Способ и устройство для оценки величин дефектов посредством saft (способа фокусировки синтезированной апертуры)



Способ и устройство для оценки величин дефектов посредством saft (способа фокусировки синтезированной апертуры)
Способ и устройство для оценки величин дефектов посредством saft (способа фокусировки синтезированной апертуры)
Способ и устройство для оценки величин дефектов посредством saft (способа фокусировки синтезированной апертуры)

 


Владельцы патента RU 2615208:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Использование: для оценки величин дефектов в тестируемом объекте при ультразвуковом тестировании. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют оценку величин дефектов в тестируемом объекте, реализуя следующие этапы: определение (S1) набора данных измерений тестируемого объекта; выполнение (S2) обработки способом фокусировки синтезированной апертуры (SAFT-обработки) определенного набора данных измерений; вычисление (S3) ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте посредством моделирования эхо-сигналов для сценария тестирования; выполнение (S4) SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов каждой из множества величин дефектов; оценка (S5) величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений посредством сопоставления SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов. Технический результат: обеспечение возможности оценки величины мелких дефектов на основе способа SAFT. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способу и устройству оценки величин дефектов для дефекта в тестируемом объекте и, в частности, для оценки величин дефектов для дефекта посредством ультразвука.

Тестируемые объекты, такие как детали машин или тому подобное, после их изготовления тестируются, чтобы установить, нет ли в них дефектов, таких как небольшие пустоты или трещины. Такое тестирование осуществляется предпочтительно с помощью ультразвука. Для такого ультразвукового тестирования известен так называемый способ SAFT (способ фокусировки синтезированной апертуры), чтобы обнаруживать даже очень мелкие дефекты внутри тестируемого объекта и отличать их от других дефектов. Способ SAFT обеспечивает возможность улучшения поперечного разрешения дефекта, разделения дефектов и SNR (отношения сигнал-шум) при ультразвуковом тестировании.

При этом центральное значение для оценки результатов тестирования имеет оценка величины дефектов, на основе которой определяется допустимость. Для дефектов, которые велики по сравнению с применяемой ультразвуковой длиной волны, результат SAFT-обработки может непосредственно измеряться. В отличие от этого оценка малых дефектов при использовании способа SAFT возможна лишь в ограниченной степени.

Для оценки величины малых дефектов при классическом ультразвуковом тестировании известны, например, так называемые способ эталона и способ AVG (расстояние-усиление-размер). При этом из максимальной амплитуды эхо-сигнала определяется так называемая величина эквивалентного дефекта, которую обусловил бы идеализированный отражатель этой величины. В способе эталона в эталоне с подобными ультразвуковыми свойствами, как у тестируемого объекта, преднамеренно вводятся тестовые дефекты на различном расстоянии до плоскости измерения, и на этой основе определяется амплитуда эхо-сигнала в зависимости от пути, проходимого звуком. В качестве альтернативы, в способе AVG амплитуда эхо-сигнала в зависимости от пути, проходимого звуком, может быть получена из AVG-диаграммы, предоставляемой изготовителем зонда дефектоскопа.

В отличие от классического ультразвукового тестирования, результатами способа SAFT являются суммы амплитуд, то есть суммы амплитудных значений ультразвуковых эхо-сигналов. В зависимости от тестируемого объекта, тестового растра (то есть расположения точек измерения на тестируемом объекте) и зонда, эти суммы амплитуд состоят из различных многих вкладов, которые могут включать в себя эхо-сигналы как от основных лучей, так и от вторичных лучей звукового пучка зонда. Таким образом, традиционные методы для оценки величины мелких дефектов не могут быть перенесены на способ SAFT.

Langenberg et al: “Imaging And Inverse Scattering In Non-destructive Evaluation With Acoustic And Elastic Waves”, Acoustical Imaging, Nanjung, 12.-14. Sept. 1992, Proceedings of the International Symposium on Acoustical Imaging, Seite 165-172 - раскрывает численное модулирование для моделирования измерений, например, посредством SAFT-обработки. Представленные способы моделирования оцениваются на основе уже имеющихся измеренных значений.

McGarrity et al: “A facet ensemble approach for evaluation of array performance in ultrasonic NDE”, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Bd. 41, Nr. 1, 1. Januar 1994, Seite 19-24, ISSN: 0885-3010 - раскрывает подход к моделированию для оценки производительности решеток в неразрушающем контроле, в частности, посредством SAFT-обработки.

Документ ЕР 2 147 300 А1 описывает модифицированный способ SAFT, в котором суммы амплитуд SAFT рассчитываются так, что они являются сопоставимыми с классическим амплитудами эхо-сигналов. При этом, однако, контролируемые дефекты, с одной стороны, не могут быть слишком малыми, чтобы была допустимой классическая оценка амплитуды. А с другой стороны, дефекты должны быть достаточно малыми, чтобы отражение было независимым от направления. В противном случае, происходила бы недооценка дефектов.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства оценки величин дефектов для дефекта в тестируемом объекте, которые избегают вышеуказанных недостатков и ограничений и позволяют получить широко используемую оценку величин дефектов порядка длины волны и ниже.

