專利名稱：多頻接合測試的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無損測試和檢驗系統(tǒng)(NDT/NDI)，尤其涉及一種與NDT/NDI檢驗 設(shè)備相協(xié)作使用聲學(xué)探頭的多頻接合測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
諸如使用一發(fā)一收探頭(pitch-catchprobe)的 ONDT BondmasterlOOOe+等的接 合測試(BT)設(shè)備提供了蜂窩夾層復(fù)合材料的單面無損檢驗用的方法。一發(fā)一收(P-C)探 頭使用第一端頭以與表面按壓接觸的方式在某部位中產(chǎn)生聲波，并且在與該表面相接觸的 同時使用第二端頭來讀取振動。然后，該探頭可以通過從產(chǎn)生端頭到接收端頭的振幅的變 化和/或傳播延遲(相位)的變化來檢測缺陷。所給定的一發(fā)一收(P-C)接合測試(BT)無損設(shè)備的檢測性能與給定缺陷的性質(zhì) 和尺寸以及檢測該缺陷所使用的頻率直接相關(guān)。復(fù)合蜂窩夾層結(jié)構(gòu)可能呈現(xiàn)出外殼與芯脫 接或壓碎芯(脫接)以及外殼與外殼脫接(層離)的各種類型的缺陷。還可以利用P-C技 術(shù)來檢測被稱為灌封(POtting)的典型修復(fù)人工制品。對于以有限范圍的諧振頻率檢測到 的小的缺陷，檢測性能與缺陷尺寸和測試頻率間的關(guān)系之間的關(guān)系是明顯的。通?？梢栽?更大的測試頻率范圍內(nèi)檢測大的缺陷。通常通過給定頻率的信號振幅的增加來檢測脫接型指征。層離型指征和灌封型指 征的差別很大，這是因為這些指征的振幅保持相對穩(wěn)定；然而，返回信號的相位由于因這 些指征所引起的對聲波速度的影響而變化。層離型缺陷導(dǎo)致波速減小，而灌封型缺陷導(dǎo)致 波速增大。由于最佳測試頻率依賴于測試部位結(jié)構(gòu)(即，層數(shù)、層類型、芯厚度、芯類型)并依 賴于缺陷類型、形狀和尺寸，因此選擇檢驗用的單個頻率可能較麻煩。
背景技術(shù)：
的另一缺點在于其不能在各種缺陷尺寸間進行區(qū)分。實際上，存在一些 這樣的測試狀況較小的缺陷在給定頻率可能產(chǎn)生比較大的缺陷更強的信號。為了確保BT檢驗期間包括小缺陷的缺陷尺寸范圍內(nèi)的良好的檢測可行性 (possibility of detection, POD)，必須使用幾個頻率。這些測試頻率應(yīng)當完全覆蓋給定 樣本中實際缺陷極有可能發(fā)生的頻率范圍。為了提供多個檢驗頻率的檢驗數(shù)據(jù)，大多數(shù)背景技術(shù)單元提供了在激勵頻帶內(nèi)順 次交替的“掃頻(swe印)”檢驗?zāi)Ｊ?。然而，要對顯示在唯一的阻抗平面中的一組測試參數(shù) (增益、相位角等)完成數(shù)據(jù)獲取。該方法存在由于其工作頻率范圍內(nèi)的非線性探測響應(yīng) 所引起的重大限制。如圖3所示，對測試樣本的良好部位的探測響應(yīng)在該頻率范圍內(nèi)變化。 因此，對所有的測試頻率使用相同的檢驗設(shè)置并且將來自所有測試頻率的結(jié)果顯示在同一 阻抗平面中，這是固有的缺點。使用“掃頻”模式來檢測相位偏移也幾乎是不可能的。
背景技術(shù)：
的另一缺點在于很少有系統(tǒng)提供用于表現(xiàn)C掃描時的BT數(shù)據(jù)的方法。大 多數(shù)當前可用的系統(tǒng)提供手動檢驗，但無法提供測試樣本的二維映射。盡管背景技術(shù)針對 有限頻率范圍設(shè)置為將阻抗平面數(shù)據(jù)表現(xiàn)為容易解讀的C掃描圖像，但用于將來自相對大的范圍的多頻C掃描的數(shù)據(jù)組合成組合C掃描而不對POD和信噪比(SNR)產(chǎn)生消極影響的 方法并沒有作為可用的解決方案而公知?？紤]到前述的缺點和問題，對于具有能夠滿足以下目標的數(shù)據(jù)表現(xiàn)和測試方法的 多頻接合測試設(shè)備存在大的需求a)在單個C掃描圖像上表現(xiàn)多個測試頻率的BT振幅；b) 補償頻率范圍內(nèi)的BT探頭的非線性行為；c)區(qū)分各種尺寸的缺陷，提高或至少維持在以特 定頻率掃描時觀察到的信噪比；以及d)檢測層離型缺陷并且區(qū)分由灌封產(chǎn)生的相似信號。

發(fā)明內(nèi)容
