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i= 1 i= 1 i= 1 i= 1 N N N N
代入式 ( 6) 得一次多项式逼近函数。 对于一般构件 ( 等厚 度) 确 定灵敏 度的 方法是: 借助与被检验材料声学性能和表面状态相同或者类似 材料制成的标准试块, 通过对人工缺陷的信号幅度与 噪声的信号幅度比较结果来调整灵敏度。可见, 超声 检测实际是一个比较的过程, 它首先在标准试块上调 节工作灵敏度, 作为零件测试的依据, 但对于变厚度 件来说, 这一点变得无法实施, 因为这一类构件由于 厚度的变化, 导致 构件 上任 何 两点 的声 衰减 都 不相 同, 那么都应使用不同的工作灵敏度。 由于目前的超声检测设备没有型面跟踪功能和灵 敏度自动补偿功能, 对于曲面形状且厚度变化的构件 的超声检测显得无能为力。另外, 对于穿透式检测的 灵敏度确定方法, 目前国内外有关标准中并无明确规 定。因此必须通过分析检测的实际情况, 采用一些不 同常规的灵敏度补偿方法, 使检测工作既保证产品质 量, 不出现错漏检, 同时又使检测工作简单易行。 进行检测时, 构件上各点处的厚度可以根据超声 探头的运动点位计算得到。将构件上各点处的厚度值 代入 ( 6) 式, 便可得到该点处探伤仪相应的增益值。 在实际检测时, 可以根据计算的增益值实时调整探伤 仪的增益, 从 而完 成对 构件 上 每一 点处 灵敏 度 的调 整。实际上除构 件厚度外 导致超声波衰减的因素很 多, 也可对其它衰减因素 导致的灵敏度下降进行补 偿, 限 于 篇 幅, 不 作 讨 论。
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E a0 a1 ( t - h) 函数
N i= 1
表 1 试件 1 的 t - h 函数拟合表 厚度 t / cm 201 001 191 999 311 003 291 875 381 976 401 767 501 340 491 739 581 441 621 670 E t = 4011 810
扫查灵敏度进行调整, 以准确的对构件进行检测。系 统模型数据 获取 方 式有 三种: 超声 波探 头采 集 的数 据、三坐标测量机 测量数 据、通用 CAD 软 件输 出的 设计模型数据。后两种数据我们称为外部数据, 由于 不能直接由超声系统获取, 在本文所论述的系统未被 采用。 面向实物的超声测量、曲面建模、超声检测的一 体化过程包括曲面构件表面数字化、表面数字化点的 数据预处理、曲面拟合得到 CAD 模型、基 于 CAD 模 型生成扫查运动点位和对曲面构件进行超声检测, 其 框图如图 1 所示。
Abstract: T he theor y was analyzed of the ultr aso nic inspection about the curved surface. O ne alg orithm method w hich based on least square method was presented, w hich adjust the plus of sensitiv ity to deal with the difficulties of the ultrasonic inspection on the cur ved sur face. Keywords: Curved surface; U ltrasonic inspection; Sensivitity
2 最小二乘法拟合 , 灵敏度自动补偿 当构件厚度很大时, 如果不调整探伤仪增益, 即 使构件内部没有缺陷, 接收探头接收的信号也很微弱 ( 图 2) 。尤其是当构件为复合材料 件时, 超声 波在材 料内部传播时衰减非常大, 如果不进行灵敏度补偿很 容易将由厚度引起的衰减判断为构件内部的缺陷, 从 而造成误检。 由公式 ( 1) 可 知, 检测 时的声 衰减 与构件 厚度 间为线 性 指 数 关 系, 探 伤 仪 的增 益 ( 以 分 贝 ( dB) 表示) 与构件 厚度间 为线性 关系 ( 见公式 ( 4) ) 。因 此, 采用一次多项式拟合构件厚度与增益间的关系。 设拟合函数: h ( x ) = a0 + a 1 t ( 6)
t @ h/ ( cm @ dB) 9401 486 8601 352 16411 066 14431 702 22301 023 22081 574 31871 473 29341 369 39541 712 41321 617
N N i= 1 i= 1
( 6) ) , 得 到该 点 处探 伤仪 相应 的 增益 值。实 际检 测 时, 根据计算的增益值实时调整探伤仪的增益, 从而 实现灵敏度的自动补偿。
N i= 1
增益 h/ dB 471 022 431 020 521 932 481 325 571 215 541 176 631 319 581 996 671 670 651 942
p x= p 0 e
- A x 0
( 1)
