技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于检测在检查对象内部的至少一个缺陷的方法和装置，特别是借助
超声波的不取决于方向的缺陷检测。
背景技术
[0002] 检查对象，例如机器组件，在其制造之后对其进行如下检查，即，其是否具有缺陷，例如小的空腔或裂缝。在此优选借助
超声波进行检查。在超声波检查中公知所谓的SAFT(Synthetic Aperture Focussing Technique，合成孔径聚焦技术)方法，用来检测在检查对象内部的小缺陷并且与其它缺陷进行界定。SAFT方法用于提高空间
分辨率，以便获得关于在检查对象内部的反射的缺陷的
位置和形状的精确结论。为了可靠地检测检查对象内部的反射的缺陷，在SAFT方法中使用具有尽可能大的孔径
角度的检查头。此外，SAFT方法在大的孔径角度的情况下发挥最大的作用。图1示意性示出了检查头PK，其将声波
信号以入射角α入射到检查对象中，并且其具有孔径角度β。大的孔径角度β意味着，检查头PK具有小的直径并且理想地近似为点形。声波束的孔径角度β通过如下限制，即，足够大的
能量必须被引入到待检查的组件或者说检查对象中，特别是在长的声波路径的情况下。孔径角度β越大，则引入的声能(由于更小的转换器面积)而越小，并且入射的超声波信号的能量分布越大并且由缺陷作为回波声信号越少地反射回来，从而
信噪比SNR下降。
[0003] 在DE 10 2008 023 862 A1中描述了一种用于产生超声波图像的装置和方法。在此将通过组
辐射器(Gruppenstrahler)记录的测量序列借助SAFT
算法进行评估。在该通常的方法中除了必要地采用组辐射器之外前提条件是，能够测量更多个属于测量序列的、同一个入射位置或者说测量位置的入射方向或者说入射角度。在DE 10 2008 023 862 A1中将组辐射器检查头置于检查对象的表面上的不同位置或者说地方，从而各自的测量序列对应于检查对象上的特定的测量位置。然后在每个测量位置处进行以不同的入射角度α的入射。对于每个入射角度α产生一幅图像。
[0004] 然而在DE 10 2008 023 862 A1中描述的方法具有一些缺陷。在该通常的方法中不可能利用具有固定的入射角度的单振荡检查头工作。在现存的检查设备中然而经常应用具有固定入射角度的单振荡检查头。此外，常规的方法局限于应用组辐射器和局限于在相同位置中执行测量。此外，该常规方法不允许在检查期间超声波检查头的连续移动，即，超声波检查头不能均匀有规律地在组件或检查对象上运动，使得在多个入射之间产生位置偏移。
发明内容
[0005] 由此本发明要解决的技术问题是，实现一种用于检测在检查对象内部的至少一个缺陷的方法和装置，其避免上面提到的缺陷并且还仍然提供具有高信噪比的检测信号。
[0006] 上述技术问题按照本发明通过具有在
权利要求1中给出的特征的方法解决。
[0007] 本发明相应地实现一种用于检测在检查对象内部的至少一个缺陷的方法，具有步骤：
[0008] 确定检查对象2的多个测量数据组，
[0009] 其中为了确定测量数据组分别将超声波信号在不同测量点上以入射角度入射到检查对象中，所述入射角度为了确定测量数据组而对于每个测量数据组改变；
[0010] 为了计算对于每个测量数据组的SAFT评估结果，在使用在检查对象内部共同的重建格栅RG的条件下，对于每个确定的测量数据组执行SAFT(合成孔径聚焦技术)评估；和
[0011] 为了计算对于重建格栅的每个重建点的不取决于方向的缺陷显示值，
叠加所计算的SAFT评估结果。
[0012] 按照本发明的方法提供的优点是，其使得可以扩大对于SAFT评估方法的角度范围，而在此不会限制于组辐射器和/或限制于在相同测量位置执行测量。
[0013] 在可能的实施方式中测量点的数量在所有测量数据组中不是相同的。
