背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)超聲波無(wú)損測(cè)試火車輪的方法，具體來(lái)說(shuō)涉及一種用于檢測(cè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)的火車輪的感興趣區(qū)域中的缺陷、例如裂紋的方法。本發(fā)明的另外主題是一種用于檢測(cè)火車輪的感興趣區(qū)域中的缺陷、例如裂紋的測(cè)試裝置。

用于通過(guò)超聲波無(wú)損測(cè)試測(cè)試對(duì)象、例如火車輪的體積的多種裝置和方法按照現(xiàn)有技術(shù)是已知的。具體來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐胨^的相控陣技術(shù)(其基于多個(gè)獨(dú)立可控超聲換能器的使用，并且其準(zhǔn)許通過(guò)發(fā)射換能器元件的透射孔徑和相對(duì)相位位置的變化來(lái)具體控制測(cè)試對(duì)象中的所生成的超聲場(chǎng)的聲穿透角和焦點(diǎn)位置)，直接在火車輪的例如生產(chǎn)過(guò)程中的基于大自動(dòng)化超聲波的材料測(cè)試是可能的。一般來(lái)說(shuō)，在這里使用脈動(dòng)超聲場(chǎng)，其具有數(shù)百至數(shù)千赫茲的典型重復(fù)率，并且其中所聲穿透的超聲脈沖具有通常1至大約10兆赫茲的中心頻率。

結(jié)合通過(guò)超聲波無(wú)損測(cè)試火車輪，參照ep1101105a1，從其中已知火車輪的測(cè)試方法和裝置，其基于超聲波并且使用相控陣技術(shù)。公開一種用于檢測(cè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)的火車輪中的裂紋的方法，其中被提供以用于聲穿透第一超聲波的超聲換能器圍繞旋轉(zhuǎn)軸按照基本上圓形的方式相對(duì)于火車輪來(lái)移動(dòng)，并且其中第一超聲波經(jīng)過(guò)運(yùn)行表面（runningsurface）聲穿透到火車輪中。

此外，公開另一種用于檢測(cè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)的火車輪中的裂紋的方法，其中被提供用于聲穿透第一超聲波的超聲換能器圍繞旋轉(zhuǎn)軸按照基本上圓形的方式相對(duì)于火車輪來(lái)移動(dòng)，并且其中第一超聲波聲穿透到火車輪的轂（hub）中。此外，從這個(gè)發(fā)表物已知用于執(zhí)行上述方法的裝置。在這里，主要使用相控陣技術(shù)，以便樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)定向聲束以用于依次掃描待檢查的火車輪的區(qū)域。此外，公開超聲換能器的二維陣列的使用，以便能夠控制在空間中在彼此垂直的兩個(gè)方向上的角旋轉(zhuǎn)和聚焦。

從ep1087229a2還已知一種用于檢測(cè)具體在火車輪中的盤狀或板狀測(cè)試對(duì)象的方法。在測(cè)試對(duì)象中，橫向并且與測(cè)試對(duì)象的平坦側(cè)平行偏振的超聲波通過(guò)超聲發(fā)射器在測(cè)試對(duì)象的窄側(cè)上生成，并且在缺陷上偏轉(zhuǎn)之后通過(guò)與超聲發(fā)射器間隔開的超聲接收器來(lái)檢測(cè)。優(yōu)選地，測(cè)試對(duì)象中的超聲波的聲穿透角具有大于10°但小于制作火車輪的材料的折射角(其與第一臨界角關(guān)聯(lián))的值。此外，超聲接收器的接收的信號(hào)優(yōu)選地僅在包含超聲波的接收時(shí)間(其對(duì)超聲發(fā)射器與超聲接收器之間的間距并且對(duì)聲穿透角是要預(yù)期的)的時(shí)間間隔之內(nèi)來(lái)評(píng)估。該文獻(xiàn)還公開一種用于執(zhí)行該方法的裝置。

關(guān)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員從現(xiàn)有技術(shù)已知的用于無(wú)損測(cè)試火車輪的測(cè)試任務(wù)，參照上述文獻(xiàn)的公開的完整內(nèi)容以及與這些文獻(xiàn)所提及的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的發(fā)表物。此外，參照有關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，例如比如iso5948railwayrollingstockmaterial-ultrasonicacceptancetesting或者下列的內(nèi)部測(cè)試指南：deutschebahnno.907.0403zerst?rungsfreieprüfung;ultraschallprüfungvonradreifenba064/065aufquerrisseinderbohrungsfl?cheundderlauffl?cheandno.907.0405zerst?rungsfreieprüfung;ultraschallprüfungderradkr?nzevonvollr?dernscheibengebremsterrads?tze。通過(guò)這種引用將這些先前發(fā)表物的公開的內(nèi)容全部地添加到本申請(qǐng)的公開的內(nèi)容。

即使從ep1087229a2和ep1101105a1已知的方法和裝置通過(guò)所有手段證明其在火車輪的大自動(dòng)化測(cè)試中的實(shí)踐價(jià)值，但是發(fā)現(xiàn)測(cè)試所要求的時(shí)間是很大的。它導(dǎo)致待測(cè)試的軌道車輛的更長(zhǎng)停工期，并且因而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，本發(fā)明基于按照使得它們實(shí)現(xiàn)基本測(cè)試任務(wù)的明顯加速完成的方式進(jìn)一步開發(fā)上述方法和裝置的目的。

這個(gè)目的通過(guò)如權(quán)利要求1所述的方法以及通過(guò)如權(quán)利要求15所述的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

隸屬獨(dú)立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求組成有利發(fā)展和配置，其特征可在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的普通動(dòng)作的上下文中相互自由結(jié)合，而無(wú)需本申請(qǐng)中要求的對(duì)此具體指示。

按照本發(fā)明的方法基于從現(xiàn)有技術(shù)已知的方法的發(fā)展，其基于將定向脈動(dòng)超聲場(chǎng)聲穿透到待測(cè)試火車輪中，其聲穿透方向逐個(gè)脈沖變化，例如以便依次掃描感興趣區(qū)域、例如輪盤的端表面或者輪緣與輪盤之間的頸狀過(guò)渡區(qū)域。

按照本發(fā)明，脈動(dòng)超聲場(chǎng)按照有目標(biāo)的方式、使用適當(dāng)波束生成技術(shù)通過(guò)個(gè)別可控超聲發(fā)射換能器聲穿透到待測(cè)試火車輪中。關(guān)于其幾何結(jié)構(gòu)，超聲場(chǎng)適合待測(cè)試火車輪的幾何結(jié)構(gòu)以及待執(zhí)行測(cè)試任務(wù)。具體來(lái)說(shuō)，這個(gè)超聲場(chǎng)適合待執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的上下文內(nèi)的待檢查“感興趣區(qū)域”。這種感興趣區(qū)域具體來(lái)說(shuō)可以是待測(cè)試火車輪中的這類區(qū)域，其中缺陷、例如裂紋(其因?yàn)槭前踩嚓P(guān)的，所以經(jīng)受表示（registration）)能夠在實(shí)際操作中以增加的概率出現(xiàn)。作為示例，參照ep1101105a1和ep1087229a2中提到的火車輪的區(qū)域以及從介紹中提到的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和指南所知的區(qū)域。但是，測(cè)試任務(wù)還可涉及測(cè)試新制作的火車輪以免除缺陷。

按照本發(fā)明，從現(xiàn)有技術(shù)已知的方法針對(duì)透射來(lái)開發(fā)，其中技術(shù)用于在“超聲全息”的名義下所知的這種情況。它們基于如下見識(shí)：有可能在火車輪的體積的任何點(diǎn)處預(yù)定義具有預(yù)期超聲場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)的超聲場(chǎng)，并且從這個(gè)超聲場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)返回來(lái)計(jì)算在超聲發(fā)射換能器陣列的位置的時(shí)間和空間上的超聲場(chǎng)分布。如果超聲發(fā)射換能器陣列將超聲信號(hào)的時(shí)間和空間上的這個(gè)分布發(fā)射到待測(cè)試火車輪的感興趣區(qū)域中，則這導(dǎo)致在火車輪的體積的觀測(cè)點(diǎn)處所預(yù)期的預(yù)定義超聲場(chǎng)分布。因此，有可能具體生成聲穿透到待測(cè)試火車輪的感興趣區(qū)域中的超聲場(chǎng)的場(chǎng)分布，其最佳地適合于待檢查火車輪的體積區(qū)域的跨穿透（transsonification）。具體來(lái)說(shuō)，這使得有可能按照如下方式來(lái)控制超聲發(fā)射換能器：使得聲穿透超聲場(chǎng)的線狀焦點(diǎn)在感興趣區(qū)域中形成或者二維延伸焦點(diǎn)沿超聲場(chǎng)的聲傳播方向延伸的。例如，轉(zhuǎn)移到從ep1087229a2已知的測(cè)試任務(wù)，具有線狀焦點(diǎn)(其位于輪盤的端面上)的超聲場(chǎng)能夠按照這種方式來(lái)生成，使得位于在那里的輪盤中的近表面感興趣區(qū)域能夠在徑向方向上延伸的測(cè)試方向同時(shí)被測(cè)試缺陷。因此，在ep1087229a2的v形測(cè)試設(shè)置中調(diào)諧聲穿透或接收角以便依次掃描輪盤的整個(gè)內(nèi)表面變得不必要。這里作為示例所解釋的這種方式能夠轉(zhuǎn)移到對(duì)于按照現(xiàn)有技術(shù)、采用具有角調(diào)整的依次測(cè)試所實(shí)現(xiàn)火車輪的實(shí)際上全部測(cè)試任務(wù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠從ep1101105a1以及介紹中提到的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和指南獲悉這類測(cè)試任務(wù)的其他示例。

另外，聲穿透超聲場(chǎng)的不同區(qū)域之間的多個(gè)回波和串?dāng)_能夠通過(guò)場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)的熟練選擇來(lái)抑制。