Это достигается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения.

Идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы вычислять суммы амплитуд для дефектов градуированных величин в репрезентативных положениях дефектов посредством SAFT-обработки моделированных ультразвуковых эхо-сигналов и посредством сравнения с суммами амплитуд, которые вытекают из SAFT-обработки тестовых данных, оценивать величину таких дефектов, которые по сравнению с используемой ультразвуковой длиной волны малы или имеют тот же порядок величины.

Соответствующая изобретению оценка величин дефектов имеет преимущество, состоящее в том, что дефекты, которые при классическом ультразвуковом контроле были бы замаскированы шумами, теперь могут быть обнаружены и оценены.

Другое преимущество заключается в том, что близко расположенные дефекты могут быть оценены как отдельные дефекты, для которых до сих пор была возможна только совместная оценка. Тестирование материала с соответствующей изобретению оценкой величин дефектов, таким образом, обеспечивает более подробную информацию о качестве материала и обеспечивает возможность контроля или выбора компонентов, которые должны быть рассчитаны на особенно высокие нагрузки, как это имеет место, например, в энергетическом машиностроении, авиации или на железной дороге.

Возможный вариант выполнения способа согласно изобретению дополнительно содержит этап определения положения дефекта в тестируемом объекте из SAFT-обработки определенного набора данных измерений, причем этап вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляет ультразвуковые эхо-сигналы для дефекта в определенном положении дефекта в тестируемом объекте.

Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что вычисление моделированных ультразвуковых эхо-сигналов и последующая SAFT-обработка ограничиваются положениями, в которых в тестируемом объекте на самом деле находится дефект.

В альтернативной форме выполнения соответствующего изобретению способа этап вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляет ультразвуковые эхо-сигналы для дефектов во множестве положений в тестируемом объекте и выполняет для каждого вычисленного положения дефекта SAFT-обработку вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

Если эти моделирования дефектов в тестируемом объекте уже выполняются перед фактическим исследованием тестируемого объекта, вычислительные затраты во время тестирования объекта могут быть сведены к минимуму.

В другой возможной форме выполнения способа согласно изобретению на этапе вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляются ультразвуковые эхо-сигналы для тестируемого объекта с множеством дефектов в тестируемом объекте.

Это имеет преимущество, состоящее в том, что выполнение SAFT-обработки осуществляется для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов на одном этапе.

В другой форме выполнения способа согласно изобретению на этапе вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляются ультразвуковые эхо-сигналы для множества тестируемых объектов, соответственно, с по меньшей мере одним дефектом.

В другой возможной форме выполнения способа согласно изобретению для оценки величины дефекта выполняется интерполяция местоположения и/или интерполяция величин дефектов SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что на основе относительно малого количества моделированных дефектов в тестируемом объекте может быть сделан очень точный вывод о величине дефекта и/или положении дефекта.

Возможная дальнейшая форма выполнения соответствующего изобретению способа дополнительно содержит этап для предоставления параметров сценария тестирования, причем этап вычисления ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте выполняется с применением предоставленных параметров сценария тестирования.

Такие параметры для сценария тестирования могут быть, например, материалом или геометрией тестируемого объекта, тестовым растром или параметрами зонда. Такие параметры для сценария тестирования могут быть, например, параметрами зонда, данными о тестовом растре, материале и/или геометрии тестируемого объекта.

Тем самым предпочтительным образом обеспечивается возможность точного вычисления ультразвуковых эхо-сигналов для соответствующих дефектов.

Другая возможная форма выполнения способа согласно изобретению дополнительно содержит этап предоставления внешних дополнительных информаций о дефекте в тестируемом объекте, причем этап оценки величины дефекта оценивает величину дефекта с применением предоставленных внешних дополнительных информаций.

Если, например, имеются дополнительные данные о тестируемом объекте и/или конкретной измерительной структуре, то они предпочтительным образом могут включаться в процесс тестирования, особенно в оценку величин дефектов.

В конкретной форме выполнения дополнительными информациями являются информации об ориентации дефекта в тестируемом объекте.

В возможной дополнительной форме выполнения способа согласно изобретению определяется множество наборов данных измерений, и SAFT-обработка осуществляется с применением множества определенных наборов данных измерений.

Таким образом, посредством этого тестирования тестируемого объекта с множеством отдельных наборов данных измерений может быть дополнительно улучшена точность тестирования. Например, несколько наборов данных измерений могут быть получены при различных углах падения ультразвука.

В возможной дальнейшей форме выполнения устройства согласно настоящему изобретению блок обработки дополнительно содержит устройство памяти, выполненное с возможностью хранения сумм амплитуд из SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов, причем блок оценки выполнен так, чтобы сохраненные суммы амплитуд для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов считывать из блока памяти и адаптировать считанные суммы амплитуд для оценки величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений.