式中: A 0 ) 衰减系数。 由式 ( 1) 可求 1 p0 A ln ( 2) 0= x px A 0 单位是奈培 ( Np) , 以分贝 ( dB) 表示时 A = 20ln A ( 3) 0 = 81 686 A 0 在实际检测 中, 也 常 用分 贝 ( dB ) 表 示 两 声波
5 机床与液压6 20041 N o 19
# 167 #
曲面构件超声检测中的灵敏度自动补偿技术
江 健, 吴瑞明, 杜兴吉, 周晓军
( 浙江大学 , 杭州 310027)
摘要 : 从曲面构件超声无损检测的原理出发 , 针对非对称曲面型构件超声 检测比较困 难的特点 , 分析了非对 称曲面型 构件自动化超声检测的原理 , 并提出了用最小二乘法拟合使用灵敏度调整曲线的方法。 关键词 : 曲面构件 ; 超声检测 ; 灵敏度 中图分类号 : T P274+ 1 53 文献标识码 : A 文章编号 : 1001- 3881 ( 2004) 9- 167- 3
# 168 #
的声强 ( I 1 和 I 2 ) 或声压 ( p 1 和 p 2) 之间的关系 分贝( dB) = 10lg ( I 1/ I 2) = 20lg( p 1 / p 2) ( 4) 声强、声压、探伤仪显示器的回波高度之间存在 如下关系: I WP 2 W h 2 ( 5)
5 机床与液压6 20041 No1 9
N i= 1
式中: I ) 声强; p ) 声压; h ) 回波高度。 下图 为变 厚度构 件超 声 C 扫 描原理 图, 其 中构 件为楔型复合材料构件, 垂直面和倾斜面为碳纤维材 料, 中间是 蜂窝 芯材 料, 1、2 分 别指穿 透法 扫 查中 的左右探头。
2 E R2 ( a0 , a1 ) i = E ( a0 + a1 t i - y i ) = U
Automatic Sensitivity Compensation Technology on Ultrasonic Inspection of Curved Surface
JIANG Jian, WU Rui ming, DU Xing - ji, ZH OU Xiao - jun ( Zhejiang U niversit y, H ang zhou 310027, China)
i= 1
N
( 8)
为最小, 则 U对 a 0、 a 1 的偏导为零, 得到方程组 N a 0+ a 1 E t i - E y i = 0
i= 1 i= 1 N N
( 9) ( 10)
a0 E t i + a 1 E t 2 i - E tiy i = 0
i= 1 i= 1 i= 1
N
N
N
解得两个待定系数 DB - A C NC - A B a0 = , a1 = ND- A 2 ND - A 2 其中: A = E ti , B = E y i , C = E tiy i , D = E t 2 i 。
根据超声探头的运动 点位计算构件上各点处的厚度值后, 将实际检测时各 点处 的 厚 度 值 代 入 厚 度 与 增 益 的 拟 合 函 数 式 ( 式
图3
厚度与增益拟合曲线
5 机床与液压6 20041 N表 2 分别 是试件 1、2 的拟 合表, 图 3 是 它们的拟合曲线。实际检 测试件 1、2 时 探伤仪 的灵 敏度将根据这两条拟合曲线进行调整。
图 1 曲面构件超声检测原理图
1 变厚度件超声 C 扫描原理 超声波在材料中传播时, 除了有扩散损失外, 还 有材料的内摩擦以及组织界面的散射, 使沿材料内部 行进的超声波的能量衰减。 此种衰减情况可用衰减系数 表示。设 x = 0 处的 声压 ( 振幅) 为 p 0, x 处的声压为 p x 时, 则
其中: t ) 厚度; h ( t ) ) 增益。 则 R i = h( t i ) - y i = a0 + a1 ti - y i ( i= 1, 2, ,, n ) ( 7) 其中: y i ) ti 点处的实际值; R i ) 实际值 与拟合值间 的误差。 按最小二乘法原理, 应使误差的平方之和
图2
变厚度件超声 C 扫描原理
由式 ( 4) 、 ( 5) 可 知: 当发 射 探头 处入 射 声压 p 0 相同、构件厚度 x 不等, 且构件 内部 不存在 缺陷 时, 接收探头处声压或探伤 仪显示的回波 高度如图 2 (a) 、 ( c) 所 示, 当发射 探头入 射声压 相同、构 件厚 度分别为 x 1 和 x 2 时, 接收探头和探伤仪回波高度不 相等。由于穿透法超声检测中, 缺陷判别的依据就是 回波高度的变化, 在实际检测中, 这将导致错误的检 测结果: 将图 2 ( c) 判断为构件内部有缺陷或将 图 2 ( b) 判 断 为构 件内 部无 缺 陷。因此, 对于 非 对称 构 件, 必须考虑构件厚度对检测结果的影响, 在检测过 程中根据构 件厚 度 变化 实时 调整 发 射探 头处 入 射声 压, 或者实时调整探伤仪的增益, 只有这样才可以保 证检测结果的正确性。本文所述的系统中是通过最小 二乘法拟合构件厚度与探伤仪增益间关系曲线, 而后 进行灵敏度补偿来实现的。