[0014] 在按照本发明的方法的一种可能的实施方式中，将所确定的测量数据组的计算的SAFT评估结果为了平整(Nivellierung)振幅
水平，在叠加SAFT评估结果之前进行加权。
[0015] 在按照本发明的方法的一种可能的实施方式中，将叠加的SAFT评估结果进行矫正并且通过低通滤波进行平滑。
[0016] 在按照本发明的方法的另一个可能的实施方式中，测量位置位于检查对象的表面上的测量格栅。
[0017] 在按照本发明的方法的另一个可能的实施方式中，在确定测量数据组之前将测量位置借助调节
反射器根据调节反射器的反射的回波信号进行调节。
[0018] 在按照本发明的方法的另一个可能的实施方式中，为了确定检查对象的测量数据组，将超声波信号借助单振荡检查头或者借助组辐射器在不同的测量点上以分别对于测量数据组的确定而调整的入射角度入射到检查对象中。
[0019] 在此既可以使用具有适配楔(Vorsatzkeil)的(为了调整入射角度)单振荡检查头，也可以使用对于特定的入射角度构造的单振荡角度检查头。
[0020] 在按照本发明的方法的一个可能的实施方式中，对于不同的测量点由检查对象反射的模拟的回波超声波信号被放大并且然后数字化为与测量点对应的回波信号，其形成检查对象的测量数据组。
[0021] 在按照本发明的方法的一个可能的实施方式中，将检查头或组辐射器为了入射超声波信号并为了采集回波超声波信号连续地在检查对象的表面上运动。
[0022] 在按照本发明的方法的一个可能的实施方式中，将对于不同的入射角度计算的、不同的测量数据组的SAFT评估结果单独地与各自的入射角度对应地存储并且对于叠加根据入射角度进行选择。
[0023] 在按照本发明的方法的一个可能的实施方式中，将超声波信号作为纵向波和/或横向波入射到检查对象中。
[0024] 在按照本发明的方法的另一个可能的实施方式中，将重建格栅的计算的缺陷显示值按照截面图二维或三维地在显示器上向检查者显示。
[0025] 在按照本发明的方法的另一个可能的实施方式中，将受检的检查对象的计算的缺陷显示值分别与待检查的检查对象的存储的模型的额定值为了计算差值而进行比较，该差值在超过预定的容差
阈值的情况下说明检查对象的缺陷。
[0026] 在按照本发明的方法的另一个可能的实施方式中，将作为缺陷被识别的检查对象自动地清理。
[0027] 本发明此外还实现一种用于检测在检查对象内部的至少一个缺陷的、具有在权利要求13中给出的特征的装置。
[0028] 本发明相应地实现一种用于检测在检查对象内部的至少一个缺陷的装置，具有：至少一个检查头，用于将超声波信号在不同的测量点处以入射角度入射到检查对象中以确定多个测量数据组，其中为了确定测量数据组分别将超声波信号以对应的入射角度入射到检查对象中，所述入射角度为了确定测量数据组而对于每个测量数据组被改变；和评估单元，其为了计算对于每个测量数据组的SAFT(合成孔径聚焦技术)评估结果，在使用在检查对象内部共同的重建格栅的条件下，对于每个所确定的测量数据组执行SAFT评估，其中评估单元将计算的SAFT评估结果为了计算对于重建格栅的每个重建点的不取决于方向的缺陷显示值而进行叠加。
[0029] 在按照本发明的装置的一个可能的实施方式中，通过评估单元将所确定的测量数据组的计算的SAFT评估结果为了平整振幅水平而在叠加SAFT评估结果之前进行加权。
[0030] 在按照本发明的装置的一个可能的实施方式中，检查头可以为了确定测量数据组而连续地相对于检查对象的表面运动。
附图说明
[0031] 以下在参考附图的情况下描述用于检测在检查对象内部的至少一个缺陷的按照本发明的方法和按照本发明的装置的可能的实施方式。其中：
[0032] 图1示出了用于显示如在按照本发明的方法和在按照本发明的装置中可以采用的超声波检查头的入射角度和孔径角度的图；
[0033] 图2示出了用于解释用于检测在检查对象内部的缺陷的按照本发明的方法和按照本发明的装置的工作方式的图；
