專利名稱：板材結(jié)構(gòu)和管子厚度的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化控制，檢驗(yàn)，清理和(或)表面處理的方法，特別是板材結(jié)構(gòu)和管子厚度的測(cè)量方法，其原理見(jiàn)權(quán)利要求1的前序部分。
例如，當(dāng)一艘船舶分級(jí)時(shí)，需要收集有關(guān)鋼板剩余厚度的信息，以便計(jì)算船殼的強(qiáng)度和鑒定船舶是否可以繼續(xù)工作。此外，對(duì)于船主說(shuō)，希望獲得對(duì)船舶的狀態(tài)和進(jìn)程的了解，以便以最有效的方式進(jìn)行大修和預(yù)防修理，并在正確的時(shí)刻有選擇地作出關(guān)鍵的決定，使船舶退役和作為廢鐵出售。
今天，海洋用鋼結(jié)構(gòu)，例如船舶和鉆井臺(tái)的厚度測(cè)量采用人工點(diǎn)測(cè)量法(按一定的系統(tǒng)取樣試驗(yàn))，這種測(cè)量方法是當(dāng)船舶停泊時(shí)在船舶內(nèi)部或由潛水員攜帶手持測(cè)量裝置在船舶的外部進(jìn)行。內(nèi)部測(cè)量也可在船舶運(yùn)行中在空艙中進(jìn)行。
上述方法有明顯的缺點(diǎn)，達(dá)不到船舶殼體的完全覆蓋率，而測(cè)量點(diǎn)位置的選擇是主觀的判斷。反射的超聲信號(hào)的強(qiáng)度在很大程度上取決于后壁的狀態(tài)，以及在點(diǎn)蝕區(qū)(一種普通和危險(xiǎn)的現(xiàn)象)具有完全剩余厚度區(qū)與接近危險(xiǎn)點(diǎn)的腐蝕區(qū)之間的距離很小。在這些厚度相鄰末端之間后壁必須是傾斜的，這樣發(fā)射信號(hào)主要反射到接收器的側(cè)邊，它僅能接收到弱信號(hào)。檢驗(yàn)員被教導(dǎo)按一定的判據(jù)報(bào)廢弱的測(cè)量。將測(cè)量探頭移動(dòng)數(shù)厘米，檢驗(yàn)員會(huì)記錄下帶有完全厚度鋼板的幾乎平的后壁來(lái)的強(qiáng)信號(hào)。該船可能隨后通過(guò)檢驗(yàn)，而船主對(duì)作出有關(guān)船舶預(yù)防修理的根據(jù)不充分。之后進(jìn)入船塢，真實(shí)情況會(huì)被弄清，而隨后補(bǔ)救工作比計(jì)劃的要昂貴得多。
歐洲專利EP0139867公布了一種帶超聲信號(hào)發(fā)射器和接收器的測(cè)量物體材料質(zhì)量的自行裝置。這種公布的系統(tǒng)不適合于消除帶弱信號(hào)的信號(hào)測(cè)量。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的方法，它可以用于液體中的結(jié)構(gòu)和充入液體的結(jié)構(gòu)的不同任務(wù)。
利用具有權(quán)利要求1特征部分說(shuō)明的方法可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
下面用實(shí)例和參照附圖解釋本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，附圖中

圖1示出本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)例；圖2示出在一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的接收反射信號(hào)的記錄圖，其X軸表示發(fā)射信號(hào)的時(shí)間，而Y軸表示信號(hào)的強(qiáng)度；圖3示出由于點(diǎn)蝕造成不同厚度的板材的照片；圖4示出圖3所示板材按本發(fā)明測(cè)量和顯示的灰度標(biāo)圖；圖5示出圖3所示板材按本發(fā)明測(cè)量和顯示的輪廓圖；圖6示出圖3所示板材按本發(fā)明測(cè)量和顯示的地貌模型圖。
本發(fā)明的實(shí)例結(jié)合船舶殼體的超聲測(cè)量來(lái)說(shuō)明。然而，應(yīng)該了解本發(fā)明也適用于其它海洋鋼結(jié)構(gòu)或其它材料的結(jié)構(gòu)。
首先參照?qǐng)D1示出自行裝置1，它具有安裝有框架4上的3個(gè)輪子2，3，框架4上還安裝有測(cè)量梁5和操縱臂8，操縱臂由測(cè)量梁的中部伸出和與其垂直，裝置1被至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(未示出)。兩個(gè)輪子位于測(cè)量梁5的兩端，而輪子2位于操縱臂8的自由端。這樣在使用中測(cè)量梁與裝置1的運(yùn)動(dòng)方向垂直，而操縱臂8與運(yùn)動(dòng)方向平行。