這里所公開的本發(fā)明的目的在于解決與接合測試無損測試相關(guān)的問題。更具體 地，本發(fā)明的目的在于提供一種測試材料樣本是否有缺陷的方法，該方法包括對材料樣本 施加測試信號、接收來自該測試樣本的返回信號、以及分析該返回信號以判斷材料樣本是 否有缺陷的步驟，其中，對多個離散頻率的信號重復(fù)進行施加測試信號和接收返回信號的步驟。此外，本發(fā)明提供了用于將來自多個頻率的測試信號組合成單個組合振幅C掃描 的方法。本發(fā)明還提供了用于將來自多個頻率的測試信號組合成單個組合相位C掃描的方 法。本發(fā)明的另一目的是利用組合來自多個測試頻率的結(jié)果的優(yōu)勢來提供用于提高 針對缺陷尺寸的范圍的檢測可行性并區(qū)分不同尺寸的缺陷的方法。因此，本發(fā)明的總體目的是提供用以補償針對給定檢驗所選擇的頻率范圍內(nèi)的BT 探頭的非線性行為的方法。具體地，本發(fā)明的目的是使針對各頻率的返回信號的振幅響應(yīng) 標準化。本發(fā)明的另一目的是提供用于選擇接合測試檢驗用的適當頻率范圍的方法。本發(fā)明的另一目的是利用測試信號響應(yīng)的相位來提供用以檢測并區(qū)分脫接型缺 陷和層離型缺陷并且區(qū)分由灌封產(chǎn)生的相似信號的方法。本發(fā)明的目的是提供用于在將來自多個頻率的相位響應(yīng)組合成組合C掃描時補 償這些相位響應(yīng)的方法。本發(fā)明的另一目的是提供用于將單個頻率和多個頻率的測試信號的振幅成分和 相位成分組合成單個C掃描的方法。本發(fā)明的又一目的是提供包括以下步驟的接合測試方法從良好的測試樣本中獲 取基準數(shù)據(jù)；從已知的缺陷中獲取缺陷特征；以及提供包括生成適當顯示的、針對給定檢 驗選擇最適當?shù)臏y試頻率的方法；提供信號響應(yīng)的組合多頻接合測試振幅、相位以及組合 振幅和相位C掃描顯示。本發(fā)明的另一目的是提供使現(xiàn)有硬件能夠執(zhí)行上述方法的軟件或固件程序。


根據(jù)以下參考附圖僅通過舉例的方式對本發(fā)明的實施例的說明，本發(fā)明的特征和 優(yōu)點將變得明顯，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的設(shè)備的圖。圖2是本發(fā)明的測量方法所采用的3個示例離散頻率時隙的圖。
圖3是來自測試樣本的良好部位上的固定位置的、典型BTNDT信號在頻率范圍內(nèi) 的響應(yīng)(信號振幅相對于頻率)的圖。圖4是與測試樣本的具有兩個已知的尺寸不同的脫接缺陷的部位的線性掃描相 關(guān)聯(lián)的響應(yīng)(標準化的信號振幅相對于頻率和掃描位置)的圖。圖5是與測試樣本的具有兩個已知的尺寸不同的脫接缺陷的部位的線性掃描相 關(guān)聯(lián)的響應(yīng)(組合信號振幅相對于掃描位置)的圖。圖6是與測試樣本的部位的光柵掃描相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)(信號振幅相對于掃描位置) 的圖。圖7是來自測試樣本的良好部位上的固定位置的、典型BTNDT信號在頻率范圍內(nèi) 的響應(yīng)(信號相位相對于頻率)的圖。圖8是與測試樣本的具有兩個已知的尺寸不同的缺陷的部位的線性掃描相關(guān)聯(lián) 的響應(yīng)(信號相位滯后相對于頻率和掃描位置)的圖。圖9是與測試樣本的部位的光柵掃描相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)(信號相位相對于掃描位置) 的圖。圖10是與測試樣本的部位的光柵掃描相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)(組合振幅(最大)和相位 相對于掃描位置)的圖。圖11是說明優(yōu)選實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明是用以獲取、表現(xiàn)和顯示基于振幅和相位的多頻一發(fā)一收式接合測試檢驗 的結(jié)果的新方法。本發(fā)明還涉及簡化多頻接合測試設(shè)備的設(shè)置和使用的測試方法。參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。設(shè)備1包括探頭2，探頭2用于向復(fù)合測試 樣本3施加多個測試信號并從測試樣本3接收返回信號。在本實施例中，施加并接收測試 信號的部件可以包括傳統(tǒng)的一發(fā)一收探頭，該一發(fā)一收探頭具有在工作時保持與測試樣本 3相接觸、通常以約IOmm的預(yù)定距離分開設(shè)置的兩個彈簧負載接觸端頭2A和2B。這兩個 接觸端頭中的其中一個接觸端頭用作頻率驅(qū)動器，并且被配置為利用聲波到低超聲波頻率 范圍內(nèi)的測試信號進行驅(qū)動。另一個接觸端頭被配置為接收在信號已經(jīng)通過測試樣本3之 后的返回信號。探頭2連接至在本實施例中作為多通道獲取和計算設(shè)備(A⑶)4的用于以多個頻 率驅(qū)動探頭2并且接收和處理返回信號的部件。A⑶4包括顯示器6和與用戶的接口部件 8。這種接口部件可以包括按鈕、旋鈕、撥盤、鼠標(未示出)和鍵盤(未示出)。