[发明专利]曲面零件超声全聚焦缺陷定量检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种曲面零件超声全聚焦缺陷定量检测方法，包括步骤：首先根据曲面零件的几何特征，制作相同曲率的凸面和凹面标准试块；采用水浸相控阵全聚焦系统检测曲面试块，绘制缺陷定量判定DAC三维曲面；将待测曲面零件浸入水中，采用相同参数检测待测曲面零件的相应曲面区域，获得全矩阵数据并生成全聚焦图像，根据缺陷出现的位置在曲面极坐标系中找到在缺陷距离‑幅值DAC曲线中的标定值，若缺陷回波幅值超过缺陷距离‑幅值DAC曲面高度，则判定该缺陷尺寸超过标定尺寸，记录该缺陷位置和尺寸。本发明有效解决了曲面零件超声全聚焦缺陷回波幅值不均匀，缺陷定量评价困难等问题。

技术领域

本发明属于超声波无损检测技术领域，具体涉及一种曲面零件超声全聚焦缺陷定量检测方法，适用于不同曲率凸面/凹面几何特征的金属零件缺陷定量检测。

背景技术

随着航空航天、风电轴承、石油化工等工业快速发展，对复杂曲面零部件的需求越来越多，这些具有曲面形状的零部件的质量无损检测对设备可靠性和寿命安全有重要作用。超声相控阵由多个阵元组成，可接收多角度反射回波信号，具有更高的检测灵敏度和适应性，对于曲面零件的超声检测具有优势。但是，采用超声相控阵检测曲面构件时，由于各阵元在曲面界面的声束入射角不同，造成曲面内部的声场分布不均匀，不同圆心角位置的声场强度不同，因此缺陷幅值存在差异，目前尚未对曲面全聚焦声场的测量和校准展开研究，因此曲面全聚焦成像的缺陷定量评估难度更大。

目前针对复杂曲面构件，一般采用超声相控阵柔性探头或者曲面阵列探头，此类探头采用接触式检测，存在耦合条件不稳定，检测效率低等问题，无法实现超声自动化检测。因此，如何开发水浸超声相控阵全聚焦缺陷定量检测方法，实现工业自动化快速检测是急需解决的问题。在超声检测中，通常采用缺陷距离-幅值(DAC)曲线来描述缺陷距离、幅值和当量尺寸的关系，用于对缺陷的定量检测。同一当量的缺陷随着深度的增大，其缺陷幅值逐渐递减，因此，将同一当量尺寸的缺陷在不同深度的反射回波幅值连成一条曲线，可用于判定缺陷在不同深度位置的当量尺寸。对于曲面零件的超声全聚焦检测，缺陷不仅在深度方向有衰减，在圆周方向也存在衰减，因此，传统的DAC曲线缺陷定量评估方法无法应用于曲面零件的检测，曲面零件的超声定量检测难度更大。目前关于全聚焦缺陷尺寸的评价尚未有具体可行的方法，因此难以实现工业应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种检测灵敏度更高，检测结果更加直观，且可以实现具有不同曲率凸面/凹面截面几何特征的曲面零件超声全聚焦缺陷定量检测方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种曲面零件超声全聚焦缺陷定量检测方法，包括以下步骤：

用相同材料制作与待测曲面零件上的凸面或者凹面相同的曲面标准试块，且在同一曲面标准试块上加工n个相同的曲面和缺陷，每个缺陷与相应曲面圆心的距离根据实时精度递增；

将曲面标准试块放置于旋转平台上，使曲面标准试块中的其中一个曲面与旋转平台同圆心并绕圆心旋转，将超声相控阵探头移动至曲面标准试块中心轴线上方，使超声相控阵探头距离曲面圆弧中心点为一定水层高度，分别对曲面标准试块上的n个缺陷进行标定，得到用于缺陷当量判定的缺陷距离-幅值DAC曲线；

将待测曲面零件浸入水中，采用相同参数检测待测曲面零件的相应曲面区域，获得全矩阵数据并生成全聚焦图像，根据缺陷出现的位置在曲面极坐标系中找到在缺陷距离-幅值DAC曲线中的标定值，判定缺陷尺寸当量，若缺陷回波幅值超过缺陷距离-幅值DAC曲面高度，则判定该缺陷尺寸超过标定尺寸，记录该缺陷位置和尺寸。

接上述技术方案，标定时，具体根据待测曲面零件材料属性和曲面曲率，选择合适的超声相控阵探头和检测参数，探头阵列宽度覆盖曲面待测区域，水层高度h满足：H为最大检测深度，c₁为水中的声速，c₂为金属零件中的声速。

接上述技术方案，假设待测曲面零件包括多个凸面和多个凹面几何特征，凸面和凹面的圆弧段对应圆心角为标定过程包括：