在測(cè)量梁5上安裝一組超聲探頭6。在最佳實(shí)施例中采用了16個(gè)探頭6。探頭6與位于圓筒內(nèi)的計(jì)算機(jī)7連接，圓筒的位置與測(cè)量梁5平行。由計(jì)算機(jī)7伸出一條電纜與船舷上的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接。
在計(jì)算機(jī)7外的每一端裝有浮力墊10，它位于盒套11內(nèi)。墊10的浮力可以依靠空氣罐(未示出)的供氣和通過(guò)超壓釋放閥放氣來(lái)調(diào)節(jié)。該設(shè)備開(kāi)始在水中具有中性浮力。
在測(cè)量梁的兩端裝有兩盞定位燈12，用于裝置1的定位。
在使用中，裝置1由潛水員放置在船殼下面。潛水員同時(shí)在船下設(shè)置定位燈，例如，在矩形工作區(qū)的3個(gè)隅角設(shè)置一盞燈。裝置1位于已知的開(kāi)始點(diǎn)。借助計(jì)算機(jī)7使按定位燈取向的裝置1沿著船底向后和向前引導(dǎo)。
每個(gè)探頭6向被測(cè)量的板材發(fā)射信號(hào)。信號(hào)以脈沖形式發(fā)射，反射信號(hào)被記錄和存儲(chǔ)。發(fā)射器和接收器可以是同一臺(tái)裝置，由電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換發(fā)射和接收。反射信號(hào)的總波數(shù)被存儲(chǔ)，不僅是信號(hào)不同的發(fā)射時(shí)間。這種安排使得有可能為質(zhì)量控制而進(jìn)行任何后處理。這就要求計(jì)算機(jī)處于探頭的附近。
圖2示出接收的反射信號(hào)。在記錄圖上，Y軸代表信號(hào)強(qiáng)度，即代表反射程度。X軸代表以時(shí)間為基數(shù)的反射信號(hào)的進(jìn)程?？紤]到超聲信號(hào)的速率，時(shí)間軸代表測(cè)量點(diǎn)厚度的尺度。
在圖2上標(biāo)有R1的區(qū)域是由鋼板外面測(cè)量獲得的。此區(qū)域含有在油漆層內(nèi)向后和向前運(yùn)動(dòng)數(shù)次得到的分量。R2示出由鋼板外面反射的信號(hào)。R3示出由鋼板后壁反射的信號(hào)。R4和R5相應(yīng)示出由后壁二次和三次的反射。還應(yīng)該指出，R2、R3、R4、R5之間具有一定的間隔。
圖2所示信號(hào)的進(jìn)程對(duì)于一定尺寸的測(cè)量鋼板的反射信號(hào)是典型的。在許多情況下反射信號(hào)可能較弱。這種情況適用于當(dāng)鋼板的減弱部分具有傾斜表面。反射信號(hào)的主要部分隨后被折射離開(kāi)發(fā)射信號(hào)的探頭。某些反射信號(hào)被探頭6接收，但它是弱信號(hào)。在人工測(cè)量時(shí)這種信號(hào)被報(bào)廢。按照本發(fā)明，這些反射信號(hào)將被處理，或按存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)處理。借助二維和三維濾波來(lái)達(dá)到此目的。
二維濾波是由地震數(shù)據(jù)處理而來(lái)的一種已知方法。它的目的是采用通用的濾波技術(shù)(濾除，清除雜波或不利頻率分量，增強(qiáng)有利頻率分量)，它通常被用于數(shù)據(jù)的一維時(shí)序，用于收集這種數(shù)據(jù)的一維時(shí)序，例如沿一條直線相鄰各點(diǎn)的取樣。這組數(shù)據(jù)被稱為二維數(shù)據(jù)，因?yàn)闀r(shí)間軸為一維，而位置軸為另一維。
擴(kuò)展為三維時(shí)，數(shù)據(jù)收集在平面上的圍柵系統(tǒng)，從而使數(shù)據(jù)可由單獨(dú)時(shí)序中平面上所有各點(diǎn)來(lái)收集。例如，二維和在維濾波可用于濾除和清除雜波或增加沿第一或第二軸(位置或時(shí)間)或基準(zhǔn)框?qū)蔷€方向上數(shù)據(jù)組的一定傾向。在該系統(tǒng)內(nèi)沿自由數(shù)軸可進(jìn)行頻率分析，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)組內(nèi)一定的特征性能。
圖4所示為圖2的板材按本發(fā)明測(cè)量后的圖象。結(jié)果以灰度標(biāo)提供，其較淡的陰影表示較厚的板材。在圖4上，標(biāo)出了20，21，22和23各點(diǎn)?？梢钥闯?，20—22點(diǎn)為完全黑色，表明非常薄的截面。而23點(diǎn)為完全白色，表明非常厚的截面。然而，由所有這些點(diǎn)可以看出，由一點(diǎn)至另一點(diǎn)沒(méi)有均勻的過(guò)渡。因此有理由相信這些是錯(cuò)誤的測(cè)量。按照本發(fā)明的三維濾波可以消除這些錯(cuò)誤的測(cè)量。
在圖5和6的輪廓圖和地貌模型圖中可以相應(yīng)發(fā)現(xiàn)相同的20—23各點(diǎn)。如果將圖6的地貌模型與圖3的照片對(duì)比，可以看出這些點(diǎn)也可能是錯(cuò)誤的測(cè)量。
