超声检验装置的自动校准错误检测

摘要

本发明涉及超声检验装置的自动校准错误检测，具体涉及通过设置预定时间接受窗口来自动检测错误的TOF读数的方法和NDT/NDI校准处理。在该校准处理期间，确认UT装置获取到的TOF读数，以判断薄测试块的TOF读数是否落入预定时间接受窗口的范围内。如果薄块的TOF读数(T2)落在预定时间接受窗口外，则向操作员警告错误并且重复针对该薄块的TOF测试。

权利要求

1.一种超声测试装置的校准方法，所述校准方法包括以下步骤：

提供由要测试的材料类型制成的第一测试块和由所述要测试的材料类型制成的第二测试块，其中，所述第一测试块具有第一厚度，所述第二测试块具有小于所述第一厚度的第二厚度；

利用要校准的所述超声测试装置来测量施加至所述第一测试块的超声激励信号的第一TOF，其中，TOF表示飞行时间；

基于所述第一TOF、所述第一厚度和所述第二厚度来计算施加至所述第二测试块的超声激励信号的预测第二TOF；

利用要校准的所述超声测试装置来测量施加至所述第二测试块的超声激励信号的第二TOF；以及如果所述第二TOF相对于所述预测第二TOF偏离了预定容许窗口大小以上，则丢弃测量出的所述第二TOF。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述预定容许窗口大小包括所述预测第二TOF的约±30%～±80%。

3.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，还包括以下步骤：计算校准材料声速为所述第一厚度与测量出的所述第一TOF相除的两倍。

4.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于，计算所述预测第二TOF为所述第二厚度的两倍除以所述校准材料声速。

5.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述预测第二TOF与测量出的所述第一TOF成比例，并且与所述第二厚度相对于所述第一厚度的比成比例。

6.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，还包括以下步骤：响应于对测量出的所述第二TOF的丢弃，生成警告消息。

7.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，还包括以下步骤：响应于对测量出的所述第二TOF的丢弃，重复测量所述第二TOF。

8.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，还包括以下步骤：响应于由于测量出的所述第二TOF处于所述预定容许窗口大小内而对测量出的所述第二TOF的接受，将基于测量出的所述第一TOF的值和所述第二TOF的值的校准结果应用于要校准的所述超声测试装置。

说明书

超声检验装置的自动校准错误检测

技术领域

[0001] 本发明涉及无损测试和检验装置(NDT/NDI)，尤其涉及诸如厚度计装置等的超声检验系统用的自动检测校准数据错误的方法。

背景技术

[0002] 超声设备校准过程分成传感器零点补偿(Transducer Zero Compensation)、材料声速校准(Material Velocity Calibration)和零点偏移校准(Zero Offset Calibration)这三类。目前，本技术领域内众所周知的“两点校准(Two Point Calibration)”利用了“零点偏移校准”和“材料声速校准”的组合。

[0003] 厚度测量设备用的“两点校准”通常包括调整超声检验装置(UT装置)的处理，以使得该超声检验装置在特定温度下使用特定传感器对特定材料的已知厚度的测试对象进行测量。在大多情况下，可以使用同种材料的厚校准块和薄校准块来组合材料声速校准和零点偏移校准，这被称为“两点校准”。

[0004] 通常通过测量从测试材料的正面传播到背面的超声信号的飞行时间(time of flight)，使用由要测量的同种材料制成的已知厚度的厚测试块来进行材料声速校准。需要对各批测试对象完成该校准。

[0005] 通常通过测量从测试材料的正面传播到背面的超声信号的飞行时间，使用由要测量的同种材料制成的已知厚度的薄测试块来进行零点偏移校准。对各新的传感器和材料的组合仅需要进行一次该校准。

[0006] 现有传统的给定传感器用的两点校准处理通常包括以下步 骤：

[0007] 1)选择包括厚度不同但已知的几个子块的校准块。选择两个子块，其中，较薄的子块被称为“薄块”并且较厚的子块被称为“厚块”。薄块和厚块这两者的厚度均是已知的。从UT装置的存储器再调用要校准而选择的传感器的相关参数，或者由操作员设置要校准而选择的传感器的相关参数。

[0008] 2)通过使用UT装置和所选择的传感器来确定T1、即测量出的厚块的飞行时间(TOF)。T1是超声信号先从厚块的正面传播到背面然后再传播回正面所测量出的TOF。 [0009] 3)向UT装置提供H1、即厚块的已知厚度。

