本發明涉及超聲無損檢測技術領域，具體涉及一種用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊。

背景技術：

自動化超聲檢測系統在航空、航天、電子、船舶、高鐵、能源、車輛與交通運輸等現代工業產品的質量檢測與控制中已得到廣泛應用，是現代機電產品質量保障的工業基礎。

自動化超聲檢測系統不僅可以快速檢測復雜構件內部或表面的多種宏觀和微觀缺陷，獲得缺陷的大小、位置、形狀和性質以及構件材料的特性。

然而自動化超聲檢測系統的性能決定了對材料缺陷的正確檢測和識別，不僅僅是對自動掃查機械系統與超聲檢測系統的技術指標的簡單綜合，尤其是對三維復雜曲面構件內部缺陷的準確和正確檢出有重要影響，同樣對檢測結果的準確性、可重復性和可比性有重要影響。目前有以下幾種用于超聲無損檢測的校準試塊，其功能、特點和作用如下：

如IIW試塊(荷蘭試塊)，用于儀器探頭系統性能測試校準和檢測校準；專利(金宇飛,馬芳,翟蓮娜.一種用于超聲檢測的改進型試塊及其應用[P].上海：CN104897783A,2015-09-09.)以及論文(金宇飛.2號試塊及其改進型的應用[J].無損檢測,2015,12:59-63.)，二者對國家標準GB/T19799.2-2012(或國際標準工SO7963:2006)《無損檢測超聲檢測2號校準試塊》進行改進，得到的試塊既滿足靈敏度設定和校準，又滿足直探頭和斜探頭的時基線設定和校準，以及斜探頭入射點和折射角的測定的。專利(陳二松.一種多方位檢測用超聲波試塊[P].河北：CN204008571U,2014-12-10.)設計了一種多方位檢測用超聲波試塊，用以實現對超聲場橫向縱向聲壓檢測，從而確定超聲場的結構特征并得出具體的聲場衰減值，對缺陷進行定量校正，增加超聲檢測的準確性。專利(楊堅,杜好陽,隋忠學,趙勇,姜斌.鑄鋼件缺陷超聲波檢測試塊:吉林,CN203881718U[P].2014-10-15)是針對晶粒粗大的鑄鋼件閥門常見裂紋、輸送、夾渣、氣孔等缺陷超聲波檢驗而制備的試塊，其材料的聲學特性與被檢工件的聲學特性接近，同時含有模擬缺陷，可以用于檢測方法的研究，評價和驗證儀器探頭系統的檢測能力和檢測工藝、缺陷的評定。

但是以上各個試塊提供的是一種靜態的、較單一的校準方式，不能用來模擬三維立體缺陷，滿足不了超聲無損檢測自動化、圖像化和三維缺陷量化檢測的需要，因此，需要一種多用途的、多功能的綜合技術指標的三維校準試塊，以滿足整個超聲無損檢測系統性能校準與評估需要。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊，由平板和凸起殼體組成，通過凸起殼體上設置缺陷，該試塊實現對三維立體缺陷的模擬，在平板上設置有多種類型的沉孔和開口槽，作為一種多功能的校準對比試塊，滿足整個超聲無損檢測系統性能校準與評估的需要，解決超聲自動檢測系統綜合技術指標的校準問題。

本發明的技術方案為：

用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊包括一塊平板以及凸起殼體，凸起殼體所在的平板位置處開有與凸起殼體敞口大小一致的通孔；平板與凸起殼體表面分布有缺陷，所述缺陷包括沉孔和開口槽；平板的上表面和下表面均設置有缺陷，上、下表面的缺陷互相錯開；平板的側面設置有沉孔；凸起殼體的內表面和外表面均設置有缺陷，內表面和外表面缺陷互相錯開。

較佳地，所述凸起殼體為球冠狀殼體，殼體等分為A、B、C和D四個部分，所述A的外表面與所述B的內表面均設置有沉孔；所述C的外表面和所述D的內表面均設置有開口槽，開口槽等間隔分布。

較佳地，所述殼體上的沉孔按組設置，沿同一條經線方向的沉孔為一組，每組有9個不同直徑的沉孔，組數為12，內表面6組，外表面6組；相鄰兩組孔夾角為30°，同一組沉孔的深度相同且直徑互不相同，殼體上的不同組沉孔的深度互不相同。

所述殼體上的開口槽按組設置，沿同一條經線方向的開口槽為一組，每組6個不同寬度的開口槽，每個開口槽對應25°的圓心角，同一緯度相鄰兩個開口槽間隔對應5°的圓心角，所述圓心角為開口槽對應緯度所在圓的圓心角，同一組開口槽的深度相同且寬度互不相同；不同組開口槽的深度互不相同。