Это имеет преимущество, состоящее в том, что уже результаты моделирования дефектов из предыдущих моделирований могут далее применяться и, при необходимости, адаптироваться.

Ниже возможные формы выполнения соответствующего изобретению устройства и соответствующего изобретению способа оценки величин дефектов для дефекта в тестируемом объекте поясняются более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На чертежах показано следующее:

Фиг. 1 - схема для пояснения принципа функционирования соответствующего изобретению способа и соответствующего изобретению устройства оценки величин дефектов в соответствии с примером выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая пример выполнения соответствующего изобретению устройства оценки величин дефектов; и

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая вариант осуществления соответствующего изобретению способа оценки величин дефектов.

Фиг. 1 схематично иллюстрирует пример выполнения соответствующего изобретению устройства оценки величин дефектов для дефекта 10 в тестируемом объекте 1. В показанном примере тестируемый объект 1 выполнен в цилиндрической форме или вращательно симметричным. Тестируемые объекты 1 с отличающейся от этого геометрией также возможны. Зонд 2 может изменять свое положение относительно тестируемого объекта 1. Для этого, например, зонд 2 может перемещаться вдоль поверхности тестируемого объекта 1. В качестве альтернативы, тестируемый объект 1 может перемещаться относительно зонда 2. Таким образом, зонд 2 достигает различных точек измерений Mi. При этом зонд 2 служит для ввода ультразвукового сигнала в различных точках измерений Мi тестируемого объекта 1. При этом для определения набора данных измерений соответствующий ультразвуковой сигнал вводится в тестируемый объект 1 с определенным углом падения. При этом угол падения для определения различных наборов данных измерений для каждого набора данных измерения может варьироваться. Угол падения зонда 2 может варьироваться, например, посредством клиньев, которые размещены между зондом 2 и тестируемым объектом 1. Кроме того, угол падения может быть также изменен посредством управления с задержкой времени зондом 2, если зонд 2 представляет собой групповой излучатель или тому подобное. В принципе, возможно также, что вместо зонда 2, который одновременно служит в качестве передатчика и приемника ультразвуковых сигналов, для излучения ультразвуковых сигналов и приема эхо-сигналов могут быть использованы отдельные компоненты. Принятые временные сигналы через сигнальную линию передаются на блок 3 обработки. К этому блоку 3 обработки подключен, например, блок 4 отображения для пользователя 5.

Блок 3 обработки выполняет для каждого определенного набора данных измерений обработку способом фокусировки синтезированной апертуры (SAFT). Результаты этой SAFT-обработки могут быть представлены после соответствующей предварительной обработки на устройстве 4 отображения. Эта предварительная обработка SAFT-обработки включает в себя, например, оценку величин дефектов, как это подробно описано ниже. При этом могут также несколько наборов данных измерений для тестового объекта 1 регистрироваться и оцениваться. При этом предпочтительно все результаты SAFT-обработки отдельных наборов данных измерений предварительно обрабатываются на основе общей сетки реконструкции. Если при этом тестируемый объект 1 имеет относительно большой дефект 10 по сравнению с применяемой длиной волны, то величина этого дефекта 10 может быть измерена непосредственно. Например, для этого может выполняться оценка величины по методу половинного значения.

При относительно малых дефектах такое прямое определение величин невозможно. Переход, при котором прямая оценка величин дефектов больше невозможна, является нечетким. В частности, однако, в случае дефектов, величина которых меньше или равна длине волны применяемой ультразвуковой частоты, это становится трудным или невозможным. Поэтому оценка величин дефектов для таких мелких дефектов осуществляется путем сравнения результатов моделирования с измеренными значениями. Для этого блок 3 обработки для различных дефектов градуированной величины и для различных положений дефектов в тестируемом объекте 1 выполняет моделирование эхо-сигналов для обрабатываемого сценария тестирования. В качестве входных параметров блок 3 обработки принимает по возможности детализированное описание сценария тестирования. Это описание сценария тестирования включает в себя, например, такие параметры, как материал и/или геометрия тестируемого объекта 1, тестовый растр, который лежит в основе этого измерения, а также известные параметры зонда 2. Любая другая имеющаяся информация и, возможно, другая дополнительная информация о тестируемом объекте 1, а также типовых условиях среды тестирования также может включаться в процесс моделирования.

На основании предоставленных в распоряжение информаций о сценарии тестирования блок 3 обработки выполняет моделирование эхо-сигналов. При этом блок 3 обработки вычисляет возможные ультразвуковые эхо-сигналы для различных величин и/или различных положений дефекта 10 в тестируемом объекте 1. Моделирования ультразвуковых эхо-сигналов могут при этом вычисляться с помощью известных традиционных методов моделирования, которые подходят для того, чтобы надлежащим образом моделировать распространение звука в материале тестируемого объекта 1, свойства зонда 2, также ультразвуковое отражение в материале. Такие методы моделирования могут представлять собой, например, методы на основе лучей или сетки, такие как синтез точечного источника, метод упруго-динамической конечной интеграции (EFIT) или метод конечных элементов (FE). Однако также возможны другие процедуры моделирования, которые адаптированы для вычисления надлежащим образом ультразвуковых эхо-сигналов для дефекта 10 в тестируемом объекте 1.