[0034] 图3示出了用于显示在按照本发明的方法中使用的重建格栅的图；
[0035] 图4示出了用于显示用于检测在检查对象内部的缺陷的按照本发明的装置的
实施例的
框图；
[0036] 图5示出了用于显示用于检测在检查对象内部的缺陷的按照本发明的方法的实施例的
流程图；
[0037] 图6示出了用于解释用于检测在检查对象内部的缺陷的按照本发明的方法的实施例的表格。
具体实施方式
[0038] 图1示意性示出了在按照本发明的方法和在按照本发明的装置中可以被采用的检查头或超声波检查头1。超声波检查头1具有用于将超声波信号入射到检查对象2中的入射角度α，其中超声波信号按照孔径角度β被入射。检查头1的入射角度α例如可以借助在检查头1和检查对象2之间所夹的楔子来改变。此外，当检查头1是组辐射器时，入射角度还可以通过检查头1的时间偏移的控制来改变。
[0039] 图2示意性示出了用于检测在检查对象2内部的至少一个缺陷的按照本发明的装置的实施例。在示出的例子中，检查对象2是圆柱形的或
旋转对称的。检查头1在其相对于检查对象2的位置方面可以改变。在此一方面可以的是，检查头1沿着检查对象2的表面地(entlaus)运动。替换地，检查对象2也可以相对于检查头1运动，例如通过在图2中示出的旋转对称的检查对象2围绕轴旋转或转动。以这种方式，检查头1到达不同的测量点MP，如图2中所示。检查头1用于将超声波信号在不同的测量点MP处以入射角度α入射到检查对象2中，以确定多个测量数据组MDS。在此为了确定测量数据组MDS，分别将超声波信号以特定的所属的入射角度α入射到检查对象2中。为了确定不同的测量数据组MDS而对于每个测量数据组MDS改变入射角度α。所记录的时间信号通过信号线3被传输到评估单元4，在所述评估单元上连接了用于检查者P的显示单元5。
[0040] 评估单元4在使用在检查对象2内部共同的重建格栅RG的条件下，为了对于每个测量数据组MDS计算SAFT评估结果，对于每个所确定的测量数据组MDS进行SAFT(合成孔径聚焦技术)评估。使用的重建格栅RG的例子在图3中示出。评估单元4将计算的SAFT评估结果为了计算对于如在图3中所示共同的重建格栅RG的每个点RP的不取决于方向的缺陷显示值而进行叠加。在图3中示出的重建格栅RG具有在格栅中布置的多个重建点RP。重建格栅RG优选是三维的。当仅测量和重建组件的切平面并且重建点RP可以利用笛卡尔坐标点(x,y,z)或其它坐标、例如柱坐标或极坐标给出时，RG也可以是二维的。重建格栅RG也可以是二维的，特别是当测量和重建组件或检查对象的仅一个切平面时。重建点RP互相具有确定的距离d，如在图3中所示。重建格栅RG也可以是不规则的，例如可以包含被更详细重建的、具有更小的格栅的区域。重建格栅RG是在检查对象2内部延伸的、二维或三维的虚拟格栅。在重建格栅RG的重建点RP之间的距离d越小，则获得的分辨率越高，但是其中用于计算评估结果的计算时间增加。在重建点RP之间的距离d例如可以处于0.5至
1mm的范围。
[0041] 为了确定测量数据组MDS，分别将超声波信号通过在图2中示出的检查头1在不同的测量点MP处以特定的入射角度α入射到检查对象2中，该入射角度α为了确定测量数据组MDS而对于每个测量数据组MDS改变。然后借助评估单元4在使用在检查对象2内部共同的重建格栅RG的条件下，为了对于每个测量数据组MDS计算SAFT评估结果，对于每个所确定的测量数据组MDS进行SAFT评估。计算的SAFT评估结果为了计算对于重建格栅RG的每个重建点RP的不取决于方向的缺陷显示值而被叠加。在一种可能的实施方式中可以通过评估单元4将所确定的测量数据组MDS的计算的SAFT评估结果为了平整振幅水平而在叠加SAFT评估结果之前进行加权。叠加的SAFT评估结果在可能的实施方式中此外可以通过评估单元4进行矫正和通过低通滤波进行平滑。