進一步地，所述沉孔最小孔徑為0.2mm，最大孔徑為2.5mm；所述開口槽最小槽寬為0.15mm，最大槽寬為2.5mm。

所述凸起殼體數目為1或2，凸起殼體數目為2時，兩個凸起殼體分別位于平板的上、下表面上。

其中，所述平板上的開口槽包括圓環槽、菱形槽和矩形槽中的一種、兩種或三種。

較佳地，平板的四個角上有安裝孔。凸起殼體通過螺紋或緊密配合與平板實現定位連接。凸起殼體為半球殼或高度為半球殼一半的球冠狀殼體。凸起殼體的頂部設置有排水孔。

有益效果：

本發明提供了一種用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊，該試塊由平板和凸起殼體組成，在凸起殼體上設置缺陷，來模擬復雜三維工件內部或表面的缺陷，滿足超聲無損檢測中三維缺陷量化檢測的需要。

本發明的試塊在平板上設置有多種類型的沉孔和開口槽，來模擬平板類工件內部或表面的缺陷，試塊可以一次性、方便的解決系統的分辨率、靈敏度檢測問題和檢測結果的參照問題，滿足超聲反射和透射檢測模式和方式的需要，也可以用于射線檢測、電磁和電渦流檢測等其它無損檢測方法的校準或校驗。

本發明的凸起結構是通過螺紋與平板定位鏈接，方便拆卸，試塊結構設計合理、輕巧便于攜帶、利于保存且可重復利用。

附圖說明

圖1為用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊有兩個半球時，試塊的主視圖，其中1-平板，2-上半球，3-下半球；

圖2為三維校準試塊有兩個半球時試塊的俯視圖；

圖3為三維校準試塊有兩個半球時試塊的仰視圖；

圖4為三維校準試塊有兩個半球時試塊的右視圖；

圖5為三維校準試塊有兩個半球時試塊的左視圖；

圖6為三維校準試塊圓形槽示意圖；

圖7為三維校準試塊菱形槽示意圖

圖8為三維校準試塊矩形槽示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。

本發明提供了一種用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊，其材質為常用的45#鋼、20#鋼、鋁合金、鈦合金、陶瓷和玻璃等透聲材料，最好是與批量制造零件材料相同的材料。

如圖1所示，本發明的試塊包括一塊平板以及凸起殼體，凸起殼體所在的平板位置處開有與凸起殼體敞口大小一致的通孔；平板與凸起殼體表面分布有缺陷，所述缺陷包括沉孔和開口槽，如圖2、圖3所示，平板上表面或下表面的沉孔均為七組，深度相同的沉孔為一組，同一組沉孔直徑互不相同，即平板上沉孔的特點為：直徑相同則深度不同，直徑相同則為不同組，直徑不同的同組沉孔深度相同。

平板的上表面和下表面均設置有缺陷，上、下表面的缺陷互相錯開；平板的側面設置有深度一致的沉孔；凸起殼體的內表面和外表面均設置有缺陷，內表面和外表面缺陷互相錯開。

當凸起殼體為球冠狀殼體時，殼體等分為A、B、C和D四個部分，所述A的外表面與所述B的內表面均設置有沉孔；所述C的外表面和所述D的內表面均設置有開口槽，開口槽等間隔分布。其中，球冠狀殼體上的沉孔按組設置，沿同一條經線方向的沉孔為一組，組數為12，內外表面各6組，相鄰兩組孔夾角為30°；殼體上同組中的沉孔深度相同且直徑互不相同；不同組的沉孔的深度互不相同；所述殼體上的開口槽按組設置，沿同一條經線方向的開口槽為一組，每組6個不同寬度的開口槽，每個開口槽對應25°的圓心角，同一緯度相鄰兩個開口槽間隔對應5°的圓心角，所述圓心角為開口槽對應緯度所在圓的圓心角，與殼體上的沉孔類似，殼體上同組中的開口槽深度相同且寬度互不相同；不同組的開口槽的深度互不相同。

其中，平板上的開口槽包括圓環槽、菱形槽和矩形槽中的一種、兩種或三種。

較佳地，平板的四個角上有安裝孔。進一步地，凸起殼體通過螺紋或緊密配合與平板實現定位連接。

較佳地，對于本試塊的具體實施例為：如圖1所示，試塊包括兩個凸起殼體，凸起殼體為球冠狀殼體，分布在平板1的上、下表面上，分別為上半球2與下半球3。如圖2和圖3所示，在平板1的上、下平面上均設置有七組沉孔，每組沉孔包含有直徑為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、2mm、2.5mm的沉孔，每組平底沉孔深度相同，該七組沉孔的深度依次為2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。

如圖2和圖3所示，在平板1的上、下表面上均設置有寬度為0.15mm，0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、2.5mm的圓環槽、菱形槽和矩形槽；如圖6-圖8所示，畫斜線部分對應開口槽，同一寬度的開口槽分為4份，對應深度分別為2mm、4mm、6mm、8mm，即平板上的每一個開口槽具有4個深度。