Блок 3 обработки вычисляет для возможных дефектов внутри тестируемого объекта 1 ультразвуковые эхо-сигналы для различных по величине дефектов 10. Дефекты 10, лежащие в основе такого вычисления, могут быть ориентированы, например, параллельно поверхности. Тем не менее, альтернативные ориентации дефектов 10 также возможны. Кроме того, геометрия дефекта 10, лежащего в основе вычисления, может быть выбрана соответствующим образом. Так, например, предполагаемые дефекты могут приниматься как круговые диски или сферические дефекты. Такие круговые или сферические дефекты в качестве основы для моделирования имеют преимущество, состоящее в том, что при последующей оценке величин дефектов соответствующая величина дефекта может ссылаться на такие стандартизированные формы, как круг или сфера. Однако, кроме того, для дефектов также возможна любая другая геометрия, которая может приниматься за основу при моделировании.

Если положение дефекта 10 в тестируемом объекте 1 уже известно заранее, то вычисление моделированных ультразвуковых эхо-сигналов может ограничиваться также этим уже известным положением дефекта. Таким образом, требуемые вычислительные затраты могут быть сведены к минимуму. Определение положения дефекта в тестируемом объекте 1 может осуществляться уже посредством предварительной оценки одного или нескольких наборов данных измерений.

После моделирования ультразвуковых эхо-сигналов для различных величин дефектов осуществляется SAFT-обработка вычисленных результатов моделирования в окрестности положений дефектов. Затем определяются максимумы сумм амплитуд SAFT-обработки в окрестности дефекта. Эти суммы амплитуд результатов моделирования для различных величин дефектов и, возможно, различных положений дефектов затем сводятся в матрице оценки. Чтобы снизить вычислительные затраты и требуемый объем памяти, можно осуществлять градацию величин дефектов и/или положений дефектов во время моделирования в относительно грубом растре. То есть во время вычисления результатов моделирования не требуется, для каждой возможной величины дефекта и/или каждого возможного положении сетки внутри тестируемого объекта 1 выполнять отдельное моделирование ультразвуковых эхо-сигналов и последующую SAFT-обработку. Напротив, можно затем путем соответствующей интерполяции получить более точную градацию. Для этого в принципе можно использовать любой возможный метод интерполяции.

В частности, для интерполяции местоположения дефектов 10 внутри тестируемого объекта 1 можно применять линейную интерполяцию между отдельными положениями дефектов. Для интерполяции сумм амплитуд по отношению к различным величинам дефектов при этом особенно предпочтительны линейные интерполяции в двойном логарифмическом масштабе или квадратичные интерполяции, так как они особенно хорошо учитывают типичные зависимости между величинами эквивалентных дефектов и суммами амплитуд в случае плоскостных эквивалентных дефектов. Но и здесь в принципе возможны другие методы интерполяции. Суммы амплитуд, которые вытекают из SAFT-обработки определенных наборов данных измерений, затем анализируются с применением SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов, например, с помощью созданной матрицы оценки. При этом для SAFT-обработки определенного набора данных измерений может определяться величина дефекта и положение дефекта, которые наиболее близки к значениям матрицы оценки. В целях дальнейшего уточнения может осуществляться соответствующая интерполяция.

Фиг. 2 показывает пример выполнения соответствующего изобретению устройства оценки величин дефектов для дефекта 10 в тестируемом объекте 1. Для определения набора данных измерений тестируемого объекта 1 посредством зонда 2 вводится ультразвуковой сигнал в точках измерений Мi в тестируемый объект 1. Ультразвуковые эхо-сигналы, отраженные назад от тестируемого объекта 1 в различных точках измерений Мi, регистрируются зондом 2 и передаются как временной сигнал для соответствующей точки измерения Мi в блок 3 обработки. Принятый ультразвуковой эхо-сигнал для соответствующей точки измерения Мi усиливается усилителем 31 сигнала и оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 32 блока 3 обработки для получения эхо-данных точки измерения, которые образуют набор данных измерений тестируемого объекта 1. Набор данных измерений может затем в блоке 33 обработки данных, например, в процессоре или т.п., анализироваться и обрабатываться. Блок 33 обработки данных выполняет SAFT-обработку для каждого набора данных измерений. Кроме того, в блоке 33 обработки данных выполняется вычисление ультразвуковых эхо-сигналов в тестируемом объекте, причем моделируются различные величины дефектов и, возможно, также различные положения дефектов. На основе этих моделированных ультразвуковых эхо-сигналов в блоке 33 обработки данных также выполняется SAFT-обработка вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов. Полученные таким образом суммы амплитуд SAFT-обработки вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов сводятся в матрицу оценки.

Затем обнаруженные более мелкие дефекты 10 внутри тестируемого объекта, например, на основе ранее описанной матрицы оценки оцениваются посредством блока 33 обработки данных. SAFT-обработка и, в частности, оценка величин дефектов могут затем отображаться на устройстве 4 отображения для пользователя 5.