[0042] 如在图2中所示，测量位置MP例如位于检查对象2的表面上的测量格栅。例如在测量点MP1之间的距离在测量格栅内部是恒定的，但是在测量点MP之间的距离也可以改变。例如在检查对象的表面上两个测量点MPi之间的距离可以为2.5mm。在图2所示的例子中检查对象2是圆柱形的，其中检查对象2例如可以是
涡轮叶片。在拍摄测量数据组MDS时，检查头1为了将超声波信号入射到检查对象2中和为了采集反射回来的回波超声波信号而连续地相对于检查对象2的表面运动。为了确定在检查对象2中的测量数据组MDS将超声波信号借助检查头1在不同的测量点MP处以分别对于测量数据组MDS的确定而分别调整的恒定的入射角度α入射到检查对象2中。例如测量数据组MDS包括在N个测量位置MP处被采集的N个测量数据。这一点示意性地在图6中的表格中示出。在此在N1个测量位置MP处对于入射角度α1拍摄第一测量数据组MDS1。然后将入射角度α调整到新的入射角度α2并且采集另一个测量数据组MDS2。以这种方式例如可以对于M个不同的入射角度α产生M个测量数据组。在测量点MP之间的距离可以是恒定的，但是也可以改变。此外在一个测量数据组MDS内部的测量点的数量可以是不同的。不同的测量数据组MDS可以互相独立地通过评估单元4借助SAFT算法被评估，其中在图3所示的参考格栅RG的相同格栅点处进行所有的测量数据组MDS的评估。如果未知测量点或测量数据的精确位置，则在一种可能的实施方式中可以借助测量数据的位置的精细调节来保证重建格栅RG的位置的重合，例如根据调节反射器的回波信号，其包含在所有的测量数据组MDS中。在此在确定测量数据组MDS之前借助调节反射器根据调节反射器的反射的回波信号精确地调节测量位置MP。调节在此优选一次性地在确定测量数据组之前进行，以便确定检查头1的位置偏移。调节反射器由此形成辅助部件，以精确确定测量位置MP。调节体或调节反射器例如可以是在检查对象2中的特
定位置处存在的孔。调节反射器由此通过在检查对象2内部定义的非均匀性形成。通过评估单元4在重建格栅RG的每个格栅点RP处将属于不同的测量数据组MDS的SAFT评估结果
相位正确地相加。
[0043] 在此可以进行SAFT评估结果的加权，以便平衡测量数据组MDS的不同的振幅水平。此外可以可选地在确定各个测量数据组MDS的SAFT评估结果时一起考虑声波场。此外可选地在各个SAFT评估结果的叠加或合并之后进行矫正或平滑。
[0044] 图4示出了按照本发明的用于检测在检查对象2内部的至少一个缺陷的装置的实施例。为了确定检查对象2的测量数据组MDS，借助检查头1将超声波信号在测量点MP处以分别对于测量数据组MDS的确定而当前调整的入射角度α入射到检查对象2中。在不同的测量点MP处由检查对象2反射回来的模拟回波超声波信号通过检查头1采集并且作为对于各自的测量点MPi的时间信号通过信号线3传输到评估单元4，如在图4中所示。对于各自的测量点MPi接收的模拟回波超声波信号通过信号
放大器4A首先被放大并且通过评估单元4的
模数转换器4B被数字化为测量点回
波数据，其形成检查对象2的测量数据组MDS。测量数据组MDS然后在评估单元4的数据
存储器4C中为了进一步评估而被存储。例如数据存储器4C具有在按照图6的表格中示出的数据内容。在数据存储器4C中中间存储的测量数据组MDS通过
数据处理单元4D(例如处理器)被评估和处理。处理器4D对于每个测量数据组MDS在使用在检查对象2内部共同的重建格栅RG的条件下进行SAFT评估，以对于各自的测量数据组MDS计算SAFT评估结果，如在图6中所示。然后将计算的SAFT评估结果SAFT(MDS)为了计算对于重建格栅RG的每个重建点RP的不取决于方向的缺陷显示值SRP而进行叠加，从而对于每个重建点RP计算缺陷显示值SRP，如图6所示。在此将所确定的测量数据组MDS的计算的SAFT评估结果优选为了平整振幅水平而在叠加SAFT评估结果时利用加权系数Gi进行加权，如图6所示：
[0045]
