測量來自該校準(zhǔn)表面的信號響應(yīng)來校準(zhǔn)該超聲波測試掃描儀的信號增益的步驟。掃描包跡線可以至少為90°，優(yōu)選為至少110°。在其它實(shí)施例中，范圍可以是位于該試塊物理邊界內(nèi)的負(fù)和/或正角度的任一組合。該超聲波測試掃描儀可以是Omniscan MX掃描儀或者具有信號靈敏度校準(zhǔn)程序的其它角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀。


現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:圖1是顯示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊的正視圖、側(cè)視圖和底視圖的正交投影;圖2是圖1中校準(zhǔn)試塊的透視圖，顯示出聯(lián)接到其輸入?yún)^(qū)域的傳感器；圖3是一流程圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法；和圖4是示出靈敏度校準(zhǔn)之后來自圖1中校準(zhǔn)試塊的信號響應(yīng)的曲線。
具體實(shí)施例方式圖1和2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊10。該校準(zhǔn)試塊10適合于校準(zhǔn)具有信號靈敏度校準(zhǔn)程序的角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀(未示出)、例如Olympus銷售的Omniscan MX掃描儀的信號靈敏度。還提供用來設(shè)置校準(zhǔn)增益的功能。這種校準(zhǔn)程序在本領(lǐng)域中是眾所周知的，因此為了簡潔起見不再詳細(xì)描述。對于更多信息，可以參考MXU程序手冊4.3.3.1 (使用側(cè)面鉆孔的靈敏度校準(zhǔn))/程序手冊4.3.3.2 (使用半徑的靈敏度校準(zhǔn)/OLYMPUS相控陣設(shè)備手冊4.2章第59頁/0MNISCAN校準(zhǔn)技術(shù)第421頁A.2.3步驟3)。該校準(zhǔn)試塊10是由被選擇為匹配待測試材料的傳聲材料制成的。例如，在一些實(shí)施例中，該校準(zhǔn)試塊10可以由鋁制成。該校準(zhǔn)試塊10大體呈半圓形并且具有在大體平的上表面14和大體平的下表面16之間延伸的大體平的前表面12。上表面14和下表面16都大體呈半圓形。上表面14大于下表面16，從而限定出以曲線方式在校準(zhǔn)試塊10周圍延伸的臺階。曲線臺階或凸肩限定出聲學(xué)反射表面或者距中心軸線A大體等距的“校準(zhǔn)表面” 18。因此該校準(zhǔn)表面18可以被認(rèn)為形成圓柱形壁的一部分。在所示實(shí)施例中，從中心軸線A到校準(zhǔn)表面18的徑向距離Rl為110mm，但是可以具有任一合適的距離。校準(zhǔn)試塊10的外周邊緣形成邊界面24。從中心軸線A到邊界面24的徑向距離R2為125mm，但是可以具有任一合適的距離。該校準(zhǔn)試塊10具有20mm的厚度T，但是可以具有任一合適的厚度。優(yōu)選的是，該校準(zhǔn)試塊具有大于或等于設(shè)置為與其一起使用的傳感器的相應(yīng)尺寸的厚度，優(yōu)選為至少為相應(yīng)尺寸的兩倍。由于射束發(fā)散反射，比傳感器短的試塊會產(chǎn)生錯誤的信號響應(yīng)。該校準(zhǔn)表面18具有4mm的高度S，但是可以具有任一合適的高度；例如，校準(zhǔn)表面的高度可以小于20mm、15mm、10mm、5mm或者1mm。在例如測試飛機(jī)零部件的應(yīng)用中小于5mm是有利的，因?yàn)檫@往往代表目標(biāo)特征(接下來更詳細(xì)地進(jìn)行解釋)。優(yōu)選的是，校準(zhǔn)表面18的高度在0.5mm到5mm之間。前表面12具有大體平坦的輸入?yún)^(qū)域12a，該區(qū)域被設(shè)置為聯(lián)接到角度掃描超聲波測試掃描儀的超聲傳感器22上，使得該傳感器22可在整個掃描包跡線E上將超聲波發(fā)射到校準(zhǔn)試塊10內(nèi)。由傳感器22發(fā)出的超聲波射線圍繞總射束軸線B成角度地移動。輸入?yún)^(qū)域12a被設(shè)置為將傳感器22定位成使得從傳感器22到校準(zhǔn)表面18的主波陣面的路徑長度對經(jīng)過掃描包跡線E的每個射束角是大體相同的。這在此被稱為傳感器22的“校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”。實(shí)際上，“大體相同”將表示傳播路徑變化小于或等于5%。在所示實(shí)施例中，輸入?yún)^(qū)域12a被設(shè)置為直接聯(lián)接到傳感器，使得傳感器22的發(fā)射面與平坦輸入?yún)^(qū)域12a齊平并且傳感器的中心軸線與試塊10的中心線P對齊。在其他實(shí)施例中，輸入?yún)^(qū)域12a可被設(shè)置為通過楔塊或者滑靴(shoe)聯(lián)接到傳感器22上。