Как описано выше, вычисление результата моделирования может уже включать положение дефекта из SAFT-обработки данных измерений. Чтобы сократить время ожидания в связи с высокими затратами на моделирование во время обработки, моделирование и создание матрицы оценки также могут осуществляться заранее. Однако к этому моменту времени еще неизвестно конкретное положение дефекта. Поэтому в таком случае также положение дефекта внутри тестируемого объекта во время моделирования должно варьироваться, и моделирование должно выполняться для различных положений дефекта, так как эталон для оценки величины дефекта является зависимым от положения.

При этом вычислительные затраты могут быть уменьшены за счет того, что уже вычисленная ранее матрица оценки сохраняется в устройстве 34 памяти, и эта ранее сохраненная матрица оценки может многократно применяться для последующих обработок и оценок величин дефектов.

Если в последующем тестировании сценарий тестирования должен несколько измениться, то все еще можно, исходя из ранее созданной матрицы оценки, посредством подходящей интерполяции и/или вычислительных операций на основе ранее сохраненной матрицы оценки, создать новую уточненную или адаптированную матрицу оценки при уменьшенных вычислительных затратах. Особенно, если известно основанное на математической формуле соотношение между различными сценариями тестирования, то можно из ранее созданных матриц оценки при сниженных затратах вывести новую матрицу оценки для согласованного сценария тестирования. Например, выполнение растра тестирования более мелким обуславливает соответствующее умножение сумм амплитуд.

Кроме того, при SAFT-обработке вклады различных точек измерения можно также взвешивать по-разному. Например, различное взвешивание может осуществляться в зависимости от направления от точки измерения к оцениваемой точке. В этом случае вклады SAFT-обработки в рамках моделирования взвешиваются таким же образом, как при обработке данных измерений.

Например, несколько моделирований ультразвуковых эхо-сигналов для тестируемых объектов можно выполнить с соответственно одним дефектом, а затем оценить эти моделирования. В качестве альтернативы, также возможно моделировать тестируемый объект с несколькими дефектами 10. В этом случае, однако, должно гарантироваться достаточное расстояние между отдельными дефектами 10, чтобы избежать взаимного влияния этих дефектов 10. Кроме того, можно также комбинировать оба вышеуказанные способа. В этом случае несколько тестируемых объектов можно моделировать и оценивать отдельно с заданным количеством дефектов.

На фиг. 3 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример выполнения соответствующего изобретению способа оценки величин дефектов для дефекта 10 в тестируемом объекте 1.

На этапе S1 сначала определяется по меньшей мере один набор данных измерений тестового объекта 10.

На следующем этапе S2 выполняется SAFT-обработка для каждого определенного набора данных измерений.

Далее на этапе S3 выполняется вычисление ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте 1. Величина дефекта при этом варьируется ступенями в заданном диапазоне значений. При этом предпочтительно речь идет о величинах дефектов, которые по сравнению с применяемой длиной волны ультразвуковых сигналов малы или по меньшей мере не существенно больше, и, следовательно, обычным способом невозможно никакое прямое определение величины. Для вычисленных на этапе S3 ультразвуковых эхо-сигналов затем на этапе S4 осуществляется SAFT-обработка для всех вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов отдельных величин дефектов.

На этапе S5 осуществляется оценка величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений с применением SAFT-обработки вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов. Эта оценка величин дефектов может, например, осуществляться путем сравнения SAFT-обработки определенного набора данных измерений с табулированной в матрице оценки суммой амплитуд отдельных SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов. На основании этой оценки возможно определение величины эквивалентного дефекта. В соответствующем изобретению способе преимущества SAFT-обработки проявляются также при очень малых величинах дефектов, потому что теперь возможна также качественная оценка более мелких дефектов 10. Соответствующая изобретению оценка величин дефектов для дефекта 10 в тестовом объекте 1 в равной степени возможна для оценки дефектов с направленным или ненаправленным отражением. Кроме того, соответствующая изобретению оценка величин дефектов в равной степени возможна для зондов с малым или с большим углом раствора звукового поля.

Примерный процесс ультразвукового тестирования с соответствующей изобретению оценкой величин дефектов может выполняться следующим образом: тестируемый объект 1, например, релевантный для безопасности компонент энергетического оборудования, самолета или железной дороги, подвергается ультразвуковому тестированию с помощью зонда 2. Для этого посредством зонда 2 в тестируемый объект 1 в различных точках измерений Мi вводятся ультразвуковые волны, и ультразвуковые эхо-сигналы от тестируемого объекта 1 регистрируются зондом 2. В качестве частот для ультразвукового тестирования возможны, например, частоты от 500 кГц до 20 МГц, предпочтительно 2 МГц. Это соответствует длине волны в стали приблизительно 3 мм или приблизительно 1,6 мм.