因此，按照本發(fā)明的方法準(zhǔn)許采用單個(gè)超聲脈沖跨穿透待測(cè)試火車輪的大扇區(qū)，使得實(shí)際上能夠大體上從它們中接收回波信號(hào)。因此，要求比從現(xiàn)有技術(shù)已知的方法中要少的超聲脈沖，以便跨穿透待檢查火車輪的整個(gè)體積。為此，顯著增加的測(cè)試速度能夠采用按照本發(fā)明的方法和按照本發(fā)明的測(cè)試裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

按照本發(fā)明的方法用于通過(guò)超聲波無(wú)損測(cè)試火車輪。在該方法的上下文內(nèi)，在第一步驟中，脈動(dòng)超聲場(chǎng)在待測(cè)試火車輪中生成。在聲學(xué)上耦合到火車輪的個(gè)別可控超聲發(fā)射換能器陣列用于這個(gè)目的。超聲發(fā)射換能器各采用特定模擬瞬態(tài)激勵(lì)信號(hào)來(lái)控制，每個(gè)模擬瞬態(tài)激勵(lì)信號(hào)基于超聲發(fā)射換能器特定的所存儲(chǔ)的數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)來(lái)生成。要使用的瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)一般在前一步驟中基于待檢查火車輪的幾何結(jié)構(gòu)以及基于特定測(cè)試任務(wù)(在這種情況下具體來(lái)說(shuō)是火車輪中的待檢查感興趣區(qū)域的位置和取向)以數(shù)值方式來(lái)確定。

在另一個(gè)方法步驟中，從火車輪接收所得到的回波信號(hào)。個(gè)別可控超聲接收換能器陣列也能夠用于這個(gè)目的，其中每個(gè)超聲接收換能器提供模擬時(shí)間分辨回波信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，超聲發(fā)射換能器也能夠用作接收換能器，使得超聲換能器的同一個(gè)陣列能夠用于發(fā)射超聲脈沖以及用于接收超聲回波。

按照時(shí)間分辨方式所接收的模擬回波信號(hào)則按照換能器特定方式來(lái)數(shù)字化，其中時(shí)間分辨換能器特定數(shù)字化回波信號(hào)優(yōu)選地采取回波信號(hào)集合形式暫時(shí)存儲(chǔ)。

在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選另外發(fā)展的后一方法步驟中，多個(gè)不同接收處理規(guī)則然后應(yīng)用于這個(gè)暫時(shí)存儲(chǔ)的回波信號(hào)集合，其與聲穿透到火車輪中的單個(gè)超聲脈沖相互關(guān)連。在這種情況下，接收處理規(guī)則由至少下列接收處理參數(shù)來(lái)表征：

在接收處理規(guī)則中考慮其回波信號(hào)的超聲接收換能器的數(shù)量和身份，

應(yīng)用于接收處理規(guī)則中考慮的回波信號(hào)的個(gè)別相移，并且如果適用的話，

要在接收處理規(guī)則中考慮的回波信號(hào)所在的時(shí)幀。

接收處理規(guī)則在這種情況下能夠并行或者也能夠依次應(yīng)用。特別是在并行應(yīng)用的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)很高的處理速度。大體上有可能在下一個(gè)超聲脈沖聲穿透到火車輪之前完成將不同接收處理規(guī)則應(yīng)用到回波信號(hào)集合。

例如，來(lái)自無(wú)損材料測(cè)試領(lǐng)域的基于高級(jí)超聲的檢查方法(例如它們從ep2294400a1或ep1454132a1中是顯而易見的)基于如下概念的進(jìn)一步發(fā)展：通過(guò)接收換能器陣列按照時(shí)間分辨方式從測(cè)試對(duì)象的體積所記錄的超聲回波信號(hào)的評(píng)估在關(guān)于時(shí)間的預(yù)期深度對(duì)每個(gè)個(gè)別換能器來(lái)存儲(chǔ)，并且然后經(jīng)過(guò)處理算法。這個(gè)處理算法能夠配置成與所使用的聲穿透算法完全無(wú)關(guān)。例如，聲穿透能夠例如通過(guò)大平面波前進(jìn)行，使得跨穿透盡可能大的測(cè)試對(duì)象體積。因此，個(gè)別接收換能器的這些所存儲(chǔ)的回波信號(hào)能夠基本上源于整個(gè)跨穿透測(cè)試對(duì)象體積。通過(guò)具體應(yīng)用換能器特定回波信號(hào)之間的相移，這時(shí)有可能按照如下方式綜合地聚焦超聲回波：使得具體相加與測(cè)試對(duì)象中的某個(gè)深度區(qū)域或者測(cè)試對(duì)象體積中的某個(gè)體積元素(體素)關(guān)聯(lián)的所有回波信號(hào)。通過(guò)在向與個(gè)別聲穿透超聲脈沖相互關(guān)連的回波信號(hào)的同一個(gè)集合重復(fù)應(yīng)用評(píng)估算法的上下文內(nèi)的相位位置的特定變化，有可能僅通過(guò)計(jì)算逐個(gè)區(qū)域掃描跨穿透體積，并且按照這種方式生成源于測(cè)試對(duì)象的各種體積區(qū)域的回波幅值的二維或三維圖像。在這種情況下，fr2833706a1的同族作為其主題具有一種用于通過(guò)超聲波無(wú)損測(cè)試管道的方法，其被專業(yè)人員稱作“油漆刷方法”。如果“油漆刷方法”在本申請(qǐng)的上下文內(nèi)提到，則這要被理解為對(duì)這個(gè)專利同族的發(fā)表物的引用。wo2009/150066a1和wo2009/150067a1涉及無(wú)損測(cè)試具有大壁厚的測(cè)試對(duì)象。其中所公開的方法在專業(yè)人員之間稱作“動(dòng)態(tài)深度聚焦方法”(ddf方法)。如果“ddf方法”在本申請(qǐng)的上下文內(nèi)提到，則這要被理解為對(duì)上述兩個(gè)文獻(xiàn)的教導(dǎo)的引用。

另外，可參照de102005051781a1，其描述一種方法，其中通過(guò)依靠在改變聚焦參數(shù)的同時(shí)重復(fù)應(yīng)用評(píng)估算法來(lái)具體應(yīng)用合成聚焦，對(duì)回波信號(hào)逐個(gè)體素來(lái)掃描跨穿透測(cè)試對(duì)象體積。

接收處理規(guī)則能夠是例如按照us7429352b2的教導(dǎo)的評(píng)估規(guī)則、即按照所謂的“油漆刷方法”的評(píng)估。備選地，它能夠是按照如wo2009/150066a1或wo2009/150067a1所述的“動(dòng)態(tài)深度聚焦方法”的實(shí)施例的評(píng)估。另外，與de102005051781a1所述方法類似的評(píng)估規(guī)則也是可能的。

優(yōu)選地，應(yīng)用于回波信號(hào)集合的接收處理規(guī)則在接收處理參數(shù)的至少一個(gè)(例如比如，超聲接收換能器的數(shù)量和/或身份、接收換能器特定相移或者例如運(yùn)行時(shí)間延遲的接收換能器特定相移的變化)中有所不同。

最后，可參照早先優(yōu)先權(quán)的后續(xù)發(fā)表專利申請(qǐng)(官方文件號(hào)de102014107819，發(fā)表人為本申請(qǐng)的擁有者)，從其中已知用于通過(guò)超聲波的測(cè)試對(duì)象的無(wú)損測(cè)試的方法和裝置。其中所公開的方法和其中所公開的裝置基于將超聲全息方法用于生成聲穿透到測(cè)試對(duì)象中的超聲場(chǎng)。在接收側(cè)上使用諸如“油漆刷”和“動(dòng)態(tài)深度聚焦”的方法。通過(guò)這個(gè)引用，也將這個(gè)后續(xù)發(fā)表專利申請(qǐng)的公開的內(nèi)容全部地加到本申請(qǐng)的公開。

在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例中，火車輪的體積的至少一段的圖像在另外的方法步驟中基于所應(yīng)用的多個(gè)接收處理規(guī)則的結(jié)果來(lái)生成。這種圖像能夠是待測(cè)試火車輪的體積的2維或3維表示或者b、c或扇區(qū)掃描。所生成的表示然后在適當(dāng)顯示單元、例如lcd上顯示。

由于火車輪是(基本上)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的測(cè)試對(duì)象，所以幾何相關(guān)回波能夠通過(guò)對(duì)所得的體素回波幅值(其對(duì)于具有沿火車輪的所有旋轉(zhuǎn)角的徑向和軸向的預(yù)定位置的一個(gè)體素所形成)的平均值按照簡(jiǎn)單方式來(lái)消除。然后從個(gè)別體素的回波幅值中減去這個(gè)平均值。由于火車輪的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，幾何相關(guān)回波與輪子的旋轉(zhuǎn)角不相關(guān)并且按照這種方式來(lái)消除。特別是對(duì)于待測(cè)試火車輪的2維或3維表示，特別是對(duì)于火車輪的整個(gè)體積的表示、火車輪的所檢查的感興趣區(qū)域或者甚至缺陷指示到火車輪表面的投影(其例如以三維方式表示)，這是有利的。一種對(duì)應(yīng)方法從德國(guó)專利申請(qǐng)de2013106901(2013年7月1日提交)中是顯而易見的。通過(guò)這個(gè)引用，也將這個(gè)后續(xù)發(fā)表專利申請(qǐng)的公開的內(nèi)容全部地加到本申請(qǐng)的公開。

從de2012112121a1中已知能夠用來(lái)代替或補(bǔ)充最后提到的發(fā)展的另一個(gè)有利發(fā)展。其中所公開的方法和其中所公開的裝置不是基于對(duì)火車輪的所有旋轉(zhuǎn)角的上述體素回波幅度的求平均，而是基于形成體素回波幅度相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角的導(dǎo)數(shù)及其作為旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)的評(píng)估。具體來(lái)說(shuō)，這種方法具有關(guān)于對(duì)比度的增加的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)這個(gè)引用，也將這個(gè)專利申請(qǐng)的公開的內(nèi)容全部地加到本申請(qǐng)的公開。

