棒材相控阵检测系统性能评价试块的制作方法
【专利摘要】一种棒材相控阵检测系统性能评价试块，有一组轴向系列样块和/或一组周向系列样块；它们均由待测棒材或与待测棒材直径相同或相近的棒材加工而成；一组轴向系列样块中具有一个以上的轴向样块，各轴向样块由棒材纵剖截取而成，其纵切面上具有人工缺陷组；一组周向系列样块中具有一个以上的周向样块，各周向样块为由棒材横截而成的圆饼状样块，各周向样块横截面上具有人工缺陷组；各轴向样块和周向样块与相控阵探头的接触面为一曲面，该曲面的曲率与待测棒材曲面曲率相同或相近。其通用性强，可适用于棒材相控阵检测系统的参数研究；能系统地对棒材相控阵检测系统（包含晶片曲面分布式探头或联结曲面楔块探头）的多种性能指标做出评价。
【专利说明】棒材相控阵检测系统性能评价试块
【技术领域】
[0001]本实用新型属于无损检测【技术领域】，具体涉及一种棒材相控阵检测系统性能评价试块，该试块可用于棒材相控阵检测系统性能的评价及棒材相控阵检测参数研究。
【背景技术】
[0002]与常规A型脉冲回波式超声检测系统不同，相控阵检测系统通常包含具有多振元的阵列探头。通过对各振元的激励的延时，可实现检测声束的偏转和聚焦，而相控阵的检测结果通常以线扫描或扇扫描所得的B型图像呈现。
[0003]常规A型脉冲回波式超声检测系统的对比试块及性能评价试块等无法体现出相控阵检测系统的特点，且难以对相控阵检测系统的综合性能进行完整地评价。
[0004]目前，相控阵检测系统的性能评定依据计量技术规范JJF1338-2012相控阵超声探伤仪校准规范，规范中利用专用试块A、B对相控阵检测系统的扇扫成像横向分辨力、扇扫成像纵向分辨力、短缺陷分辨力、成像横向几何尺寸测量误差、成像纵向几何尺寸测量误差、扇扫角度范围测量误差以及扇扫角度分辨力等性能指标做出评价。利用规范中所提及的专用试块A、B时，相控阵探头与试块的接触面为平面(即探头直接接触或探头通过平面楔块接触)，而利用相控阵检测系统检测棒材时，由于棒材曲率的影响，需采用与棒材曲率搭配的曲面(水浸)探头或曲面楔块。此时，受棒材曲率的影响，成像质量、实际聚焦深度、扇扫角度范围等均已发生变化，利用专用试块A、B所进行的性能评价便不再准确。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种棒材相控阵检测系统性能评价试块，其可以解决现有相控阵检测系统评价试块及方法对于棒材(接触面为曲面)不适用的问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案:
[0007]—种棒材相控阵检测系统性能评价试块，包括有一组轴向系列样块和/或一组周向系列样块；
[0008]所述的轴向系列样块和周向系列样块均由待测棒材或与待测棒材直径相同或相近的棒材加工而成；
[0009]所述的一组轴向系列样块中具有一个以上的轴向样块，各轴向样块由所述棒材纵剖截取而成，其具有的两侧纵切面的间距与相控阵探头的阵列宽度一致(即可与作业中执行扫查的相控阵探头的主动窗相重合)；所述各轴向样块的纵切面上至少具有一个人工缺陷组；
[0010]所述的一组周向系列样块中具有一个以上的周向样块，各周向样块为由所述棒材横截而成的圆饼状样块，圆饼状样块的厚度与相控阵探头的阵列宽度一致(即具有的两横截面可与作业中执行扫查的相控阵探头的主动窗相重合)；所述的各周向样块横截面上至少具有一种人工缺陷组；
[0011]各轴向样块和周向样块与相控阵探头的接触面为一曲面，该曲面的曲率与待测棒材曲面曲率相同或相近。
[0012]所述棒材相控阵检测系统性能评价试块中，所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块包括有一组轴向系列样块和一组周向系列样块，两组中分别具有的人工缺陷组种类相同。
[0013]所述棒材相控阵检测系统性能评价试块中，所述的人工缺陷组包括如下7个种类:
[0014]I)用于扇扫成像纵向分辨力研究和评价的缺陷组；
[0015]2)用于扇扫成像横向分辨力研究和评价的缺陷组；
[0016]3)用于短缺陷分辨力研究和评价的缺陷组；
[0017]4)用于成像横向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组；
[0018]5)用于成像纵向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组；
[0019]6)用于相控阵扫描聚焦深度研究的缺陷组；
[0020]7)用于扇扫角度范围测量误差及扇扫角度分辨力分析的缺陷组。
[0021 ] 所述棒材相控阵检测系统性能评价试块中，所述轴向样块由所述棒材纵剖截取而获得的两侧纵切面是以过轴心平面为对称中心。