Ультразвуковые эхо-сигналы оцениваются блоком 3 обработки посредством способа SAFT и отображаются на устройстве 4 отображения. Если в тестируемом объекте 1 имеется дефект 10, то этот дефект может обнаруживаться блоком 3 обработки и отображаться на устройстве 4 отображения.

Для того чтобы для малых дефектов 10, которые не могут быть измерены непосредственно из-за ограниченного пространственного разрешения, можно было еще выполнить надежную оценку величины, оценка величины осуществляется путем сравнения со значениями моделирования. Блок 33 обработки данных блока 3 обработки выполняет моделирование для данного сценария тестирования (тестируемого объекта, зонда, растра тестирования и т.д.) для нескольких величин дефектов. Если система не может прямо разрешить, например, дефекты менее 3 мм, то для различных величин дефектов, меньших, чем 3 мм, выполняются вычисления, которые моделируют ультразвуковые эхо-сигналы в соответствии с малыми дефектами. При этом градация предполагаемых дефектов 10 в тестируемом объекте 1 может осуществляться, например, линейно шагами 0,5 мм или 0,2 мм. Затем блок 33 обработки данных выполняет SAFT-обработку вычисленных значений моделирования. Если к моменту времени вычисления моделируемого дефекта не известно расположение дефекта, то нужно во время моделирования дефектов 10 также варьировать положение в тестовом объекте, и для различных положений дефекта, соответственно, варьируются величины дефектов, как описано выше, так как эталон для оценки величин дефектов является зависимым от положения.

Схематичное представление примерной матрицы оценки для тестируемого объекта 1 с геометрией цилиндрической формы показано в Таблице 1 ниже. При этом строки соответствуют различным положениям дефектов, а столбцы - различным величинам дефектов. В полях матрицы оценки содержатся, соответственно, суммы амплитуд из вычисленной SAFT-обработки.

Таблица 1
Пример матрицы оценки
Расстояние
[мм]
Величина эквивалентного дефекта
0,5 мм 1,0 мм 2,0 мм
250 57,0 255,3 1025,9
300 55,2 247,3 992,9
350 54,7 244,8 981,5
400 53,8 240,8 962,9
450 53,2 237,7 947,0
500 52,5 234,6 928,8
550 51,6 229,7 899,3

При этом положения дефектов могут изменяться для всех возможных точек сетки в плоскости изображения SAFT-обработки. Однако для уменьшения вычислительных затрат моделирование может быть осуществлено только для некоторых выбранных положений дефектов. Точное положение дефекта в этом случае может быть уточнено в дальнейшем, например, путем интерполяции.

Затем блок 33 обработки данных создает матрицу оценки, в которую сведены суммы амплитуд SAFT-обработок нескольких величин дефектов и, при необходимости, также для различных положений.

Моделирование положений дефектов, то есть вычисление ультразвуковых эхо-сигналов, SAFT-обработка вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов и создание матрицы оценки, может при этом осуществляться уже перед собственно измерением тестируемого объекта 1. Таким образом, во время тестирования потребуется лишь невысокая вычислительная мощность. Так как в этом случае положение дефекта еще неизвестно во время моделирования, необходимо выполнять моделирования для различных положений дефектов.

В качестве альтернативы, вычисление ультразвуковых эхо-сигналов, SAFT-обработка вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов и создание матрицы оценки могут происходить также после того, как дефект 10 был обнаружен в тестируемом объекте. В этом случае моделирование дефектов может быть ограничено обнаруженным положением дефекта. Также в этом случае могут быть использованы уже имеющиеся данные измерений в качестве первоначальной оценки для величины дефекта. Моделирование величины дефекта может быть ограничено в этом случае величинами в диапазоне значения оценки. Если, например, результат измерения показывает, что дефект имеет величину примерно в диапазоне 1 мм, то моделирование может быть ограничено величинами дефектов в диапазоне от 0,5 мм до 2 мм, что приведет к дальнейшему сокращению требуемой вычислительной мощности.

Когда имеются SAFT-обработка измеренных значений и матрица оценки, то затем осуществляется сравнение. При этом определяется то значение матрицы оценки, которое ближе всего к измеренным значениям. Отсюда можно затем сделать вывод о фактической величине дефекта и, при необходимости, положении дефекта.

Посредством интерполяции соседних значений матрицы оценки можно сверх того получить дальнейшее приближение для оцененных величины и положения дефекта.

После того, как размер и, возможно, положение дефекта 10 было определено, как описано выше, полученные значения отображаются на устройстве 4 отображения пользователю.

Посредством соответствующей изобретению оценки величин дефектов теперь также возможно прямое сравнение между обычными ультразвуковыми способами анализа и ультразвуковыми способами на основе SAFT. Любые дефекты могут сравниваться с эквивалентным дефектом типа кругового диска. Таким образом, можно, например, выполнить дифференцированное сравнение с нагрузками для конструкции. Кроме того, при моделировании ультразвуковых эхо-сигналов может быть принято во внимание, что при очень малых круговых дисках, высота эхо-сигнала больше не пропорциональна d2, где d представляет собой диаметр величины эквивалентного дефекта. Таким образом, также эти случаи могут оцениваться должным образом. Кроме того, соответствующий изобретению способ позволяет привлекать другую дополнительную информацию о дефекте 10. Так могут, например, учитываться ориентации дефектов за счет того, что ряд дефектов градуированной величины с известной ориентацией привлекается для оценки.