[0010] 4)通过使用UT装置和所选择的传感器来确定T2、即测量出的薄块的飞行时间(TOF)。T2是超声信号先从薄块的正面传播到背面然后再传播回正面所测量出的TOF。 [0011] 5)向UT装置提供H2、即薄块的已知厚度。

[0012] 6)最后，UT装置进行两点校准计算并存储结果。

[0013] 然而，由于诸如不正确的增益或信号噪声等的因素，因而针对薄块，UT装置经常获取到错误的T2。因此，当操作员误接受了错误的T2时，校准将是错误的。对于可能无意地进行了错误校准、从而导致错误检验的缺乏经验的操作员而言，这更成为问题。对于经验丰富的操作员而言，由于操作员需要手动停止并确认校准，因此错误的读数使校准处理减慢，从而降低了生产率。此外，如果在UT装置上不存在用以在校准期间观看信号的波形显示，则操作员无法判断T2是否正确。

[0014] 众所周知，无损测试(NDT)的精度对于许多行业而言至关重要。

[0015] 在属于Jerry Berg的、采用硬件电路来使由于因错误的信号检测所引起的错误校准而造成的问题最少的美国专利 3,554,013中例示出现有的成果。然而，比较而言，该硬件方案在成本方面不太划算且不太适用，并且遭受由于热漂移引起的不稳定性。 [0016] 因而，考虑到现有问题和已做出的成果，迫切需要自动去除特别是针对“薄块”或“零点偏移校准”的错误校准信号，以提高检验确定性、精度并增加生产率。 发明内容

[0017] 这里，本发明解决了与NDT/NDI装置中使用的超声检验装置的校准有关的问题，其中，现有的“两点校准”过程通常会遇到前述的特别是针对薄块的错误TOF读数。 [0018] 注意，可以可互换地使用这里所使用的术语“探测器”、“传感器”和“感测器”。 [0019] 这里，测量出的飞行时间被称为TOF，该TOF是测量出的超声信号先从薄块或厚块的正面传播到背面然后再传播回正面的飞行时间。

[0020] 这里，超声深度测量设备被称为UT装置。

[0021] 因此，本发明的总体目的是提供可以用来在“两点校准”处理期间自动判断在检测校准信号时是否存在错误的方法和相关软件程序。

[0022] 本发明的另一目的是利用根据本发明的自动错误信号检测来执行两点校准。该处理包括获取分别具有已知厚度H1和H2的厚块和薄块的TOF读数T1和T2，其中，在校准UT装置之前对薄块的TOF读数T2进行错误确认。

[0023] 本发明的另一目的是在两点校准处理期间针对薄块的TOF读数定义时间接受窗口。

[0024] 本发明的另一目的是确认薄块的TOF读数(T2)是否落入预 定时间接受窗口的范围内。如果薄块的TOF读数(T2)落在该预定时间接受窗口外，则向操作员警告错误，并重复测量该薄块的TOF。

[0025] 还应当理解，本文所公开的自动校准错误检测用的方法具有提高校准可信度和精度、由此提高测量/检验可信度和精度的优点，并且避免了错误的读数。

[0026] 还应当理解，本文所公开的自动校准错误检测用的方法具有如下优点：特别是在UT装置不具有用以确认(T2)的波形显示的情况下，通过除去猜测读数是否有效所浪费的时间，提高了校准生产率。

附图说明

[0027] 图1a和1b分别示出从厚块和薄块的后壁边界反射来的超声波形。图1a和1b共同用来说明根据本发明的自动校准错误检测所使用的原理。

[0028] 图2是利用根据本发明的自动校准错误检测的两点校准的过程的流程图。 [0029] 图3是示出根据本发明的识别预定窗口外的错误读数的详细过程的流程图。 具体实施方式

[0030] 如在背景技术中所述，在一般的两点校准过程期间，使针对校准所选择的传感器先与已知厚度的厚块(厚度为H1)接合再与已知厚度的薄块(厚度为H2)接合。触发该传感器，并且利用UT装置捕获超声回波信号。在图1a和1b中绘制了一般的波形。 [0031] 参考图1a和1b，分别示出从厚块和薄块反射来的超声波形。对于图1a和1b这两者，X轴示出超声信号传播到测试对象即厚 块和薄块的后壁边界并被该后壁边界反射所需的时间。Y轴是UT装置检测到的超声回波信号振幅。