應(yīng)該理解，圖1所示的樣本3可以是飛行器等的較大產(chǎn)品的一部分，例如是飛行器 的儀表盤。注意，實際上，由于諸如飛行器等的產(chǎn)品的儀表盤要就地進行測試，因此圖1的 設(shè)備必須是可移動的，從而能夠用來測試所關(guān)注的產(chǎn)品。應(yīng)該理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)通常 進行一維(線性)或二維(光柵)掃描。編碼掃描部件可以是線性編碼器、雙軸掃描器等。 掃描部件可以是手動的或自動的。根據(jù)本發(fā)明，獲取和計算設(shè)備4被配置為使探頭2輸出離散頻率的多個驅(qū)動信號 并且在單獨連續(xù)的持續(xù)時間內(nèi)接收相關(guān)聯(lián)的返回信號。在優(yōu)選實施例中，設(shè)備1允許將來 自單獨頻率和/或單獨探頭結(jié)構(gòu)的信息當作獨立通道。更具體地，所有的通道對于所需要的持續(xù)時間(各脈沖的長通常為5 7個周期)使用相同的單個物理輸入。這里，這些持 續(xù)時間均被稱為“時隙”。參考圖2，示出3個示例BT通道的圖。對于時隙#1、#2和#3，各時隙分別與不同 頻率的信號202、204和206相關(guān)聯(lián)。對于與給定時隙相關(guān)聯(lián)的給定通道，發(fā)射頻率和接收 頻率是離散且相同的?？梢詫⒏魍ǖ揽醋魍耆珠_且獨立的檢驗，對各通道進行多路復(fù)用 以獲取與給定離散頻率相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。單獨索引并存儲來自各通道的數(shù)據(jù)。將完整的獲取周期定義為順次走完所定義的所有時隙的過程。在優(yōu)選實施例中， 各時隙及其相關(guān)聯(lián)的離散驅(qū)動頻率在以下將被稱為“離散頻率時隙”或“DFTS”。根據(jù)本發(fā) 明，如由圖2中的208、210和212所示，可以針對所獲取的各通道單獨設(shè)置振幅和相位的C 掃描顯示。本發(fā)明的第一方面組合多頻振幅顯示根據(jù)本發(fā)明，可以組合來自多個時隙的返回信號，從而更容易地提供容易解讀的 組合C掃描顯示。同樣根據(jù)本發(fā)明，提供了用于針對給定檢驗選擇適當驅(qū)動頻率的部件和 方法。參考圖3，曲線20提供了來自良好測試樣本即無瑕疵的測試樣本上的固定位置 的、驅(qū)動器探頭端頭和接收器探頭端頭在多個離散激勵/接收頻率的振幅數(shù)據(jù)傳遞函數(shù)。 顯而易見，良好測試樣本上的振幅響應(yīng)依賴于測試頻率。這里，基線振幅響應(yīng)被稱為“基準 振幅”。使用來自良好測試樣本的基準振幅響應(yīng)作為基線，通過利用各給定頻率的信號響應(yīng) (原始振幅)除以相同頻率的基準響應(yīng)，可以對在掃描測試樣本期間獲得的振幅響應(yīng)進行 標準化。針對這里被定義為“測試頻率范圍”的對給定檢驗所選擇的所有頻率進行該標準 化。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測測試對象中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的系統(tǒng)，其包括探頭，用于向所述測試對象中發(fā)射聲波并從所述測試對象接收聲波，并且產(chǎn)生表示從 所述測試對象接收到的聲波的探頭輸出信號；獲取和計算單元，其連接至所述探頭，并用于控制發(fā)射到所述測試對象中的聲波，接收 并處理所述探頭輸出信號，并且產(chǎn)生表示所述測試對象的結(jié)構(gòu)特性的顯示輸出信號； 顯示器，其連接至所述獲取和計算單元，用于接收并顯示所述顯示輸出信號；以及 控制器，其與所述獲取和計算單元相關(guān)聯(lián)，連接至包括能夠手動操作的控件的用戶接 口并對所述用戶接口作出響應(yīng)，其中能夠利用所述獲取和計算單元進行工作的所述控制器 用于產(chǎn)生以下信息中的至少兩個a)多個頻率的表示無缺陷對象的振幅基準曲線；b)多個頻率的表示無缺陷對象的相位基準曲線；c)多個頻率的表示有缺陷對象的振幅曲線；d)多個頻率的表示有缺陷對象的相位曲線；e)表示所述探頭輸出信號的振幅顯示輸出，其中所述振幅顯示輸出是在所選擇的多個 頻率針對所述測試對象而獲得的，并且是根據(jù)相對無缺陷對象的振幅基準曲線進行了標準 化的探頭輸出信號而產(chǎn)生的；以及f)表示所述探頭輸出信號的相位顯示輸出，其中所述相位顯示輸出是在所期望的多個 頻率針對所述測試對象而獲得的，并且是根據(jù)相對無缺陷對象的相位基準曲線進行了標準 化的探頭輸出信號而產(chǎn)生的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，對所述系統(tǒng)進行最優(yōu)化，以檢測脫接型缺 陷、層離缺陷和灌封型指征中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器用于使操作員能夠基于觀看 振幅曲線和/或相位曲線，選擇用于產(chǎn)生振幅顯示輸出和/或相位顯示輸出的頻率，以執(zhí)行 所述測試對象的測試。