Таким образом, настоящее изобретение относится к оценке величин дефектов для дефектов 10 в тестируемом объекте 1 при ультразвуковом тестировании. При этом настоящее изобретение позволяет, в частности, целенаправленно определять величины дефектов на основе способа SAFT. Для этого, на основе заданного сценария тестирования, моделируются дефекты 10 в тестируемом объекте 1, и эти моделирования сравниваются с реально зарегистрированными значениями измерений.

1. Способ оценки величин дефектов для дефекта (10) в тестируемом объекте (1), содержащий этапы

- определения (S1) набора данных измерений тестируемого объекта (1);

- выполнения (S2) обработки способом фокусировки синтезированной апертуры, SAFT-обработки, определенного набора данных измерений;

- вычисления (S3) ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте (1) посредством моделирования эхо-сигналов для сценария тестирования;

- выполнения (S4) SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов каждой из множества величин дефектов;

- оценки (S5) величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений посредством сопоставления SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап определения положения дефекта в тестируемом объекте (1) из SAFT-обработки определенного набора данных измерений; причем этап (S3) вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляет ультразвуковые эхо-сигналы для дефекта (10) в определенном положении дефекта в тестируемом объекте (1).

3. Способ по п.1, причем этап (S3) вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляет ультразвуковые эхо-сигналы для дефектов (10) во множестве положений в тестируемом объекте (1); и для каждого вычисленного положения дефекта выполняется SAFT-обработка вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

4. Способ по любому из пп.1-3, причем этап (S3) вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляет ультразвуковые эхо-сигналы для тестируемого объекта (1) с множеством дефектов (10) в тестируемом объекте (1).

5. Способ по любому из пп.1-3, причем этап (S3) вычисления ультразвуковых эхо-сигналов вычисляет ультразвуковые эхо-сигналы для множества тестируемых объектов (1), соответственно, с по меньшей мере одним дефектом (10).

6. Способ по любому из пп.1-3, причем SAFT-обработки (S4) вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов выполняются для нескольких тестируемых объектов (1), соответственно, с по меньшей мере одним дефектом (10).

7. Способ по любому из пп.1-3, причем этап оценки (S5) включает в себя интерполяцию местоположения и/или интерполяцию величин дефектов SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

8. Способ по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий этап для предоставления параметров сценария тестирования, причем этап вычисления (S3) ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте (1) выполняется с применением предоставленных параметров сценария тестирования.

9. Способ по п.8, причем предоставленные параметры сценария тестирования включают в себя по меньшей мере данные о параметрах зонда, тестовом растре, материале и/или геометрии тестируемого объекта (1).

10. Способ по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий этап предоставления внешних дополнительных информаций о дефекте (10) в тестируемом объекте, причем этап (S5) оценки величины дефекта оценивает величину дефекта с применением предоставленных внешних дополнительных информаций.

11. Способ по п.10, причем предоставленные внешние дополнительные информации включают в себя по меньшей мере данные об ориентации дефекта (11) в тестируемом объекте (1).

12. Способ по любому из пп.1-3, причем определяется множество наборов данных измерений; и SAFT-обработка (S2) осуществляется с применением множества определенных наборов данных измерений.

13. Способ по п.12, причем для определения множества наборов данных измерений соответствующий ультразвуковой сигнал вводится в различных точках измерений в тестируемый объект (1) с углом падения, который изменяется для определения наборов данных измерений для каждого набора данных измерений.

14. Устройство оценки величин дефектов для дефекта (10) в тестируемом объекте с

- зондом (2) для ввода ультразвукового сигнала в различных точках измерений (Mi) в тестируемый объект (1) для определения по меньшей мере одного набора данных измерений; и

- блоком (3) обработки, который выполнен с возможностью выполнения обработки способом фокусировки синтезированной апертуры, SAFT-обработки, определенного набора данных измерений, вычисления ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте (1) посредством моделирования эхо-сигналов для сценария тестирования, выполнения SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов каждого из множества величин дефектов и оценки величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений посредством сопоставления SAFT-обработок и вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

15. Устройство по п.14, причем блок (3) обработки дополнительно содержит устройство (34) памяти, выполненное с возможностью хранения сумм амплитуд из SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов, и причем блок (3) обработки выполнен так, чтобы сохраненные суммы амплитуд для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов считывать из блока памяти и адаптировать считанные суммы амплитуд для оценки величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений.



 

Похожие патенты:

Использование: для неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров с отработавшим ядерным топливом. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность контейнера устанавливают ультразвуковые излучатели и приемники сигналов в равном количестве, которые формируют прямоугольные импульсы с соответствующей шириной, длительностью частотой.