在按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選發(fā)展中，聲穿透到火車輪中的超聲場(chǎng)的聲場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)(其適合待測(cè)試火車輪的幾何結(jié)構(gòu)和待執(zhí)行測(cè)試任務(wù))在一般較早進(jìn)行的方法步驟中確定。然后計(jì)算超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)，其適合于通過(guò)超聲發(fā)射換能器陣列來(lái)生成具有預(yù)定義聲場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)的火車輪中的超聲場(chǎng)。發(fā)現(xiàn)適當(dāng)超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)能夠有利地基于點(diǎn)傳遞算法或者傅立葉變換算法(其均從現(xiàn)有技術(shù)已知)來(lái)確定。

大體上，在技術(shù)上有可能通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換從所存儲(chǔ)的超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)來(lái)生成超聲發(fā)射換能器特定模擬瞬態(tài)激勵(lì)信號(hào)。但是，實(shí)際上，這因所要求的高激勵(lì)電壓而可必需增加的技術(shù)支出。實(shí)際上，代替所存儲(chǔ)的超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過(guò)一系列多電平方波信號(hào)來(lái)近似每個(gè)情況中的對(duì)應(yīng)的模擬瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)已經(jīng)證明是更簡(jiǎn)單的。多種多電平方波信號(hào)發(fā)生器(其能夠生成通常在1與100mhz之間的所要求的頻率范圍中以及在一些10到100伏特的范圍中的若干離散正和負(fù)電壓電平)在現(xiàn)有技術(shù)中是可用的。將結(jié)合示范實(shí)施例來(lái)提出這個(gè)方面的細(xì)節(jié)。

一般來(lái)說(shuō)，能夠通過(guò)換能器特定編碼、例如個(gè)別高頻調(diào)制還被調(diào)制到發(fā)射側(cè)上所使用的換能器特定瞬態(tài)傳輸信號(hào)上來(lái)實(shí)現(xiàn)信噪比的增加。這個(gè)高頻調(diào)制能夠在接收側(cè)上檢測(cè)，并且用于將所檢測(cè)的回波信號(hào)與相應(yīng)的超聲發(fā)射換能器關(guān)聯(lián)。還有可能采用統(tǒng)一編碼來(lái)提供超聲發(fā)射換能器編組的傳輸信號(hào)。

執(zhí)行該方法的特別優(yōu)選方式與特定聲穿透角(其逐個(gè)脈沖以電子方式變化)不一起工作。而是有可能通過(guò)發(fā)射換能器陣列(其能夠是線性的，但是優(yōu)選地是二維的)來(lái)生成形成待測(cè)試火車輪的感興趣區(qū)域中的線狀焦點(diǎn)的發(fā)散超聲場(chǎng)。然后通過(guò)陣列的個(gè)別超聲換能器來(lái)執(zhí)行接收和評(píng)估，如權(quán)利要求3的接收特定特征a至c中所述。另外，在這種情況下，接收處理規(guī)則的應(yīng)用能夠有利地按照“油漆刷方法”進(jìn)行。

按照本發(fā)明的方法及其各個(gè)有利實(shí)施例的上述特征、操作模式和優(yōu)點(diǎn)也能夠直接轉(zhuǎn)移到以下所述按照本發(fā)明的測(cè)試裝置及其各個(gè)有利配置和實(shí)施例。

按照本發(fā)明的用于通過(guò)超聲波無(wú)損測(cè)試火車輪的裝置包括超聲發(fā)射單元，其配置成通過(guò)個(gè)別可控超聲發(fā)射換能器陣列(其以聲學(xué)方式耦合到火車輪)來(lái)由超聲發(fā)射換能器(其各采用特定模擬瞬態(tài)激勵(lì)信號(hào)來(lái)控制)在待測(cè)試火車輪中生成脈動(dòng)超聲場(chǎng)。每個(gè)模擬瞬態(tài)激勵(lì)信號(hào)由超聲發(fā)射單元基于超聲發(fā)射單元中存儲(chǔ)的超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)來(lái)生成。

此外，測(cè)試裝置包括超聲接收單元，其配置用于通過(guò)個(gè)別可控超聲接收換能器陣列來(lái)接收來(lái)自火車輪的所得到的回波信號(hào)，其中每個(gè)超聲接收換能器提供模擬時(shí)間分辨回波信號(hào)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，按照時(shí)間分辨方式所接收的模擬回波信號(hào)按照換能器特定方式來(lái)數(shù)字化，并且通過(guò)在超聲接收單元中的適當(dāng)功能編組、采取回波信號(hào)集合形式暫時(shí)存儲(chǔ)在暫時(shí)存儲(chǔ)器中。

在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，超聲接收單元還配置成將多個(gè)不同的接收處理規(guī)則應(yīng)用于回波信號(hào)集合。這種接收處理規(guī)則由至少下列接收處理參數(shù)來(lái)表征：

在接收處理規(guī)則中考慮其回波信號(hào)的超聲接收換能器的數(shù)量和身份，

應(yīng)用于接收處理規(guī)則中考慮的回波信號(hào)的個(gè)別相移，以及如果適用的話，

要在接收處理規(guī)則中考慮的回波信號(hào)所在的時(shí)幀。

在測(cè)試裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，所應(yīng)用的接收處理規(guī)則在接收處理參數(shù)的至少一個(gè)中有所不同。

在測(cè)試裝置的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，超聲接收單元還配置成基于所應(yīng)用的多個(gè)接收處理規(guī)則的結(jié)果來(lái)生成火車輪的體積的至少一段的圖像。這具體來(lái)說(shuō)能夠是二維或三維的。此外，它能夠是待測(cè)試火車輪的b、c或扇區(qū)掃描。

在另外的優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)試裝置適合待測(cè)試火車輪的特定幾何結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，超聲發(fā)射單元配置用于將超聲場(chǎng)聲穿透到火車輪中，其聲場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)適合待測(cè)試火車輪的感興趣區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)和待執(zhí)行的測(cè)試任務(wù)。

在其優(yōu)選發(fā)展中，超聲發(fā)射單元還包括計(jì)算單元，其配置用于確定超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)，其適合于通過(guò)超聲發(fā)射換能器陣列來(lái)生成具有預(yù)定義聲場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)的火車輪中的超聲場(chǎng)。具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算單元能夠配置用于基于點(diǎn)傳遞算法或傅立葉變換算法來(lái)確定適當(dāng)超聲發(fā)射換能器特定數(shù)字瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)。

在測(cè)試裝置的有利實(shí)施例中，超聲發(fā)射單元配置成通過(guò)一系列多電平方波信號(hào)來(lái)生成超聲發(fā)射換能器特定模擬瞬態(tài)激勵(lì)函數(shù)。

在測(cè)試裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，在超聲接收單元的功能單元中實(shí)現(xiàn)的接收處理規(guī)則表示油漆刷方法或動(dòng)態(tài)深度聚焦方法的實(shí)現(xiàn)。

在示范實(shí)施例的上下文內(nèi)，作為示例來(lái)論述超聲發(fā)射單元和超聲接收單元的實(shí)施例，從其中，具體來(lái)說(shuō)關(guān)于上述功能單元/功能編組能夠如何在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的另外信息變成顯而易見。

下面參照示范實(shí)施例來(lái)解釋按照本發(fā)明的方法以及按照本發(fā)明的測(cè)試裝置的另外的優(yōu)點(diǎn)和特征。它們要被理解為示例和非限制性的，其中示范實(shí)施例的特征也許可能與要求保護(hù)的方法或測(cè)試裝置的特征相結(jié)合。

附圖說(shuō)明

將參照附圖來(lái)解釋示范實(shí)施例，附圖包括：

圖1是示范超聲全息系統(tǒng)以及在其中使用該系統(tǒng)的環(huán)境的示意圖。

圖2是圖示圖1的系統(tǒng)的電路圖的一部分。

圖3是圖示圖1的系統(tǒng)的電路圖的另一部分。

圖4是示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的一系列示范波形的透視圖形表示。

圖5是示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的另一系列示范波形的透視圖形表示。

圖6是示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的又一系列示范波形的透視圖形表示。

圖7是示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的作為示范全模擬激勵(lì)脈沖的時(shí)間的函數(shù)的電壓的圖形表示。

圖8是示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的作為示范多電平方波激勵(lì)脈沖的時(shí)間的函數(shù)的電壓的圖形表示。

圖9是作為圖7的激勵(lì)脈沖和圖8的激勵(lì)脈沖的時(shí)間的函數(shù)的電壓的圖形表示。

圖10是示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的作為示范多電平方波激勵(lì)脈沖和對(duì)應(yīng)全模擬激勵(lì)脈沖的時(shí)間的函數(shù)的電壓的圖形表示。

圖11是另一示范超聲全息成像系統(tǒng)中使用的作為示范多電平方波激勵(lì)脈沖和對(duì)應(yīng)全模擬激勵(lì)脈沖的時(shí)間的函數(shù)的電壓的圖形表示。

圖12是圖示示范超聲全息系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器部分的電路圖。

圖13是圖12的電路的部分真值表。

圖14是示范超聲換能器陣列的輸出的仿真圖像，如果全模擬激勵(lì)信號(hào)用于控制超聲換能器以便生成任意聲場(chǎng)的話。

圖15是示范超聲換能器陣列的輸出的仿真圖像，如果多電平方波激勵(lì)脈沖用于控制超聲換能器以便生成任意聲場(chǎng)時(shí)的。

圖16是圖示用于使用超聲全息對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行成像的示范方法的流程圖。

圖17是圖示超聲全息系統(tǒng)的另一個(gè)示范實(shí)施例的電路圖的一部分。

圖18是圖17的電路圖的另一部分。

圖19是用于圖示第一示范實(shí)施例的經(jīng)過(guò)待測(cè)試的火車輪的輪緣的一段的示意表示，

圖20是用于圖示第一示范實(shí)施例的圖19的輪緣的頂視圖，

圖21是用于圖示第二示范實(shí)施例的經(jīng)過(guò)待測(cè)試的火車輪的輪緣的一段的示意表示，

圖22是用于圖示第二示范實(shí)施例的圖21的輪緣的頂視圖，

圖23是用于圖示第三示范實(shí)施例的待測(cè)試的火車輪的部分側(cè)視圖，

圖24是用于圖示第三示范實(shí)施例的圖23的火車輪的輪緣的頂視圖，

圖25是用于圖示第四示范實(shí)施例的待測(cè)試的火車輪的部分側(cè)視圖，以及

圖26是用于圖示第四示范實(shí)施例的圖25的火車輪的輪緣的頂視圖。

具體實(shí)施方式

注意的是，附圖不一定按規(guī)定比例。附圖僅假定表示本文所公開主題的外觀的典型形式，并且因此不應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)本公開的范圍的限制。