射束軸線B在一些實(shí)施例中是與校準(zhǔn)表面18的中心軸線A大體同軸的。在一些實(shí)施例中，輸入表面12a可被成形為與傳感器22、楔塊或者滑靴的聯(lián)接表面一致；例如，輸入表面12a具有弧形輪廓。在一些實(shí)施例中，根據(jù)所尋找的可檢測缺陷的尺寸來選擇校準(zhǔn)表面18的聲學(xué)反射維度的尺寸；例如，校準(zhǔn)表面的高度在尺寸上與目標(biāo)特征相同或相似。這有利于使根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊被用來靈敏度校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)。在所示實(shí)施例中，該校準(zhǔn)表面18圍繞中心軸線A延伸經(jīng)過180°。這有利于在高達(dá)+90° >-90°的寬掃描包跡線范圍內(nèi)進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)。在其它實(shí)施例中，該校準(zhǔn)表面18可以延伸至少40°、60。、90。,120°或者160。。在使用過程中，采用校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的傳感器22，可以使用來自校準(zhǔn)表面18的信號響應(yīng)操作角度掃描超聲波測試掃描儀的靈敏度校準(zhǔn)部件來校準(zhǔn)該掃描儀的信號靈敏度。據(jù)此，掃描儀的使用者可以使用來自校準(zhǔn)表面18的信號響應(yīng)來校準(zhǔn)信號增益并且隨后在某些情況下進(jìn)行基準(zhǔn)校準(zhǔn)以提高對信號形狀和來自目標(biāo)特征的響應(yīng)的熟悉度。圖3顯示出一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、用來校準(zhǔn)角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度的方法。在步驟30，設(shè)置根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊10。在步驟32，將超聲波測試掃描儀的超聲波傳感器聯(lián)接到該校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中的校準(zhǔn)試塊10的輸入?yún)^(qū)域12a。在傳感器22和輸入?yún)^(qū)域12a之間提供合適的耦合劑，例如觸變凝膠以改進(jìn)兩者間的聲耦合。在步驟34，操作超聲波測試掃描儀的靈敏度校準(zhǔn)部件以使傳感器22通過掃描包
跡線E將超聲波發(fā)射到校準(zhǔn)試塊10內(nèi)，并且來自校準(zhǔn)表面18的信號響應(yīng)可以被測量以校
準(zhǔn)該超聲波測試掃描儀的信號靈敏度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，包跡線E可以是位于該試塊
物理邊界內(nèi)的正和/或負(fù)角度的任一組合。在一些實(shí)施例中，可以采用橫向掃描方式操作
該超聲波測試掃描儀。來自該校準(zhǔn)表面18的信號響應(yīng)還可被用來設(shè)置該掃描儀的校準(zhǔn)增.、
Mo圖4顯示出靈敏度校準(zhǔn)已經(jīng)完成后來自該校準(zhǔn)表面18的信號響應(yīng)曲線。y軸表示信號響應(yīng)而X軸表示射束角并且顯示出至少一些掃描包跡線E。正如所看到的，經(jīng)過掃描包跡線E的響應(yīng)偏差目前已經(jīng)改進(jìn)，因?yàn)槟壳霸?/-45°檢測的相等尺寸的缺陷具有與所述+/-50°處的信號響應(yīng)相等的信號響應(yīng)，這是對在某些情況下只在較窄角度區(qū)域上有效的橫向掃描相控陣超聲波測試掃描儀的已知靈敏度校準(zhǔn)的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊可以各種尺寸設(shè)置并且形成為滿足操作需求。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)給出的試塊支撐的方法相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的靈敏度校準(zhǔn)試塊能夠在較寬的角度范圍上實(shí)現(xiàn)更容易、更快速的靈敏度校準(zhǔn)方法。尤其是，在使用較大角度橫向掃描，例如+/-45°時能夠進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)。此外、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)試塊可以被用來靈敏度校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)兩者。