Использование: для обнаружения дефектов ультразвуковыми методами. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно в процессе калибровки ультразвукового дефектоскопа на эталонном образце - металлической пластине, имеющей одинаковую с водоводом толщину, геометрию и химический состав и акустически нагруженную на воду, пьезопреобразователем излучают в эталонный образец зондирующий УЗ (ультразвуковой) импульс, пьезопреобразователем принимают отраженный опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее пьезопреобразователь устанавливают в точку контроля на поверхности металлического водовода, в контролируемый водовод пьезопреобразователем излучают зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимают рабочий УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее из зарегистрированного рабочего эхо-сигнала вычитают зарегистрированный ранее опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, полученный в результате вычитания разностный измерительный эхо-сигнал запоминают, а о глубине водяного кармана судят по измеренному времени запаздывания первого импульса разностного измерительного эхо-сигнала относительно зондирующего УЗ импульса.

Использование: для ультразвукового обнаружения микротрещин на рабочей выкружке головки рельса. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности катания рельса устанавливают два электроакустических преобразователя, направленных зеркально относительно плоскости поперечного сечения так, чтобы ультразвуковой зондирующий сигнал каждого из них после отражения от нижней выкружки попадал на верхнюю выкружку головки рельса, зондируют головку рельса, для чего, перемещая электроакустические преобразователи вдоль рельса, излучают каждым из них зондирующие и принимают отраженные от верхней выкружки головки рельса ультразвуковые сигналы в соответствующем временном окне, дополнительно принимают ультразвуковые сигналы, отраженные от нижних выкружек головки рельса в соответствующих временных окнах приема, чувствительность приема каждого электроакустического преобразователя во всех временных окнах приема постоянно выбирают так, чтобы получать сигналы от металлургических неровностей на нижней выкружке головки рельса, заключение о наличии и ориентации микротрещин на верхней выкружке головки рельса производят на основе совместного анализа сигналов, полученных электроакустическими преобразователями.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что на первом этапе опорный эхо-сигнал электроакустической наводки регистрируется и запоминается в блоке накопителя, при этом для формирования опорного сигнала из материала, идентичного материалу контролируемого образца, изготавливается бездефектный эталонный стандартный образец (СО), бездефектность которого гарантируется применением других методов испытаний, размер контролируемой толщины этого бездефектного эталонного образца выбирается большим, чем максимальная толщина контролируемого объекта, что гарантирует отсутствие каких-либо донных сигналов в пределах контролируемого интервала глубин; далее на втором этапе пьезопреобразователь устанавливается на поверхность контролируемого изделия, регистрируется рабочий эхо-сигнал, который подается на первый вход блока вычитания, на второй вход которого подается сигнал из блока накопителя, а сигнал с выхода блока вычитания подается на индикатор.

Использование: для оценки качества конструкций замкнутого контура с внутренней полостью, изготовленных из полимерных композиционных материалов, например углепластика или стеклоуглепластика.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн акустическими контрольно-измерительными приборами и может быть использовано при неразрушающем контроле материалов и изделий в различных областях промышленности.

Использование: для выявления поперечно ориентированных дефектов при ультразвуковом сканировании изделия с отражающим дном. Сущность изобретения заключается в том, что два многоэлементных ультразвуковых преобразователя размещают на поверхности контролируемого изделия в заранее рассчитанном положении, излучают и фиксируют ультразвуковые эхо-импульсы, восстанавливают множество парциальных изображений, получают изображение дефектов, используя несколько путей от излучающего до приемного преобразователя с отражением от дна и поверхности, суммируют восстановленные парциальные изображения для каждого положения преобразователей.

Использование: для определения точного объема вынесенного металла коррозионных дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения точного объема вынесенного металла коррозионных дефектов состоит из следующих этапов: предварительная загрузка данных о потерях металла; разбиение на зоны в каждой области потери металла с вычислением объема каждой зоны; подсчет объемов во всех зонах областей потерь металла и вычисление общего объема для всего анализируемого участка трубопровода.

Использование: для контроля дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля дефектов включает в себя: первый процесс формирования ультразвуковых колебаний в поверхности стального листа; второй процесс обнаружения эхо-сигнала F и эхо-сигнала B в ультразвуковых колебаниях; третий процесс корректировки значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного на конце стального листа, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки, причем область общей оценки является областью иной, чем конец стального листа; и четвертый процесс оценивания внутреннего дефекта стального листа на основе значения обнаружения эхо-сигнала F, полученного во втором процессе, и значения обнаружения эхо-сигнала B, скорректированного в третьем процессе на конце стального листа.

Изобретение относится к динамической локализации дефекта в дефектном изделии, полученном ковкой. Система локализации дефекта содержит средства обработки для моделирования операции ковки при помощи численного решения уравнений с получением набора моделей формования изделия, средства ввода для предоставления указанному средству обработки данных относительно дефекта в изделии, средства обработки для добавления к первой модели из набора отметчика дефекта и средства визуализации для отслеживания во времени отметчика дефекта.
Наверх