[0022]所述棒材相控阵检测系统性能评价试块中，所述一组轴向系列样块为一个集全部或部分人工缺陷组的一体式轴向样块。
[0023]所述棒材相控阵检测系统性能评价试块中，所述一组轴向系列样块由两个以上的分体轴向样块组合构成，每个轴向样块上具有一个以上的人工缺陷组，各分体轴向样块上的人工缺陷组互不相同，所有分体轴向样块上的人工缺陷组的集合为全部或部分种类的人
工缺陷组。
[0024]所述的轴向系列试块可使与之配合的相控阵探头的主动窗与过棒材轴心的纵切面重合，从而能够很好的研究相控阵检测系统在棒材纵切面上的扫查能力。
[0025]所述的周向系列试块可使与之配合的相控阵探头的主动窗与棒材的横截面重合，从而能够很好的相控阵检测系统在棒材横截面上的扫查能力。
[0026]所述的人工缺陷组加工于样块上，用于棒材轴向和周向相控阵扫描成像的参数研究和性能指标评价。
[0027]本实用新型的优点是:
[0028]第一，通用性强，可适用于多直径棒材的试块设计，适用于棒材相控阵检测系统的参数研究；
[0029]第二，设计轴向和周向两系列的参考试块，可系统地对棒材相控阵检测系统(包含晶片曲面分布式探头或联结曲面楔块探头)的扇扫成像横向分辨力、扇扫成像纵向分辨力、短缺陷分辨力、成像横向几何尺寸测量误差、成像纵向几何尺寸测量误差、扇扫角度范围测量误差以及扇扫角度分辨力等性能指标做出评价。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块中的轴向系列样块结构示意图(为集全部种类人工缺陷组的一体式轴向样块)。
[0031]图2为图1所示的轴向样块的侧视图(不包括探头I)。[0032]图3为本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块中的周向系列样块结构示意图(包含了全部种类的人工缺陷组)。
[0033]图4为图3所示的各周向样块的侧视图(不包括探头I)。
[0034]图5为本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块一优选实施例结构示意图。
[0035]图6为本实用新型又一实施例结构示意图(轴向系列，为集部分种类人工缺陷组的一体式轴向样块)。
[0036]图7为本实用新型又一实施例结构示意图(轴向系列，由若干个集部分种类人工缺陷组的分体式轴向样块组合)。
[0037]图8为对本实用新型轴向系列样块具体加工人工缺陷组的结构示意图。
[0038]图9为对本实用新型周向系列样块具体加工人工缺陷组的结构示意图。
[0039]图10为本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块又一实施例结构示意图。
[0040]图11为本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块又一实施例结构示意图。
[0041]图12为对本实用新型一直径IOOmm棒材制作的轴向样块检测后得到的轴向扇扫成像图。
[0042]图13为对本实用新型一直径IOOmm棒材制作的轴向样块检测后得到的周向扇扫成像图。
[0043]图中:1 一探头；2—轴向样块；2’ 一周向样块；2A—轴向样块与探头的接触面；2’ A—周向样块与探头的接触面；B—探头与轴向样块、周向样块的接触面；3—人工缺陷组；4_定位槽；
[0044]301—用于扇扫成像纵向分辨力研究和评价的缺陷组；
[0045]302—用于扇扫成像横向分辨力研究和评价的缺陷组；
[0046]303—用于短缺陷分辨力研究和评价的缺陷组；
[0047]304—用于成像横向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组；
[0048]305—用于成像纵向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组；
[0049]306—用于相控阵扫描聚焦深度研究的缺陷组；
[0050]307—用于扇扫角度范围测量误差及扇扫角度分辨力分析的缺陷组。
[0051]下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0052]本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块的基本构成为一组轴向系列样块(参见图1和图2)和/或一组周向系列样块(参见图3和图4，)。
[0053]参见图1至图4所示，所述的轴向系列样块和周向系列样块均可以由待测棒材或与待测棒材直径相同或相近的棒材加工而成，各样块的加工面(轴向样块2的纵切面，周向样块2’的横断面)上至少具有一个人工缺陷组3。