附圖中，相同數(shù)字在附圖中表示相同元件。

現(xiàn)在將描述某些示范實(shí)施例，以便提供對(duì)本文所公開的裝置、系統(tǒng)和方法的結(jié)構(gòu)、功能、制造及使用的原理的全面理解。這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例在附圖中示出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，本文具體描述并且在附圖中圖示的裝置、系統(tǒng)和方法是非限制性示范實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍只通過(guò)權(quán)利要求書來(lái)限定。結(jié)合示范實(shí)施例所圖示或所述的特征能夠與其他實(shí)施例的特征相結(jié)合。這些修改和變更要包含在本發(fā)明的范圍中。

使用模擬激勵(lì)信號(hào)的超聲全息成像系統(tǒng)能夠生成詳細(xì)聲場(chǎng)(其不受超聲換能器陣列的配置所限制)，以便因而被提供用于改進(jìn)的成像，其能夠開始于當(dāng)前顯示的物理對(duì)象的形狀和配置。激勵(lì)信號(hào)能夠具有對(duì)超聲換能器元件的參數(shù)的變化幅度、頻率、相位、時(shí)移或調(diào)制，以便實(shí)現(xiàn)這些效果。

但是，這類模擬激勵(lì)信號(hào)的生成要求復(fù)雜和昂貴的電路，并且消耗許多能量。此外，使用這類信號(hào)的系統(tǒng)不易于可訪問(wèn)使用asic的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于能夠用于激勵(lì)脈沖的電壓電平受到限制，并且對(duì)于速度受到限制。

相應(yīng)地，本文公開系統(tǒng)和方法，其中多電平方波激勵(lì)信號(hào)用來(lái)代替或補(bǔ)充全模擬激勵(lì)信號(hào)，以便控制超聲換能器元件的面板來(lái)生成聲場(chǎng)。與全模擬激勵(lì)信號(hào)的使用相比，多電平方波激勵(lì)信號(hào)的使用以降低復(fù)雜度、成本和/或能量消耗來(lái)生成可接受超聲換能器輸出。此外，這類信號(hào)的使用促進(jìn)使用專用集成電路(asic)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)于電壓電平和速度不受限制。同時(shí)，全模擬激勵(lì)信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用(例如聲學(xué)全息、波束疊加、信噪比(snr)的改進(jìn)、寄生模式的抑制、增加材料滲透、編碼脈沖算法的可能性以及超聲場(chǎng)中的旁瓣的抑制)仍然能夠采用多電平方波激勵(lì)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)多電平方波和多電平方形振蕩按照可交換方式來(lái)使用，以便涉及具有帶不連續(xù)幅度電平(正和/或負(fù))的若干方形或矩形脈沖或階躍（step）的信號(hào)。

圖1是供在對(duì)物理對(duì)象101(其在本例中為火車輪)執(zhí)行按照本發(fā)明的方法中使用的示范超聲全息成像系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括超聲換能器陣列102，其經(jīng)由連接103耦合到處理系統(tǒng)104。

超聲換能器陣列102發(fā)射超聲脈沖，并且還接收物理對(duì)象101上反射的超聲波。更具體來(lái)說(shuō)，由超聲換能器陣列102所發(fā)射的超聲波滲透物理對(duì)象101，并且在物理對(duì)象101內(nèi)的結(jié)構(gòu)例如比如降低密度(其可指示腐蝕)或者物理對(duì)象101內(nèi)的其他破裂或變化的區(qū)域上反射。超聲換能器陣列102是超聲換能器元件110(圖2所圖示)的矩形面板(m×n單元)。即使矩形面板在所圖示的實(shí)施例中示出，但是有可能能夠使用面板的其他類型，包含具有個(gè)別超聲換能器元件的固定幾何定位的多元件超聲換能器陣列。面板的示范類型包括但不限于具有同心環(huán)的角段和/或分散面板(其中并非所有可能的位置都被超聲換能器元件占據(jù))的類型。每個(gè)超聲換能器元件是壓電超聲換能器元件。但是，有可能使用其他類型的超聲換能器元件來(lái)代替或補(bǔ)充這類電磁聲學(xué)超聲換能器(“emat”)或電容微加工超聲換能器(“cmut”)。每個(gè)超聲換能器元件110設(shè)計(jì)用于傳送和接收超聲波形。有可能能夠使用單獨(dú)發(fā)射器或接收器元件來(lái)代替或補(bǔ)充普通超聲換能器元件。

連接103能夠是任何適當(dāng)連接裝置，其足以實(shí)現(xiàn)如本文所述的系統(tǒng)100的機(jī)能、包括例如硬連線組合件。

處理系統(tǒng)104包括模擬處理部分107，其連接到數(shù)字處理部分106。數(shù)字處理部分106連接到存儲(chǔ)裝置或者另一個(gè)存儲(chǔ)裝置105和用戶輸入裝置108(例如操作面板、鍵盤、小鍵盤或者另一個(gè)裝置或多個(gè)裝置)。數(shù)字處理部分106為顯示器111提供信號(hào)，以便生成顯示圖像109。

在操作期間，在對(duì)物理對(duì)象101進(jìn)行成像的同時(shí)準(zhǔn)備物理對(duì)象101的若干系列的記錄。相應(yīng)地，超聲換能器陣列102相對(duì)于物理對(duì)象101移到第一位置中，以及將一個(gè)或多個(gè)系列的超聲脈沖發(fā)射到物理對(duì)象101。這些超聲脈沖的反射由超聲換能器陣列102來(lái)記錄，以及與所發(fā)射的脈沖對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)接收的反射被存儲(chǔ)和處理。超聲換能器陣列102然后相對(duì)于物理對(duì)象101移到另一個(gè)位置中，并且進(jìn)行另一系列的記錄。所進(jìn)行的記錄和所使用的位置的數(shù)量取決于物理對(duì)象101的配置并且取決于被檢測(cè)數(shù)據(jù)的類型(例如用于檢測(cè)缺陷的成像等)。

超聲換能器陣列102能夠由數(shù)字處理部分106來(lái)引起發(fā)射超聲波形，其又在與物理對(duì)象101接觸時(shí)使多種不同波形經(jīng)過(guò)物理對(duì)象101傳播。示范波形包含：壓縮波或剪切波，其進(jìn)入物理對(duì)象內(nèi)部并且用于針對(duì)裂紋的檢查或用于檢測(cè)內(nèi)部缺陷；瑞利波，其通常限制到物理對(duì)象的表面并且例如用于分析或確定材料的機(jī)械或結(jié)構(gòu)性質(zhì)(例如比如裂紋形成)中；蘭姆波，其通常沿物理對(duì)象的壁傳播并且例如用于查找和表征物理對(duì)象中的內(nèi)部缺陷和裂紋；以及蠕波，其通常用于訪問(wèn)在物理對(duì)象的其他部分之下隱藏的區(qū)域(例如焊縫或焊點(diǎn))。

圖2和圖3共同形成圖示系統(tǒng)100的電路圖。具體來(lái)說(shuō)，圖2示出超聲換能器陣列102和模擬處理部分107，以及圖3示出數(shù)字處理部分106。

模擬處理部分107執(zhí)行超聲換能器陣列102與數(shù)字處理部分106之間傳送的信號(hào)的預(yù)處理。模擬處理部分107使得有可能在系統(tǒng)100的操作模式之間進(jìn)行切換。如下面詳細(xì)描述，系統(tǒng)100能夠工作在第一模式(其中使用多電平方波激勵(lì)脈沖)并且工作在第二模式(其中使用全模擬激勵(lì)脈沖)。但是，有可能系統(tǒng)不一定必須包含用于工作在第二模式的布置，在該情況下，生成全模擬激勵(lì)脈沖所要求的電路能夠被省略，如以下所述以及圖17-18所示。此外，有可能系統(tǒng)能夠工作在任何數(shù)量的混合操作模式，其中一個(gè)或多個(gè)超聲換能器元件110通過(guò)多電平方波激勵(lì)脈沖來(lái)控制，以及一個(gè)或多個(gè)超聲換能器元件通過(guò)全模擬激勵(lì)脈沖來(lái)控制。

在第一操作模式中，模擬處理部分107將由數(shù)字處理部分106所生成的激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到超聲換能器陣列102(如指向左邊的箭頭a所示)，以便激勵(lì)所選超聲換能器元件110。在第二操作模式中，模擬處理部分107將由數(shù)字處理部分106所生成的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并且在它將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到超聲換能器陣列102之前將模擬信號(hào)放大。

在每一個(gè)操作模式中，模擬處理部分107還將模擬信號(hào)(其由超聲換能器元件110來(lái)傳送，并且其表示由物理對(duì)象101所反射并且由超聲換能器元件110所接收的超聲波)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且將這些數(shù)字信號(hào)傳送給數(shù)字處理部分106(如通過(guò)指向右邊的箭頭b所示)。

模擬處理部分107包含若干切換裝置121，其設(shè)計(jì)用于在模擬處理電路中的不同位置處根據(jù)系統(tǒng)100的所選操作模式有選擇地連接對(duì)應(yīng)的若干脈沖發(fā)生器146(圖3所示)的輸出。具體來(lái)說(shuō)，第一操作模式中的切換裝置121按照如下方式來(lái)設(shè)計(jì)：使得脈沖發(fā)生器146的輸出直接連接到超聲換能器元件110(經(jīng)由若干連接126和若干連接103)。在第二操作模式中，切換裝置121按照如下方式來(lái)設(shè)計(jì)：使得脈沖發(fā)生器146的輸出連接到若干數(shù)模轉(zhuǎn)換器(“d/a”)120，其又經(jīng)由若干連接122來(lái)連接到對(duì)應(yīng)的若干放大器124。放大器124經(jīng)由若干連接126和若干連接103來(lái)連接到對(duì)應(yīng)超聲換能器元件110。