[0032] 在图1a中，A表示超声信号的激励脉冲。B表示UT装置检测到的来自厚块的底部边界的第一回波信号。T1是测量出的第一回波信号的TOF。

[0033] 图1b示出当对薄块进行校准过程时检测到的回波信号的波形。H是超声信号的激励脉冲。I是UT装置检测到的从薄块的背面反射来的第一回波信号。随后，J是第二回波信号，并且K是第三回波信号。T2是测量出的第一回波信号I的飞行时间。 [0034] 如从图1a可以看出，容易区分出从厚块的背面反射来的第一回波信号，并且没有检测到与从背面反射来的回波混淆的其它主要回波。

[0035] 然而，对于薄块的情况，如图1b所示，除了从薄块的背面反射来的第一回波信号I以外，存在可能容易与回波I混淆的其它回波(J和K)。在现有的实践中，经常发生UT装置将回波J或K的TOF误读为回波I的TOF。

[0036] 根据本发明的一个新的方面，设置了预定时间接受窗口，其中，预期第一回波的TOF的正确读数落入该预定时间接受窗口内。如图1b所示，基于使用T1、H1和H2这三个已知值计算出的薄块厚度T来给出这里被称为W的时间接受窗口。后面在与图3相关的说明中给出了这种计算的详细内容。

[0037] 图1b还示出dT是预定容许窗口大小。W是时间接受窗口。

[0038] 如果回波TOF读数落在W外，则UT装置自动放弃该读数，并且警告操作员以重复测量针对薄块的TOF。

[0039] 现在参考图2，图2是示出利用根据本发明的自动校准错误检测的两点校准的过程的流程图。

[0040] 在步骤201中，校准过程开始。在步骤202中，使针对校准所选择的传感器接合到校准用的厚块。在步骤203中，利用UT装置测量该厚块的TOF即T1。然后，在步骤204中，将该厚块的实际已知厚度H1提供给UT装置。在图1a中示出了获取到的超声波形和T1。 [0041] 继续参考图2，在步骤205中，使传感器与校准用的薄块接合。在步骤206中，利用UT装置测量该薄块的TOF即T2。然后，在步骤207中，提供该薄块的实际已知厚度H2。在图1b中示出了超声波形和T2。

[0042] 应当注意，一起作为步骤200的步骤201～207构成了如何执行现有传统的两点校准的过程。

[0043] 继续参考图2，在获得了薄块的TOF读数之后，这里，本发明的方面包括UT装置的检查步骤300，该检查步骤300用于自动确认T2是否落入如图1b所示的预定有效范围W内。如果T2落入W内，则在步骤208中，UT装置应用校准结果。如果T2落在范围W外，则UT装置向操作员发出警告，从而警告操作员需要调整UT装置的增益或确认其它因素，并且通过返回至步骤206重新进行针对薄块的T2测量。在后面的图3中进一步详细说明检查步骤300。

[0044] 现在参考图3并且还返回参考图1b来说明自动T2信号错误检测的详细处理。在该自动T2错误检测处理期间，确定如图1b所定义的接受窗口W，并使用该接受窗口W来判断薄块的TOF即T2的有效性。

[0045] 在步骤301中，信号错误检测过程开始。在步骤302中，使用H1和T1，根据V=2·H1/T1来计算校准材料声速V。在图2的步骤202和203中获得了H1和T1。

[0046] 在步骤303中，使用H2和V，根据公式T=2·H2/V来计算薄块的TOF值T。然后，在步骤304中，使用预先确定的dT，根据W＝[T-dT，T+dT]来设置测量出的TOF的检测窗口W。优选地，在值T的30％～80％的范围内给出dT的值。

[0047] 在步骤305中，并且如图1b所示，使用接受窗口W来确认测量出的薄块的TOF即T2。

[0048] 如果T2在该窗口W内，则在步骤307中，错误检测过程300结束。此时，提供了有效的T2，并且在步骤208中，使用该T2来进行针对材料声速和零点偏移的校准过程。 [0049] 如果T2没有落在该接受窗口W内，则在步骤306中生成警告消息，从而提示操作员如图2所示重复测量针对T2的校准读数。

[0050] 尽管已经针对本发明的特定典型实施例说明了本发明，但对于本领域技术人员而言，许多其它的变形例和修改例以及其它用途将显而易见。因此，优选地，本发明并不受限于该特定公开。例如，本发明的范围可以适用于广泛的诸如但不限于声学单个元件、多个元件和阵列探测器等的探测器。

[0051] 相关申请的交叉引用

[0052] 本申请根据35U.S.C.§119(e)而要求2010年3月25日提交的序列号为61/317,446的美国临时专利申请“Automatic Calibration Error Detection for Ultrasonic Inspection Devices”(代理人案号为PP/4779-109)的优先权。在此通过引用包含该在先申请的全部内容来用于所有目的。