[0054]所述一组轴向系列样块可以是一个一体式的轴向样块2，或是由一个以上的分体式轴向样块2组合构成。这些轴向样块2均可以由待测棒材或与其直径相同或相近的棒材纵剖截取而获得，其两侧纵切面是以过轴心平面为对称中心，两侧纵切面的间距与相控阵探头的阵列宽度一致(即可与作业中执行扫查的相控阵探头的主动窗相重合)。图1所示实施例中，选取一过轴心平面作为加工基准面，在加工基准面的两侧对称的12.5mm处选取两平行于加工基准面的平面作为待加工面，两待加工面间距25mm (当相控阵探头的阵列宽度大于25mm时，应相应增大间距)，铣削加工两平面，从而得到轴向系列的待加工样块。
[0055]所述的一组周向系列样块中，可以是由一个以上的周向样块2’组合而成，各周向样块2’为由待测棒材或与待测棒材直径相同或相近的棒材横截而成的圆饼状样块，圆饼状样块的厚度与相控阵探头的阵列宽度一致(即具有的两横截面可与作业中执行扫查的相控阵探头的主动窗可以相重合);所述的各周向样块横截面上至少具有一种人工缺陷组3。图3示出的是具有全部种类人工缺陷组的一组周向系列样块，各周向样块沿轴心的垂直面将棒材截成厚度25mm (当相控阵探头的阵列宽度大于25mm时，应相应增大间距)的圆饼状样块。
[0056]本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块中，轴向样块和周向样块与探头的接触面2A、2’ A均为一曲面，由于加工原材料的选取，该曲面的曲率与待检测棒材的曲率相同或相近，能较好地反应实际检测中曲率的影响。
[0057]本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块中，所述的人工缺陷组3为一系列不同尺寸、不同分布方式的横通孔和平底孔，具体如图1、图2所示。全部人工缺陷组包含:用于扇扫成像纵向分辨力研究和评价的缺陷组301、用于扇扫成像横向分辨力研究和评价的缺陷组302、用于短缺陷分辨力研究和评价的缺陷组303、用于成像横向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组304、用于成像纵向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组305、用于相控阵扫描聚焦深度研究的缺陷组306和用于扇扫角度范围测量误差及扇扫角度分辨力分析的缺陷组307。
[0058]本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块在实际应用中，可按实际测定的需要采用多种形式组件的组合。
[0059]图5示出了本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块一优选实施例，集合了具有全部种类人工缺陷组的一组轴向系列样块和一组周向系列样块。
[0060]所述的一组轴向系列样块中可以是一个集全部种类人工缺陷组的一体式轴向样块(如图1所示)，也可是集部分种类人工缺陷组的一体式轴向样块(如图6所示)，或是由若干个集部分种类人工缺陷组的分体式轴向样块组合构成(如图7所示)。各人工缺陷组可加工于同一块足够长的样块上，也可分开加工，但为避免两缺陷组间及样块端面带来的影响，人工缺陷组间距以及人工缺陷组与样块端面的间距应大于25mm。各缺陷组均依照图8中的尺寸及分布设计要求加工，其中缺陷组303和307还包含用于探头中心对准的定位槽4。
[0061]所述的一组周向系列样块中，各人工缺陷组分开加工于9个圆饼状样块上(如图9所示)。其中，缺陷组301、302、303和306均将缺陷组的第一个孔置于圆周的轴线上，深度与图纸要求相符，为方便检测实施，在此轴线顶端加工用于探头中心对准的定位槽。其余缺陷按图纸设计排布，但当圆周直径过小造成缺陷组无法完整排布时，采用对称的方式，将超出部分整体对称分布至轴线的另一侧。为避免缺陷信号相互干扰，将缺陷组303中的4对平底孔缺陷加工与4个样块上。缺陷组304和305加工与统一样块上。缺陷组307中，两圆弧的中心位于圆周的顶点，两圆弧半径的重合于圆周的轴线，若两圆弧分布的缺陷超出圆周面则不需加工。
[0062]正常情况下:一组轴向系列样块和一组周向系列样块中所含的人工缺陷组种类及
数量是一致的。[0063]图10至图11示出的是为本实用新型棒材相控阵检测系统性能评价试块的另外两种组合形式。其中，图10中，所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块是具有部分种类人工缺陷组的一体式轴向样块和具有部分种类人工缺陷组的一组周向样块组合构成；图11中，所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块是具有部分种类人工缺陷组的两个分体式轴向样块和具有部分种类人工缺陷组的一组周向样块组合构成。