即使僅示出切換裝置121、d/a轉(zhuǎn)換器120、放大器124和連接103的四個(gè)集合，但是清楚的是，這些組件的一個(gè)集合為超聲換能器元件110的每個(gè)來(lái)提供并且與其連接。

模擬處理部分107還包括若干放大器128，其經(jīng)由連接130來(lái)連接到連接103，并且又連接到對(duì)應(yīng)超聲換能器元件110。即使僅示出四個(gè)放大器128，但是清楚的是，存在與超聲換能器元件110的每個(gè)所連接的一個(gè)放大器128。放大器128的每個(gè)經(jīng)由若干連接132來(lái)連接到對(duì)應(yīng)的若干濾波器134中的一個(gè)。濾波器134的每個(gè)經(jīng)由若干連接136來(lái)連接到對(duì)應(yīng)的若干模數(shù)轉(zhuǎn)換器(“a/d”)138中的一個(gè)。濾波器134能夠是任何適當(dāng)電子信號(hào)濾波器，其必需使系統(tǒng)100按照本文所述方式起作用。a/d轉(zhuǎn)換器138將由超聲換能器元件110所接收并且傳送給a/d轉(zhuǎn)換器138的電子波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

模擬處理部分107連接到數(shù)字處理部分106。如圖3所示，數(shù)字處理部分106包括主數(shù)字處理部分140、輔助數(shù)字處理部分142和上級(jí)控制部分144。主數(shù)字處理部分140包括波形成部分141以及圖像重構(gòu)和評(píng)估部分143。

在波形成部分141中，若干脈沖發(fā)生器146經(jīng)由若干連接148來(lái)連接到對(duì)應(yīng)的切換裝置121(圖2所示)。另外，脈沖發(fā)生器146經(jīng)由若干連接150來(lái)連接到發(fā)射器控制單元152。發(fā)射器控制單元152根據(jù)系統(tǒng)100的操作模式來(lái)控制脈沖發(fā)生器146，以生成多電平方波激勵(lì)脈沖、全模擬激勵(lì)脈沖和/或其組合。發(fā)射器控制單元152可選地按照如下方式來(lái)控制脈沖發(fā)生器146：使得它們按照相對(duì)于每個(gè)超聲換能器元件110的變化因素(例如比如幅度、頻率、相位、時(shí)移、幅度調(diào)制、相位調(diào)制和頻率調(diào)制)來(lái)生成激勵(lì)脈沖。在其中省略用于生成全模擬激勵(lì)脈沖的能力的實(shí)施例(例如圖17-18所示的實(shí)施例)中，脈沖發(fā)生器146能夠是簡(jiǎn)單脈沖序列發(fā)生器，其專門配置用于生成多電平方波激勵(lì)脈沖。

發(fā)射器控制單元152經(jīng)由連接154來(lái)連接到發(fā)射器設(shè)置單元156。發(fā)射器設(shè)置單元156存儲(chǔ)和監(jiān)測(cè)對(duì)由每個(gè)超聲換能器元件110所發(fā)射的每個(gè)脈沖來(lái)生成專門成形的超聲脈沖場(chǎng)所要求的超聲換能器元件110的設(shè)置，包含激勵(lì)脈沖類型的選擇以及其激勵(lì)脈沖定時(shí)、強(qiáng)度、幅度、頻率、時(shí)移和調(diào)制。超聲脈沖傳播到材料區(qū)域中，其中它們相互重疊。這個(gè)干涉過(guò)程的結(jié)果是在材料中生成的聲學(xué)圖像。

在圖像重構(gòu)和評(píng)估部分143，求和單元158經(jīng)由若干連接160來(lái)連接到a/d轉(zhuǎn)換器138(圖2所示)的每個(gè)。每個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器138生成數(shù)字化單元素信號(hào)(又稱作“a掃描”)。為了執(zhí)行個(gè)別a掃描中體現(xiàn)的反射聲場(chǎng)的數(shù)值重構(gòu)，求和單元158對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)(其由壓電單元的每個(gè)所接收)來(lái)執(zhí)行求和過(guò)程(其又稱作“數(shù)值重構(gòu)”)，以便生成整個(gè)物理對(duì)象101的虛擬a掃描。在所圖示的實(shí)施例中，求和單元158配置為若干fpga中的單元，即使能夠看到其他組件能夠用來(lái)代替或補(bǔ)充fpga、例如比如asic。

求和單元158配置成將多個(gè)不同的接收處理規(guī)則應(yīng)用于這個(gè)暫時(shí)存儲(chǔ)的回波信號(hào)集合，其與聲穿透到待測(cè)試的對(duì)象101(在本例中為火車輪)中的單個(gè)超聲脈沖相互關(guān)連，并且其由多個(gè)換能器特定a掃描來(lái)組成。在這種情況下，接收處理規(guī)則由至少下列接收處理參數(shù)來(lái)表征：

在接收處理規(guī)則中考慮其回波信號(hào)的超聲接收換能器的數(shù)量和身份，

應(yīng)用于接收處理規(guī)則中考慮的回波信號(hào)的個(gè)別相移，以及如果適用的話，

要在接收處理規(guī)則中考慮的回波信號(hào)所在的時(shí)幀。

接收處理規(guī)則能夠是例如按照us7429352b2的教導(dǎo)的評(píng)估規(guī)則、即按照所謂的“油漆刷方法”的評(píng)估。備選地，它能夠是按照如wo2009/150066a1或wo2009/150067a1所述的“動(dòng)態(tài)深度聚焦方法”的實(shí)施例的評(píng)估。另外，與de102005051781a1所述方法類似的評(píng)估規(guī)則也是可能的。

優(yōu)選地，應(yīng)用于回波信號(hào)集合的接收處理規(guī)則在接收處理參數(shù)的至少一個(gè)(例如比如，超聲接收換能器的數(shù)量和/或身份、接收換能器特定相移或者接收換能器特定相移的運(yùn)行時(shí)間相關(guān)變化)中有所不同。

圖像重構(gòu)和評(píng)估部分143還包括若干存儲(chǔ)元件161，以用于存儲(chǔ)由a/d轉(zhuǎn)換器138所傳送的入局未處理原始數(shù)字信號(hào)。存儲(chǔ)這類信號(hào)使得有可能使用入局?jǐn)?shù)據(jù)的簡(jiǎn)單集合來(lái)執(zhí)行多個(gè)評(píng)估，例如以用于改進(jìn)隨后處理的數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量的目的。

圖像重構(gòu)和評(píng)估部分143具有若干功能。一個(gè)功能是在應(yīng)用上述接收處理規(guī)則的同時(shí)將原始模擬數(shù)據(jù)信號(hào)(其由超聲換能器陣列102傳送并且由模擬出來(lái)部分107先前處理)轉(zhuǎn)化為一系列a掃描合計(jì)。a掃描合計(jì)用作超聲測(cè)試評(píng)估的基礎(chǔ)，超聲測(cè)試評(píng)估在輔助數(shù)字處理部分142中、具體是在評(píng)估單元1-l中執(zhí)行，其結(jié)果能夠與自動(dòng)化系統(tǒng)或圖像繪制、例如b掃描或c掃描協(xié)作使用，如它們是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。a掃描合計(jì)系列共同形成物理對(duì)象101的未處理虛擬圖像。圖像重構(gòu)和評(píng)估部分143處理原始虛擬圖像，以用于通過(guò)優(yōu)化由物理對(duì)象101內(nèi)部的特征(其用作發(fā)射到物理對(duì)象101中的超聲波的反射體)所生成的回波去除噪聲。這類反射體能夠組成物理對(duì)象101內(nèi)的缺陷。指配給輔助數(shù)字處理部分142的功能能夠由所有適當(dāng)處理器裝置(其按照使得它們實(shí)現(xiàn)如本文所述的輔助數(shù)字處理部分142的機(jī)能的方式所設(shè)計(jì))來(lái)執(zhí)行。

如同模擬處理部分107和主數(shù)字處理部分140中一樣，輔助數(shù)字處理部分142包括與超聲換能器陣列102傳送到物理對(duì)象101中的波形的生成相關(guān)的功能以及與由物理對(duì)象101所反射并且由超聲換能器陣列102所接收的波形的處理相關(guān)的功能。循環(huán)控制單元164經(jīng)由連接166來(lái)連接到發(fā)射器設(shè)置單元156并且經(jīng)由若干連接168來(lái)連接到求和單元158。評(píng)估單元170經(jīng)由連接172來(lái)連接到求和單元158并且經(jīng)由連接174來(lái)連接到循環(huán)控制單元164。

循環(huán)控制單元164經(jīng)由連接178來(lái)連接到更高級(jí)處理單元176，其位于上級(jí)控制部分144中。評(píng)估單元170經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)連接180來(lái)連接到更高級(jí)處理單元176。

循環(huán)控制單元164設(shè)計(jì)用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的操作。具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)100在一系列循環(huán)中工作。每個(gè)循環(huán)包括由超聲換能器元件110的每個(gè)所發(fā)射的專門設(shè)計(jì)的超聲脈沖(或“突發(fā)”)的集合，后面是暫停，后面是由超聲換能器元件110的每個(gè)對(duì)一系列反射聲波的接收，一系列反射聲波又由模擬處理部分107轉(zhuǎn)換為一系列數(shù)字信號(hào)，其由數(shù)字處理部分106來(lái)處理。與超聲脈沖的每個(gè)集合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采取表(“循環(huán)表”)的形式來(lái)存儲(chǔ)在循環(huán)控制單元164中，其定義每個(gè)系列脈沖的各種特征，例如比如要進(jìn)行的記錄的數(shù)量、在其上進(jìn)行每個(gè)記錄的方向、要進(jìn)行其記錄的物理對(duì)象101周圍的位置的數(shù)量等。