如圖1所示，在主視方向的平板側面上，有平行于平板上平面的五組沉孔，距平板上表面距離相同的沉孔為一組，各組沉孔距平板上表面距離依次為2mm、4mm、5mm、4mm、2mm，呈中心對稱分布，所述沉孔的深度相同，沉孔最小直徑為0.2mm，最大孔徑為2.5mm，在后視方向的平板側面上，設置有與主視方向的平板側面相同的沉孔。從平板的上平面檢測試塊，用以校驗自動超聲掃查系統對檢測對象內部不同深度、不同大小的氣孔類缺陷及長橫孔、短橫孔的掃查能力。

如圖2和圖3所示，下半球3一半為A，另一半為B，A的外表面上有6組沉孔，B的內表面有6組沉孔；每組分布在1/4圓周上，孔徑由小到大或由大到小排列，每個沉孔的軸線都是徑向的，每組沉孔的軸線位于同一球的徑向剖平面內，間隔30°分布；上半球2一半為C，另一半為D，C的外表面上有開口槽，沿同一條經線方向的開口槽為一組；D的內表面上有開口槽，外表面有6組，內表面有6組；所述開口槽每組有6個且寬度不同，每個開口槽對應25°的圓心角，同一緯度相鄰兩個開口槽間隔對應5°的圓心角，所述圓心角為開口槽對應緯度所在圓的圓心角；每組開口槽的槽寬由小到大或由大到小排列。

在兩個半球的頂部設置有排水孔，在水耦合的超聲檢測系統中用來排除存留在半球殼內水，避免信號不穩定的情況。

當超聲掃查系統夾持著探頭按照預定的軌跡掃過設置在平板1上、下表面上各種的沉孔、圓環槽、菱形槽、矩形槽，以及分布在半球2和3上的沉孔和開口槽的過程中，可以實現整個系統分辨率和靈敏度的檢測以及其檢測結果可用于被檢測對象的缺陷及其尺寸的檢測對照和校準。

本發明中的用于超聲自動檢測系統的三維校準試塊，當半球數目為1時，A、B、C或D分別對應一個1/4半球；一半沉孔位于1/4半球的外表面，一半沉孔位于1/4半球的內表面；一半開口槽位于1/4半球的外表面，一半開口槽位于1/4半球的內表面。

所述殼體上的沉孔，其目的是用來：

1)校驗超聲自動掃查系統對檢測對象內部和表面不同深度、不同大小孔洞類缺陷的掃查和分辨能力。

2)檢測系統對曲面復雜構件同一深度方向上不同直徑的平底孔當量缺陷的識別能力。

3)檢測系統對曲面復雜構件同一直徑的平底孔當量缺陷在不同深度方向上的識別能力。

4)校驗超聲自動掃查系統對空間缺陷尺寸和形狀的檢測精度、空間缺陷間相互位置和距離的檢測精度，因為，半球內外表面上設置的平底孔的尺寸和形狀以及孔的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

5)校驗超聲自動掃查系統的空間速度，因為，半球內外表面上設置的平底孔的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

所述殼體上的開口槽，其目的是用來：

1)校驗超聲自動掃查系統對曲面復雜構件內部和表面裂紋和槽類缺陷的檢測分辨能力和測量能力。

2)檢測系統對曲面復雜構件同一深度方向上不同寬度的裂紋和槽類缺陷的識別能力。

3)檢測系統對曲面復雜構件同一寬度的裂紋和槽類缺陷在不同深度方向上的識別能力。

4)校驗超聲自動掃查系統對空間缺陷尺寸和形狀的檢測精度、空間缺陷間相互位置和距離的檢測精度，因為，半球內外表面上設置的每個槽的尺寸和形狀以及槽的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

5)校驗超聲自動掃查系統的空間速度，因為，半球內外表面上設置的每個槽的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

所述平板上的沉孔，其目的是用來：

1)校驗超聲自動掃查系統的橫向分辨力，即對兩個相鄰反射體提供可分離指示時兩者的最小距離。

2)校驗超聲自動掃查系統對檢測對象內部同一大小、不同深度缺陷的掃查和分辨能力。

3)校驗超聲自動掃查系統對檢測對象內部同一深度、不同大小缺陷的掃查和分辨能力。

4)校驗超聲自動掃查系統對平面構件內部和表面缺陷的檢測分辨能力及量化能力。

所述圓環槽、菱形槽和矩形槽，其目的是用來：

1)檢測超聲自動檢測系統對檢測對象表面和內部的缺陷形狀、缺陷角度、尖角、相鄰缺陷等的分辨能力。

2)校驗超聲自動掃查系統對檢測對象內部不同深度、不同大小空隙類缺陷的掃查和分辨能力。

3)校驗超聲自動掃查系統對平面構件內部和表面裂紋和槽類缺陷的檢測分辨能力和測量能力。

4)校驗超聲自動掃查系統對平板內分布的缺陷尺寸和形狀的檢測精度、平板內缺陷間相互位置和距離的檢測精度。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。