[0064]下面是以直径为IOOmm的棒材检测为例，仅列述其扇扫成像纵向分辨力的研究与评价。
[0065]经常规超声扫查，选取一段信噪比良好、无明显缺陷信号的棒材作为试块的加工材料。依加工设计图的尺寸要求(图8、图9)，将棒材加工为轴向和周向系列待加工样块，然后按图纸中缺陷组的尺寸及分布加工人工缺陷。
[0066]布置相控阵探头使相控阵的主动窗与轴向系列的平面方向一致，即相控阵探头的电子扫查面为棒材的轴向纵切面，扫查轴向系列301缺陷组。调整仪器参数设置，使301缺陷组中所有人工缺陷均被检测到，观察相控阵仪器的扇扫图像(如图12所示)，能清晰分辨的两缺陷的最小间距即为棒材相控阵检测系统轴向扇形扫查的纵向分辨力，图3中显示为Imm0
[0067]布置相控阵探头使相控阵的主动窗与周向系列的平面方向一致，即相控阵探头的电子扫查面为棒材的横截面，扫查周向系列301缺陷组。调整仪器参数设置，使301缺陷组中所有人工缺陷均被检测到，观察相控阵仪器的扇扫图像(如图13所示)，能清晰分辨的两缺陷的最小间距即为棒材相控阵检测系统轴向扇形扫查的纵向分辨力，由于相控阵电子扫查面受棒材曲率的影响，缺陷成像产生畸变，其纵向分辨率如图13中显示为2_。
[0068]上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。
【权利要求】
1.一种棒材相控阵检测系统性能评价试块，其特征在于包括有一组轴向系列样块和/或一组周向系列样块； 所述的轴向系列样块和周向系列样块均由待测棒材或与待测棒材直径相同或相近的棒材加工而成； 所述的一组轴向系列样块中具有一个以上的轴向样块，各轴向样块由所述棒材纵剖截取而成，其具有的两侧纵切面的间距与相控阵探头的阵列宽度一致；所述各轴向样块的纵切面上至少具有一种人工缺陷组； 所述的一组周向系列样块中具有一个以上的周向样块，各周向样块为由所述棒材横截而成的圆饼状样块，圆饼状样块的厚度与相控阵探头的阵列宽度一致；所述的各周向样块横截面上至少具有一种人工缺陷组； 各轴向样块和周向样块与相控阵探头的接触面为一曲面，该曲面的曲率与待测棒材曲面曲率相同或相近。
2.根据权利要求1所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块，其特征在于:所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块包括有一组轴向系列样块和一组周向系列样块，两组中分别具有的人工缺陷组种类相同。
3.根据权利要求1所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块，其特征在于所述的人工缺陷组包括如下7个种类: 1)用于扇扫成像纵向分辨力研究和评价的缺陷组； 2)用于扇扫成像横向分辨力研究和评价的缺陷组； 3)用于短缺陷分辨力研究和评价的缺陷组； 4)用于成像横向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组； 5)用于成像纵向几何尺寸测量误差分析和评价的缺陷组； 6)用于相控阵扫描聚焦深度研究的缺陷组； 7)用于扇扫角度范围测量误差及扇扫角度分辨力分析的缺陷组。
4.根据权利要求1所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块，其特征在于:所述轴向样块由所述棒材纵剖截取而获得的两侧纵切面是以过轴心平面为对称中心。
5.根据权利要求1所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块，其特征在于:所述一组轴向系列样块为一个集全部或部分人工缺陷组的一体式轴向样块。
6.根据权利要求1所述的棒材相控阵检测系统性能评价试块，其特征在于:所述一组轴向系列样块由两个以上的分体轴向样块组合构成，每个轴向样块上具有一个以上的人工缺陷组，各分体轴向样块上的人工缺陷组互不相同，所有分体轴向样块上的人工缺陷组的集合为全部或部分种类的人工缺陷组。
【文档编号】G01N29/30GK203688508SQ201320890924
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】李杨, 高东林, 陈泉, 吴海燕, 张伦兆, 吴洋林, 袁琪 申请人:北京有色金属研究总院