評(píng)估單元170使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方法對(duì)于求和單元158中生成和存儲(chǔ)的原始虛擬圖像或者對(duì)于從其中所得出的結(jié)果來(lái)執(zhí)行超聲測(cè)試評(píng)估。每個(gè)原始虛擬圖像表示預(yù)定義系列的時(shí)間間隔中記錄的“超聲記錄”的若干超聲反射和物理對(duì)象101周圍的若干位置，以便生成三維超聲場(chǎng)。

評(píng)估單元170的另一個(gè)功能是將測(cè)試期間所檢測(cè)的數(shù)據(jù)與物理對(duì)象101上的位置相互關(guān)連。具體來(lái)說(shuō)，位置編碼器(未示出)連接到超聲換能器陣列102并且連接到數(shù)字處理部分106，以便報(bào)告和記錄超聲換能器陣列102相對(duì)于物理對(duì)象101的位置。超聲場(chǎng)的分析包括例如時(shí)間段或“層面”(又稱作“時(shí)間間隔”)的選擇。分析時(shí)間間隔，以便確定時(shí)間間隔之內(nèi)的最大聲波幅度以及與這個(gè)幅度關(guān)聯(lián)的測(cè)量的運(yùn)行時(shí)間。

如本文所使用的，回波的“運(yùn)行時(shí)間”涉及聲波要求的時(shí)間量，以便穿過(guò)物理對(duì)象101并且從物理對(duì)象的回波產(chǎn)生特征返回。將所選幅度與預(yù)定參考幅度進(jìn)行比較，并且將測(cè)量的運(yùn)行時(shí)間與預(yù)定參考運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行比較。如果所選幅度超過(guò)參考幅度的值，則假定缺陷存在于物理對(duì)象101內(nèi)的物理位置，這與所選時(shí)間間隔關(guān)聯(lián)。類似地，能夠通過(guò)評(píng)估運(yùn)行時(shí)間來(lái)查找缺陷。例如，與所選時(shí)間間隔(其表示成低于預(yù)定運(yùn)行時(shí)間)關(guān)聯(lián)的測(cè)量的運(yùn)行時(shí)間能夠是關(guān)于在關(guān)聯(lián)位置處的物理對(duì)象101中的材料的厚度過(guò)小(例如因那個(gè)位置處的內(nèi)部腐蝕)的指示。備選地，測(cè)量的運(yùn)行時(shí)間對(duì)于其中腐蝕存在于物理對(duì)象101的外部表面上的狀況能夠大于預(yù)定參考運(yùn)行時(shí)間。

更高級(jí)處理單元176包含pc、臺(tái)式系統(tǒng)、個(gè)別cpu和/或使用由評(píng)估單元170所生成的評(píng)估的其他系統(tǒng)，以便執(zhí)行各種任務(wù)，例如記錄與物理對(duì)象101相關(guān)的數(shù)據(jù)、刺激過(guò)程控制和/或生成用戶的可視化。此外，更高級(jí)處理單元起系統(tǒng)100的命令中心的作用，其中用戶輸入指令和數(shù)據(jù)(例如比如與物理對(duì)象101相關(guān)的數(shù)據(jù))以及參數(shù)(其使波形成部分141生成在物理對(duì)象101中引起預(yù)期聲學(xué)圖像的信號(hào)，其按照使得它使材料中的潛在反射體最佳地反射聲波以供由系統(tǒng)100記錄以及這些聲波的后續(xù)處理的方式來(lái)適配)。在一些實(shí)施例中，特殊類型的聲波、例如瑞利波或蘭姆波在物理對(duì)象101內(nèi)激勵(lì)。

更高級(jí)處理單元176還包括顯示裝置182(例如二維和三維視覺顯示器)、用戶輸入裝置184(例如鍵盤、觸摸屏等)、通信接口186以及與超聲材料分析關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備，其是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。經(jīng)由輸入裝置184，用戶將輸入提供到循環(huán)控制單元164中。上級(jí)控制部分144的功能在計(jì)算機(jī)(其具有使系統(tǒng)100能夠按照本文所述來(lái)起作用的適當(dāng)配置)上執(zhí)行。更高級(jí)處理單元176接收來(lái)自輔助數(shù)字處理部分142的所處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視覺顯示，其能夠由用戶通過(guò)適當(dāng)用戶界面來(lái)配置，其編程到更高級(jí)處理單元176中，包含例如比如為二維顯示提供正確“假色”和簡(jiǎn)圖的生成等。此外，更高級(jí)處理單元176執(zhí)行附加評(píng)估功能，其在已經(jīng)執(zhí)行火車輪101的完全測(cè)試、例如比如分析報(bào)告的生成之后激活。

系統(tǒng)100的各種模塊、單元、組件等能夠通過(guò)硬件、軟件、固件及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，系統(tǒng)的部分能夠使用處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如本文所使用的,術(shù)語(yǔ)“處理器”能夠包含微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(plc)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(自由邏輯陣列)(fgpa)、專用集成電路(asic)、集成電路(其在本領(lǐng)域一般稱作計(jì)算機(jī))和其他可編程電路，并且這些術(shù)語(yǔ)在這里以可交換的方式使用。處理器能夠連接到存儲(chǔ)裝置，其包含隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、閃速存儲(chǔ)器、致密光盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)、磁光盤驅(qū)動(dòng)(mod)、dvd、非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介等。存儲(chǔ)裝置能夠存儲(chǔ)供由處理器運(yùn)行的指令，以便實(shí)現(xiàn)本文所公開系統(tǒng)或者執(zhí)行本文所公開方法。

如上所述，由處理系統(tǒng)104所生成的信號(hào)使超聲換能器陣列102發(fā)射超聲突發(fā)，其對(duì)超聲換能器陣列102的深度和寬度是不均質(zhì)的。

圖4-6圖示由系統(tǒng)100所提供的波形和波前的不同配置。圖4是圖示突發(fā)的第一變化模式的一系列波形300的圖形透視圖。為了更簡(jiǎn)單表示，示出來(lái)自超聲換能器元件110的單一行的突發(fā)。具體來(lái)說(shuō)，波形300表示突發(fā)，其在它們的幅度中改變但是時(shí)長(zhǎng)和發(fā)射時(shí)間是恒定的。圖5圖示突發(fā)的第二變化模式，其中若干波形302表示對(duì)于時(shí)間上的幅度和發(fā)射(“時(shí)移”)而改變但是具有恒定時(shí)長(zhǎng)的突發(fā)。圖6圖示表示一系列突發(fā)(其在時(shí)間上偏移并且對(duì)于幅度和時(shí)長(zhǎng)是可變的)的一系列波形304。

為了生成圖4-6所示的突發(fā)，將激勵(lì)信號(hào)施加到超聲換能器元件110。圖7圖示采取任意全模擬激勵(lì)脈沖700的形式的示范激勵(lì)信號(hào)。有可能用于準(zhǔn)確和一致地生成圖7所示的激勵(lì)脈沖的電路和組件實(shí)際上要求大復(fù)雜度等級(jí)、生產(chǎn)成本、能量消耗等。此外，用于生成這類脈沖的模塊不易于可訪問(wèn)使用asic的實(shí)現(xiàn)并且對(duì)于電壓和速度受到限制。

相應(yīng)地，系統(tǒng)100在一些實(shí)施例中或者在一些操作模式中可按照如下方式來(lái)設(shè)計(jì)：使得它向超聲換能器元件110來(lái)提供多電平方波激勵(lì)脈沖而不是圖7所示的類型的全模擬激勵(lì)脈沖。

圖8圖示示范多電平方波激勵(lì)脈沖800。所圖示的脈沖包含具有單獨(dú)正和負(fù)幅度值的若干方形脈沖或階躍。在一些實(shí)施例中，多電平方波激勵(lì)脈沖具有若干正矩形階躍和若干負(fù)矩形階躍。

圖7和圖8的激勵(lì)脈沖在圖9中疊加地示出。如所示，多電平方波激勵(lì)脈沖800的正和負(fù)方形脈沖或階躍的幅度對(duì)應(yīng)于模擬激勵(lì)脈沖700的正和負(fù)峰值。此外，多電平方波激勵(lì)脈沖800的正和負(fù)方形脈沖或階躍的寬度對(duì)應(yīng)于模擬激勵(lì)脈沖700的拐點(diǎn)之間的寬度。此外，脈沖700、800按照如下方式同相：使得從多電平方波激勵(lì)脈沖800中的一個(gè)階躍到下一個(gè)階躍的過(guò)渡在時(shí)間上與模擬激勵(lì)脈沖700的拐點(diǎn)對(duì)齊。因此，有可能使多電平方波激勵(lì)脈沖800的配置通過(guò)對(duì)應(yīng)的全模擬波形700的矩形階躍掃描來(lái)選擇。

超聲換能器元件對(duì)激勵(lì)信號(hào)的反應(yīng)固有地是模擬的，并且無(wú)法對(duì)多電平方波激勵(lì)脈沖800的電壓的階躍變化立即反應(yīng)。換言之：即使多電平方波用作激勵(lì)脈沖，超聲換能器也沒有發(fā)射相同多電平方波。實(shí)際發(fā)射的超聲波形而是多電平方波激勵(lì)脈沖和超聲換能器的增量反應(yīng)函數(shù)的卷積。如果假定超聲換能器的反應(yīng)是高斯函數(shù)，則發(fā)射的超聲波形與預(yù)期超聲波形極為類似，即使使用多電平方波激勵(lì)脈沖而不是全模擬波形。

相應(yīng)地，對(duì)其施加多電平方波激勵(lì)脈沖800的超聲換能器元件的輸出能夠與如果施加對(duì)等全模擬脈沖則將發(fā)生的輸出是相同或基本上相同的。此外，多電平方波激勵(lì)脈沖能夠通過(guò)去卷積處理基于預(yù)期超聲波形和超聲換能器的增量反應(yīng)函數(shù)來(lái)選擇。