[0046] 其中SRP是重建格栅RG的重建点RP的不取决于方向的缺陷显示值，gi是可调整的加权系数，并且SAFT(MDS)是对于测量数据组MDS的SAFT评估结果。
[0047] 图5示出了用于显示用于检测在检查对象2内部的至少一个缺陷的按照本发明的方法的实施例的流程图。
[0048] 在步骤S1中首先确定检查对象2的多个测量数据组MDS，其中为了确定测量数据组MDS分别将超声波信号由检查头1在不同的测量点MP处以入射角度α入射到检查对象2中，其中所述入射角度α为了确定测量数据组MDS而对于每个测量数据组MDS改变。
[0049] 在下一个步骤S2中为了计算对于每个测量数据组MDS的SAFT评估结果SAFT(MDS)，在使用在检查对象2内部共同的重建格栅RG的条件下、对于每个所确定的测量数据组MDS执行SAFT评估。
[0050] 然后在步骤S3中为了计算对于重建格栅RG的每个重建点RP的不取决于方向的缺陷显示值SRP，叠加所计算的SAFT评估结果。在步骤S3中此外还可以在叠加时进行SAFT评估结果的加权。在下一个(未示出的)步骤中可以将叠加的SAFT评估结果进行矫正和/或通过低通滤波进行平滑。
[0051] 在按照本发明的方法中既可以采用单振荡检查头也可以采用组辐射器或相位阵列检查头。利用不同的检查头或利用相位阵列检查头可以以不同的入射角度α仔细检查检查对象2，从而由此产生多个测量数据组MDS，其由所测量的时间信号和所属的位置信息组成。在按照本发明的方法中，扫描格栅可以对于测量数据组不同，从而，如果合适的话，也可以同时采用多个
超声波扫描仪或超声波检查头。在图5中示出的方法例如可以作为应用程序在评估单元4的数据处理单元上执行。
[0052] 在按照本发明的方法中SAFT评估的优点更好地起了作用，因为在检查对象2内部可能存在的缺陷可以通过多个测量在大的角度范围被入射到。按照本发明的方法得到对缺陷的更好的侧边界定和其大小确定以及更高的信噪比SNR。在按照本发明的方法中借助SAFT评估不取决于在检查对象2内部的缺陷的缺陷方向地进行缺陷的检测。此外在按照本发明的方法中可以采用更大的声波转换器或检查头1，其将更多的能量引入到检查对象2或组件2中，其中声波场同时具有小的孔径角度。对于按照本发明的方法，单检查头和阵列检查头是同样合适的。按照本发明的方法还提供在测量时的灵活性，因为测量数据可以利用不同的测量格栅来确定。例如测量格栅在聚焦的检查头、组辐射器的情况下可以被更精细地选择或调整。当对于各个测量数据组MDS的SAFT评估结果被分开地存储时，此外可以在评价所述评估结果时单独地通断或选择不同的入射角度α的贡献。按照本发明的方法提供比常规的方法更好的对故障或缺陷方向的确定，因为在按照本发明的方法中可以确定，哪个入射方向最强地对各自的评估结果做出贡献。此外按照本发明的方法提供用于合并LW(纵向波)检查和TW(横向波)检查的可能性。超声波信号可以在按照本发明的方法中作为纵向波LW和/或作为横向波TW被入射到检查对象2中。
[0053] 重建格栅RG的计算的缺陷显示值SRP通过在图2和4中示出的评估单元4被传输到显示器5并且在那里按照截面图二维地或三维地显示给检测者P。
[0054] 在一种可能的实施方式中，将受检查的检查对象2的计算的缺陷显示值SRP通过评估单元4与待检查的检查对象2的存储的模型的额定值为了计算差值ΔS而进行比较，其中在超过预定的容差阈值的情况下给出或显示检查对象2的缺陷。在按照本发明的方法的一种可能的实施方式中，作为缺陷被识别的检查对象2然后自动地被清理或后处理。按照本发明的方法适合于任何的检查对象2，例如旋转对称的
锻造组件、
燃气轮机上的
转子部分、
气缸等。检查对象2还可以具有任意形状，例如圆形、圆柱形，但是也可以具有角的或多边形。按照本发明的方法考虑了不同的入射角度α并且同时关于测量格栅是灵活的。在按照本发明的方法中，此外还可以在待检查的检查对象2的深度上进行多个扫描。