雖然在前已經(jīng)參考一個或更多個優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，各種變化或者變形并未脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)試塊，用來校準(zhǔn)角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度，所述超聲波測試掃描儀被設(shè)置為在經(jīng)過掃描包跡線的多個連續(xù)射束角處形成主波陣面，所述校準(zhǔn)試塊是由傳聲材料制成的， 并且所述校準(zhǔn)試塊包括:具有外周邊緣的第一主表面；第二主表面；校準(zhǔn)表面，位于第一主表面和第二主表面的大體平面之間并且被配置成以大體圓弧狀延伸，使得距離中心軸線大體等距，所述第一主表面的外周邊緣與所述中心軸線間隔開的距離比所述校準(zhǔn)表面與所述中心軸線間隔開的距離更大；和輸入表面，用于聲學(xué)聯(lián)接到所述超聲波測試掃描儀的超聲波傳感器，并且被設(shè)置為將所述傳感器定位成使得從所述傳感器到所述校準(zhǔn)表面的主波陣面的路徑長度對于經(jīng)過所述掃描包跡線的每個射束角都大體相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，所述輸入表面相對于所述校準(zhǔn)表面的中心軸線大體上平行。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，所述輸入表面相對于所述校準(zhǔn)表面的切面大體上平行。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，根據(jù)設(shè)置所述掃描儀所要檢測的缺陷來選擇所述校準(zhǔn)表面的尺寸。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，所述校準(zhǔn)表面的高度小于或等于5mmο
6.根據(jù)前述任一述權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，所述校準(zhǔn)表面延伸過至少90°的弧。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，所述校準(zhǔn)表面延伸過大致180°的 弧。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊，其特征在于，所述第一主表面的外周邊緣與所述中心軸線間隔開的距離比所述校準(zhǔn)表面與所述中心軸線間隔開的距離大所述中心軸線和所述校準(zhǔn)表面之間的距離的至少四分之一。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊的應(yīng)用，用于校準(zhǔn)相控陣測試掃描儀的信號靈敏度和增益。
10.一種用于校準(zhǔn)角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的信號靈敏度的方法，該方法包括: 設(shè)置根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)試塊； 將超聲波測試掃描儀的超聲傳感器聯(lián)接到所述校準(zhǔn)試塊的輸入表面；和 通過測量來自所述校準(zhǔn)表面的信號響應(yīng)來校準(zhǔn)所述超聲波測試掃描儀的信號靈敏度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括通過測量來自所述校準(zhǔn)表面的信號響應(yīng)來校準(zhǔn)所述超聲波測試掃描儀的信號增益的步驟。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，由此所述掃描包跡線至少為90°。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，由此所述掃描包跡線為橫向掃描包跡線。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，由此所述超聲波測試掃描儀是OmniscanMX掃描儀。
15.在此大體參考圖1和圖2描述的校準(zhǔn)試塊。
16.在此大體參考圖3描述的應(yīng)用和方法。
全文摘要
用于靈敏度校準(zhǔn)的校準(zhǔn)試塊(10)和方法。該校準(zhǔn)試塊(10)具有曲線形校準(zhǔn)表面(18)，該表面具有中心軸線(A)和聯(lián)接到角度掃描相控陣超聲波測試掃描儀的傳感器元件(22)的表面(12a)。該試塊(10)配置成使得該表面(12a)將該傳感器(22)定位成使其掃描軸線(B)與曲線形校準(zhǔn)表面(18)的中心軸線(A)同軸。
文檔編號G01N29/30GK103217484SQ20131001089
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者T·瓊斯 申請人:空中客車運(yùn)營有限公司