因此，系統(tǒng)100設(shè)計(jì)成使用多電平方波激勵(lì)脈沖來(lái)提供可比擬超聲換能器輸出，同時(shí)與使用全模擬激勵(lì)脈沖的系統(tǒng)相比降低能量消耗、系統(tǒng)復(fù)雜度和/或成本。

多電平方波激勵(lì)脈沖與對(duì)等全模擬激勵(lì)脈沖對(duì)應(yīng)的程度通過(guò)能夠結(jié)合到多電平方波激勵(lì)脈沖中的可能電壓電平或階躍的數(shù)量來(lái)限制。如圖10所示，如果可能的電壓電平的數(shù)量較高，則多電平方波激勵(lì)脈沖中的階躍的幅度準(zhǔn)確或幾乎準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于對(duì)等模擬激勵(lì)脈沖中的峰值的幅度。另一方面，模擬激勵(lì)脈沖中的峰值映射到最接近電壓電平，以及如果可能的電壓電平的數(shù)量減少(如例如圖11所示)，則相應(yīng)幅度可準(zhǔn)確或者不準(zhǔn)確匹配。一般來(lái)說(shuō)，下列情況適用：可用于建立多電平方波激勵(lì)脈沖的可能電壓電平的數(shù)量越大，則通過(guò)脈沖所觸發(fā)的超聲換能器輸出與如果使用對(duì)應(yīng)的全模擬激勵(lì)脈沖的輸出的程度越大。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100設(shè)計(jì)成生成具有達(dá)到五個(gè)單獨(dú)正電壓電平、達(dá)到五個(gè)單獨(dú)負(fù)電壓電平和達(dá)到十一個(gè)階躍(例如-100v、-80v、-60v、-40v、-20v、0v、20v、40v、60v、80v、100v)的總數(shù)的一個(gè)零電壓電平的多電平方波激勵(lì)脈沖。在其他實(shí)施例中，該系統(tǒng)能夠按照如下方式來(lái)配置：使得它生成具有多于或少于十一個(gè)階躍、僅具有正階躍、僅具有負(fù)階躍、具有不等數(shù)量的正和負(fù)階躍和/或具有或沒有零電壓階躍的多電平方波激勵(lì)脈沖。

圖12是用于生成本文所述類型的多電平方波激勵(lì)脈沖的示范電路的示意圖。所圖示的電路包含在脈沖發(fā)生器146(圖3所示)的每個(gè)或者脈沖序列發(fā)生器146(圖18所示)的每個(gè)中。該電路包括若干開關(guān)(例如，晶體管、例如比如mosfet)s1-s5，其連接在輸出節(jié)點(diǎn)與若干電壓干線-v1、-v2、地、+v1、+v2之間。若干控制線c1-c5控制相應(yīng)開關(guān)s1-s5的操作，以便有選擇地使輸出節(jié)點(diǎn)投入與相應(yīng)電壓干線的通信?？刂凭€c1-c5由邏輯電路(例如發(fā)射器控制器)152來(lái)控制，以便按照?qǐng)D13所示的部分真值表來(lái)改變輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓。因此，圖12的電路能夠生成具有至少五個(gè)單獨(dú)電壓電平或階躍(即，-v1、-v2、地、+v1、+v2)的多電平方波激發(fā)脈沖。不用說(shuō)，所圖示的電路能夠易于修改，以便提供附加或更少電壓階躍。

由系統(tǒng)100在使用全模擬激勵(lì)脈沖時(shí)生成的仿真示范聲學(xué)全息輸出在圖14中示出。如圖15所示，當(dāng)改為使用具有達(dá)到十一個(gè)階躍的多電平方波激勵(lì)脈沖時(shí)，在系統(tǒng)100的輸出中具有高程度的類似性。當(dāng)然，類似性程度能夠通過(guò)使用附加或更少階躍來(lái)優(yōu)化，如上所述。

圖16圖示用于通過(guò)按照本發(fā)明的方法基于超聲全息來(lái)實(shí)現(xiàn)成像的示范方法400。首先，測(cè)量待檢查的物理對(duì)象101的幾何結(jié)構(gòu)，并且對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)在步驟402處存儲(chǔ)在系統(tǒng)100中。相應(yīng)地，識(shí)別物理對(duì)象101的區(qū)域，其中從歷史已知，它們趨向于具有類似的物理對(duì)象中的缺陷，這使物理對(duì)象的預(yù)期圖像能夠在步驟404中來(lái)定義。一旦待檢查物理對(duì)象101的幾何結(jié)構(gòu)和預(yù)期圖像結(jié)構(gòu)為已知，用于得到預(yù)期聲學(xué)圖像的超聲換能器的配置在步驟406中來(lái)定義。例如，選擇壓電元件的面板的大小，選擇適當(dāng)聲突發(fā)脈沖頻率，并且選擇壓電元件的個(gè)別大小和幾何結(jié)構(gòu)。

在步驟408中，供在將在步驟404的圖像結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為具有預(yù)定義個(gè)別配置的一系列突發(fā)中使用的適當(dāng)數(shù)據(jù)處理算法針對(duì)每個(gè)超聲換能器元件110來(lái)選擇。能夠使用從本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的光學(xué)成像系統(tǒng)所適配的若干可用數(shù)據(jù)處理算法，包含點(diǎn)傳遞算法410、傅立葉變換算法412或者用于執(zhí)行數(shù)字全息的其他可用算法414。

所選數(shù)據(jù)處理算法用于將所定義的圖像結(jié)構(gòu)變換為指令，其將要傳送給波形成部分141。例如，點(diǎn)傳遞算法410的使用包含將所定義的圖像結(jié)構(gòu)404變換為空間中的點(diǎn)場(chǎng)、場(chǎng)中的每個(gè)點(diǎn)的灰度值的定義、用于待發(fā)射波形的預(yù)期幅度和相位的計(jì)算(其影響場(chǎng)中的每個(gè)點(diǎn))并且提供從每個(gè)圖像點(diǎn)的貢獻(xiàn)的相干添加，以便確定來(lái)自每個(gè)個(gè)別元件的每個(gè)突發(fā)的幅度和相位。點(diǎn)傳遞算法410的使用結(jié)果引起超聲換能器陣列102在所定義突發(fā)系列的發(fā)射期間生成的干涉圖案的定義。傅立葉變換算法412的使用能夠包括將所定義的圖像圖案變換為空間中的點(diǎn)場(chǎng)以及所定義圖像的傅立葉變換的計(jì)算，其中使用光學(xué)傅立葉變換，以便將所定義圖像的傅立葉變換傳送到超聲換能器陣列102上。點(diǎn)傳遞算法410或傅立葉變換算法412的使用結(jié)果引起超聲換能器陣列102在所定義突發(fā)系列的發(fā)射期間生成的干涉圖案的定義，其然后干涉實(shí)際聲學(xué)圖像。

一旦定義理想突發(fā)系列，則在步驟416計(jì)算多電平方波激勵(lì)脈沖，其使超聲換能器陣列102生成理想突發(fā)，或者以便生成與理想突發(fā)極為類似的突發(fā)。具體來(lái)說(shuō)，波形成部分141的脈沖發(fā)生器146按照如下方式來(lái)配置或編程：使得當(dāng)系統(tǒng)工作在第一操作模式中時(shí)，它們生成多電平方波激勵(lì)脈沖，其是對(duì)應(yīng)全模擬激勵(lì)脈沖的矩形近似。當(dāng)系統(tǒng)工作在第二操作模式中時(shí)，脈沖發(fā)生器146被配置或編程以便生成全模擬激勵(lì)脈沖。操作模式能夠由用戶來(lái)選擇，或者能夠由系統(tǒng)100自動(dòng)選擇。

在步驟408已經(jīng)選擇用于處理待獲取數(shù)據(jù)的預(yù)期算法之后，并且在步驟416配置波形成部分141以便生成預(yù)期激勵(lì)信號(hào)之后，實(shí)際數(shù)據(jù)獲取在步驟418繼續(xù)進(jìn)行。在步驟418的數(shù)據(jù)獲取期間，一個(gè)或多個(gè)若干超聲脈沖由超聲換能器陣列102來(lái)發(fā)射，突發(fā)由不同超聲換能器元件110來(lái)發(fā)射，其對(duì)于幅度、時(shí)長(zhǎng)和/或時(shí)移根據(jù)對(duì)被繪制的物理對(duì)象101的幾何結(jié)構(gòu)和預(yù)定預(yù)期圖像結(jié)構(gòu)的適當(dāng)性來(lái)改變。反射超聲波由超聲換能器元件110來(lái)接收，以及未處理波形信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)元件161中。未處理信號(hào)在系統(tǒng)100的模擬處理部分107中放大和預(yù)處理，以便生成a掃描，如所述。一旦它們已經(jīng)生成，則a掃描能夠使用已知超聲成像方法來(lái)評(píng)估，以便形成更高階、例如b掃描的可視化。如本文所使用的，“b掃描”涉及對(duì)象的完全形成三維彩色級(jí)圖像。a掃描中包含的數(shù)據(jù)還能夠通過(guò)與預(yù)定義閾值進(jìn)行比較來(lái)用于報(bào)警系統(tǒng)中。以及最后，在成像會(huì)話期間所得到的未處理信號(hào)和所處理的信號(hào)能夠由系統(tǒng)100導(dǎo)出以供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或進(jìn)一步評(píng)估。

即使本文所公開的各種方法能夠參照流程圖或過(guò)程圖來(lái)示出，但是應(yīng)當(dāng)注意，通過(guò)這類流程圖或過(guò)程圖或者其描述所暗示的方法步驟序列不是被理解為對(duì)用于按照這種順序執(zhí)行步驟的方法進(jìn)行限制。各種步驟而是能夠通過(guò)本文所公開的每一種方法在多個(gè)序列中執(zhí)行。因?yàn)樗鶊D示的流程圖和過(guò)程圖只是示范實(shí)施例，所以包括附加步驟或者包括比所示步驟要少的步驟的各種其他方法因此也落入本公開的范圍之內(nèi)。