裝置1具有較小的尺寸，在最佳實(shí)施例中它的寬度稍稍超過(guò)1.5米。這表明該設(shè)備容易運(yùn)輸，例如用飛機(jī)空運(yùn)。采用本發(fā)明的裝置，在相當(dāng)于正常的裝卸期(24小時(shí))內(nèi)，整艘船舶可用相當(dāng)高的精確度給出點(diǎn)蝕圖。
該裝置可由潛水員使用推進(jìn)器來(lái)獨(dú)立操作。裝置1還設(shè)計(jì)為可攜帶其它檢驗(yàn)系統(tǒng)，例如電視檢驗(yàn)，或者進(jìn)行其它相關(guān)的船下任務(wù)，例如清理。如果該設(shè)備將用于船側(cè)，其連接/推進(jìn)可借助磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該設(shè)備還可在水面以上工作。為了使超聲信號(hào)達(dá)到充分的傳輸，最好在船側(cè)與探頭之間澆些水。
在船舶的開(kāi)始研究中，可繪制出船舶圖，在探測(cè)處繪出結(jié)構(gòu)元件，例如肋條，支撐和板接頭等。隨后該圖可用于按所結(jié)結(jié)構(gòu)元件使裝置1的自定位。在以后的測(cè)量中，可將船舶的厚度圖與結(jié)構(gòu)元件圖對(duì)比，以確認(rèn)某些板或殼體元件需要更換。
按照本發(fā)明，全部超聲波形要存儲(chǔ)(不僅是發(fā)射時(shí)間)，以備任何要求的后處理之用。該系統(tǒng)具有充分的厚度分辨率以及充分的定位精度，用以代替按時(shí)在不同點(diǎn)測(cè)量了腐蝕的時(shí)間進(jìn)程。借助一條高容量數(shù)據(jù)電纜可將甲板上一臺(tái)計(jì)算機(jī)與水下一臺(tái)計(jì)算機(jī)串聯(lián)工作，這樣就可將大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在可更換載體上(可更換磁盤(pán)，磁帶，光盤(pán)等)。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)組足以用于船舶的強(qiáng)度計(jì)算。
覆蓋率或點(diǎn)測(cè)量的距離可根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)性能由裝置來(lái)自動(dòng)改變。因此檢驗(yàn)可以迅速通過(guò)高質(zhì)量的均勻區(qū)，而對(duì)厚度或信號(hào)強(qiáng)度差別大的區(qū)域，則應(yīng)較嚴(yán)格地檢驗(yàn)。然而，重要的是已收集充分的數(shù)據(jù)，因此不再需要返回進(jìn)一步研究。
該裝置還可用于其它材料，例如塑料，玻璃纖維增強(qiáng)塑料，鋁等。該裝置也可用于檢驗(yàn)管子，油槽等。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化控制，檢驗(yàn)，清理和(或)表面處理的方法，特別是板材結(jié)構(gòu)和管子厚度的測(cè)量方法，它通過(guò)至少一個(gè)發(fā)射器(6)發(fā)射超聲信號(hào)和由至少一個(gè)接收器(6)接收，上述發(fā)射器和接收器安裝在自行的遙控裝置(1)上，在發(fā)射器與結(jié)構(gòu)的表面之間有一層液態(tài)膜；本方法包括下列步驟在測(cè)量區(qū)內(nèi)連續(xù)移動(dòng)自行裝置(1)，在實(shí)質(zhì)上垂直于結(jié)構(gòu)表面的方向由至少一個(gè)發(fā)射器(6)發(fā)射超聲信號(hào)，由接收器(6)接收反射信號(hào)，根據(jù)接收的反射信號(hào)，參數(shù)如反射信號(hào)的傳輸時(shí)間，以及結(jié)構(gòu)的材料常數(shù)來(lái)確定測(cè)量點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的厚度和材料質(zhì)量，其特征在于具有自行裝置(1)，它可借助結(jié)構(gòu)上原來(lái)已知點(diǎn)進(jìn)行自定位，有關(guān)反射信號(hào)波形的全部接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī)，用一點(diǎn)的接收信號(hào)數(shù)據(jù)與相鄰點(diǎn)接收信號(hào)數(shù)據(jù)比較的方法確定厚度和材料質(zhì)量。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于經(jīng)二維濾波的相鄰點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的比較。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于經(jīng)三維濾波的相鄰點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的比較。