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取和計算單元用于通過相對于無 缺陷對象的振幅曲線使各頻率的返回信號的振幅標準化，來產(chǎn)生振幅基準曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取和計算單元用于通過相對于無 缺陷對象的相位測量補償多個頻率的相位響應(yīng)，來產(chǎn)生相位基準曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，使用以下等式對針對給定檢驗所選擇的 不同頻率進行振幅標準化，a,, -f\— raw O,少,/)^norm、Λ, y-> J ) ~ “ TTAref U )其中Anorm(X，y, f)=給定頻率(f)和掃描位置(x, y)的標準化振幅數(shù)據(jù)； Araw (X，y，f)=給定頻率(f)和位置(x, y)的原始振幅讀數(shù)； Aref(f)=頻率(f)的響應(yīng)的基準振幅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率包括離散頻率時隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)以下等式提供合成振幅顯示輸出，其中該合成振幅顯示輸出為面掃描時各位置的所選擇的頻率范圍內(nèi)的平均標準化振幅值，
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器用于提供二維掃描顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)用于產(chǎn)生振幅顯示輸出，其中 該振幅顯示輸出為通過保持合成顯示的最大值來示出振幅數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)這兩者的合成C 掃描。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，以對振幅值和相位值求和的形式產(chǎn)生合 成C掃描顯示輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器用于響應(yīng)于用戶命令，產(chǎn)生 包括組合振幅顯示、組合相位顯示以及合成振幅和相位顯示的至少3個顯示曲線輸出類 型。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過從相位基準曲線減去相位值來補償 相位顯示輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過選擇或限制離散頻率測試周期數(shù)來 使信噪比和/或掃描速度最優(yōu)化。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過觀察相對于頻率的振幅曲線和相位 曲線，能夠選擇有缺陷對象的振幅顯示輸出和相位顯示輸出的頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭是一發(fā)/一收探頭。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭是超聲波脈沖回波探頭和渦流 探頭其中之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及多頻接合測試。多頻接合測試系統(tǒng)與NDT/NDI檢驗設(shè)備相協(xié)作使用聲學(xué)探頭。在多個離散頻率執(zhí)行測試對象的接合測試，從而產(chǎn)生單個組合振幅C掃描?？蛇x地，或相結(jié)合地，該系統(tǒng)提供了單個組合相位C掃描，以使得能夠適當解讀C掃描。相對于在所選擇的頻率對無缺陷對象進行的測試，在這些頻率對與測試對象有關(guān)的振幅讀數(shù)和/或相位讀數(shù)進行標準化。以這種方式，對在針對給定檢驗所選擇的頻率范圍內(nèi)的接合測試探頭的非線性行為進行補償。本發(fā)明能夠提供更容易解讀并且更加清晰的圖像，這使得能夠更加可靠且更快速地讀取并識別測試對象中的缺陷。
文檔編號G01N29/04GK102109496SQ201010561599
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者B·勒帕格, 詹森·哈伯梅爾 申請人:奧林巴斯Ndt公司