本文所公開的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生一系列優(yōu)點(diǎn)和/或技術(shù)效果。與已知超聲全息系統(tǒng)形成對(duì)照，本文所述的超聲全息系統(tǒng)在一些實(shí)施例中按照例如使得它們與超聲換能器配置無(wú)關(guān)地生成和傳送非均質(zhì)聲場(chǎng)的方式來(lái)配置。本文在一些實(shí)施例中所述的超聲全息成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)際三維聲學(xué)圖像的生成，其與在沒有實(shí)際聲學(xué)圖像的生成的情況下進(jìn)行操作的已知超聲全息成像系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)具有改進(jìn)分辨率和區(qū)別特性的虛擬圖像的生成。此外，本文在一些實(shí)施例中所述的超聲全息成像系統(tǒng)提供改進(jìn)成像，其能夠應(yīng)對(duì)當(dāng)前被成像的物理對(duì)象的形狀和結(jié)構(gòu)。與已知超聲全息成像系統(tǒng)形成對(duì)照，本文在一些實(shí)施例中所述的系統(tǒng)和方法還提供超聲波形的生成，其由超聲換能器陣列中的單獨(dú)超聲換能器按照如下方式來(lái)發(fā)射：使得若干超聲波形的至少兩個(gè)彼此相差其幅度、頻率、時(shí)移和相位或調(diào)制中的至少一個(gè)元素的變化。此外，本文在一些實(shí)施例中所述的系統(tǒng)和方法提供使用多電平方波激勵(lì)脈沖(其與全模擬激勵(lì)脈沖相比能夠以降低復(fù)雜度、成本和/或能量消耗來(lái)生成，并且對(duì)于asic實(shí)現(xiàn)的電壓、速度和靈活性受到較少限制)來(lái)激勵(lì)超聲換能器陣列。

執(zhí)行該方法的特別優(yōu)選方式與特定聲穿透角(其逐個(gè)脈沖以電子方式改變)不一起工作。而是有可能通過(guò)超聲發(fā)射換能器110的二維陣列102將脈動(dòng)超聲場(chǎng)(其形成火車輪的感興趣區(qū)域中的線狀焦點(diǎn))聲穿透到待測(cè)試火車輪102中。

接收和評(píng)估然后通過(guò)超聲接收換能器陣列的個(gè)別超聲接收換能器來(lái)執(zhí)行，如權(quán)利要求1和權(quán)利要求3的接收特定特征b.所述。另外，在這種情況下，接收處理規(guī)則的應(yīng)用能夠有利地按照“油漆刷方法”進(jìn)行。

參照?qǐng)D19至圖26來(lái)提出按照本發(fā)明的方法的四個(gè)示范實(shí)施例。在全部四個(gè)示范實(shí)施例中，火車輪采用按照本發(fā)明的裝置來(lái)測(cè)試，其中所使用的測(cè)試探頭配置為固定的，并且其中火車輪圍繞測(cè)試探頭下面的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)。具體來(lái)說(shuō)，按照本發(fā)明的測(cè)試裝置為此包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在圖中未示出，采取其將輪子設(shè)置在旋轉(zhuǎn)移動(dòng)中。

圖19示意示出經(jīng)過(guò)待測(cè)試火車輪610的輪緣611的一段。示出形成運(yùn)行表面615的輪緣611。輪緣611連續(xù)過(guò)渡到輪盤612中。圖19示出按照本發(fā)明的方法的第一應(yīng)用示例，通過(guò)其能夠測(cè)試位于輪緣611的外端面617處的兩個(gè)感興趣區(qū)域614的同時(shí)測(cè)試。為此，測(cè)試探頭111(其包括個(gè)別可控超聲換能器(未示出)的二維陣列)放置于輪緣611的內(nèi)端面616上。通過(guò)按照本發(fā)明的方法適當(dāng)控制這些超聲換能器，生成脈動(dòng)超聲場(chǎng)，其同時(shí)在圖19所示的兩個(gè)感興趣區(qū)域614中分別形成一個(gè)線狀焦點(diǎn)。

如從圖20(其示出火車輪610的運(yùn)行表面615的截面狀頂視圖)顯而易見，工作以相對(duì)于輪緣611的內(nèi)端面616(在其上放置測(cè)試探頭109)的大約45°的聲穿透角進(jìn)行工作。因?yàn)閷?shí)際上裂紋主要在所示感興趣區(qū)域614中出現(xiàn)，其在徑向方向上定向并且從輪緣的外端面617垂直延伸到輪緣611的體積中，在這種情況下用于傳輸?shù)某暅y(cè)試探頭也能夠用作接收測(cè)試探頭。在接收期間，發(fā)射陣列102的個(gè)別可控超聲換能器110(其包含在測(cè)試探頭中)用作回波接收器，其中接收的回波信號(hào)個(gè)別數(shù)字化并且暫時(shí)為每個(gè)接收的換能器來(lái)存儲(chǔ)。這樣得到的回波信號(hào)然后進(jìn)一步處理，例如，正如結(jié)合按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例解釋這個(gè)方面。

圖21示出按照本發(fā)明的方法的另一個(gè)示范實(shí)施例，其用于檢測(cè)輪緣611與輪盤612之間的過(guò)渡中的橫向裂紋。對(duì)應(yīng)感興趣區(qū)域614從圖21是顯而易見的。在這個(gè)示范實(shí)施例中，按照?qǐng)D19和圖20的示范實(shí)施例的超聲測(cè)試探頭109放置于輪緣611的運(yùn)行表面615。聲穿透在這種情況下也以相對(duì)于運(yùn)行表面615的法線的聲穿透角45°進(jìn)行，使得發(fā)射測(cè)試探頭109能夠在這個(gè)示范實(shí)施例中同時(shí)還起接收測(cè)試探頭的作用，如結(jié)合先前示范實(shí)施例已經(jīng)解釋。通過(guò)按照本發(fā)明的方法，發(fā)射測(cè)試探頭109這時(shí)按照如下方式來(lái)控制：使得焦線620(其在徑向方向上定向并且在每種情況下基本上貫穿整個(gè)感興趣區(qū)域614)在相應(yīng)感興趣區(qū)域614的輪緣611與輪盤612(兩者均在火車輪610的朝外定向表面上以及在火車輪610的朝內(nèi)定向表面上)之間要檢查的過(guò)渡區(qū)域中形成。按照本發(fā)明的方法的應(yīng)用準(zhǔn)許生成脈沖超聲場(chǎng)，其具有同時(shí)在火車輪610的內(nèi)表面和外表面上的焦線。此外，有可能在位于感興趣區(qū)域614之間的過(guò)渡區(qū)中將幅度保持為較低，并且將可用于生成缺陷回波的聲能基本上集中于感興趣區(qū)域614上。

圖22根據(jù)待測(cè)試火車輪610的輪緣的運(yùn)行表面615的頂視圖再次示出按照?qǐng)D21的測(cè)試配置。發(fā)射測(cè)試探頭109放置于運(yùn)行表面615上。在輪緣611的過(guò)渡區(qū)域中延伸到表面附近并且在火車輪610的兩側(cè)的輪盤612的感興趣區(qū)域614在圖22中按照加陰影方式指示。此外，示出在感興趣區(qū)域614中形成的焦線620。

按照本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施例從圖23和圖24是顯而易見的，其用于檢測(cè)輪盤612中的徑向定向缺陷618。為了檢測(cè)它們，從最后兩個(gè)示范實(shí)施例已知的類型的兩個(gè)相控陣測(cè)試探頭109的級(jí)聯(lián)配置用于該工作中。在這些超聲測(cè)試探頭109中，第一測(cè)試探頭109用作發(fā)射測(cè)試探頭，而第二測(cè)試探頭109用作接收測(cè)試探頭。超聲測(cè)試探頭109均放置于輪緣的運(yùn)行表面615。經(jīng)過(guò)輪緣611，在除了0°之外的聲穿透角，發(fā)射測(cè)試探頭109聲穿透到輪盤612中，其中線狀焦點(diǎn)620(其在火車輪610的對(duì)稱軸的方向上定向)在預(yù)定位置處形成。線狀焦點(diǎn)620的程度從圖24是顯而易見的，其示出具有在其上放置超聲測(cè)試探頭109的火車輪610的運(yùn)行表面615的頂視圖。按照本發(fā)明的方法準(zhǔn)許聲穿透到超聲場(chǎng)(其線狀焦點(diǎn)實(shí)際上遍布輪盤612的整個(gè)厚度)的輪盤612中。

最后，圖25和圖26示出用于將按照本發(fā)明的方法應(yīng)用于測(cè)試火車輪610的輪盤612的測(cè)試以用于切向定向的早期裂紋、即從輪盤612的外表面開始的裂紋的第四示范實(shí)施例。具有單獨(dú)形成的發(fā)射和接收測(cè)試探頭109的v形配置用于該工作中。與這個(gè)配置有關(guān)的細(xì)節(jié)從介紹部分已經(jīng)提到的ep1087229a1是顯而易見的。發(fā)射測(cè)試探頭109(其結(jié)構(gòu)（就像接收測(cè)試探頭109中的一個(gè)）對(duì)應(yīng)于上述示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu))使用按照本發(fā)明的方法將經(jīng)過(guò)輪緣611的超聲場(chǎng)以如下的方式聲穿透到輪盤612中：使得徑向延伸焦線620形成其直接鄰接輪盤612的外表面，但是位于輪盤612的材料之內(nèi)。從切向定向缺陷619(其位于輪盤612的這個(gè)表面之內(nèi))所發(fā)出的回波信號(hào)通過(guò)單獨(dú)形成的超聲接收測(cè)試探頭來(lái)記錄，如圖25中作為示例所示。圖26再次示出待測(cè)試火車輪610的輪緣611的運(yùn)行表面615的視圖，在其上放置超聲發(fā)射測(cè)試探頭以及超聲接收測(cè)試探頭。

本書面描述使用包含優(yōu)選實(shí)施例的示例來(lái)公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合方法。本發(fā)明的可取得的專利范圍由權(quán)利要求書來(lái)定義，并且可包含本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言完全相同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包含具有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們意在處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。