4.按照權(quán)利要求1—3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于借助經(jīng)處理的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)提供顯示結(jié)構(gòu)厚度和已知結(jié)構(gòu)元件的地貌模型圖。
5.按照權(quán)利要求1中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于自行裝置(1)的開(kāi)始定位是借助于高精度的液—聲定位系統(tǒng)和/或借助于結(jié)構(gòu)上已知的基準(zhǔn)點(diǎn)。
6.按照權(quán)利要求1—5中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于自行裝置(1)是按照預(yù)定的直線圖形通過(guò)自動(dòng)操縱來(lái)移動(dòng)的。
7.按照權(quán)利要求1—6中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于自行裝置(1)的定位開(kāi)始是借助高精度的液—聲定位系統(tǒng)和預(yù)先建立的位置基準(zhǔn)。
8.按照權(quán)利要求1—6中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于自行裝置(1)的定位開(kāi)始是自動(dòng)進(jìn)行，不需要預(yù)先建立位置基準(zhǔn)，而是將收集的數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖和/或原先檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)比較。
9.按照權(quán)利要求1—8中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于測(cè)量數(shù)據(jù)的收集可根據(jù)收集數(shù)的統(tǒng)計(jì)性能自動(dòng)改變，使在高質(zhì)量的均勻區(qū)迅速進(jìn)行檢驗(yàn)，而在厚度和信號(hào)強(qiáng)度較大分散區(qū)嚴(yán)格檢驗(yàn)。
10.按照權(quán)利要求1—9中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過(guò)一條高容量傳輸電纜由計(jì)算機(jī)(7)將數(shù)據(jù)傳輸至甲板上另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以便存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)處理，顯示和對(duì)收集的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化控制，檢驗(yàn)，清理和/或表面處理的方法，特別是板材結(jié)構(gòu)和管子厚度的測(cè)量方法，其原理是借助來(lái)自一臺(tái)自行遙控裝置(1)的超聲信號(hào)，該自行裝置(1)在測(cè)量區(qū)內(nèi)連續(xù)移動(dòng)，發(fā)射器(6)在實(shí)質(zhì)上垂直于結(jié)構(gòu)表面的方向發(fā)射超聲信號(hào)。由接收器(6)接收反射信號(hào)，根據(jù)接收的反射信號(hào)，以及參數(shù)如反射信號(hào)的傳輸時(shí)間來(lái)確定測(cè)量點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的厚度和材料質(zhì)量。自行裝置(1)借助結(jié)構(gòu)上原來(lái)已知點(diǎn)進(jìn)行自定位。有關(guān)反射信號(hào)波形的全部接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī)，以及用一點(diǎn)的接收信號(hào)數(shù)據(jù)與相鄰點(diǎn)接收信號(hào)數(shù)據(jù)比較的方法確定厚度和材料質(zhì)量。這些工序重復(fù)進(jìn)行以收集新測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01S15/89GK1120369SQ94191645
公開(kāi)日1996年4月10日 申請(qǐng)日期1994年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月2日
發(fā)明者托爾·音·威格, 安尼特·奧爾森 申請(qǐng)人:辛文特公司, 雷德邦德公司