一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法和装置与流程

一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法和装置
1.本发明属于无损超声技术检测领域，具体涉及一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法和装置。


背景技术：

2.压力容器和管道广泛应用于现代工业中，其焊接质量的好坏影响着使用的安全，需要对其焊缝进行探伤，同时随着金属结构零件使用年限的逐年增长，裂纹或腐蚀缺陷也随之增多，油气管道、压力容器以及车体会进入一个事故多发阶段，既需要测量和监控金属结构材料的缺陷又需要检测在使用过程中其厚度的减薄程度即测厚，从而保证其有效而安全的运行。可以通过超声tofd探伤仪器对材料进行检测，将一对或两对超声收发探头分别设置在扫查器上，沿着焊缝两侧扫查，对直通波、底面反射的表面波及缺陷衍射波进行成像研究。测量厚度是采用测厚仪利用收发一体的探头垂直于材料表面发射超声波到达底面时反射回原超声探头，通过测量超声波从发射到接收的传播时间，传播时间与声速乘积的一半就是被测材料的厚度。但是，分别采用超声tofd探伤仪和超声测厚仪对探伤和厚度进行测量，需要使用不同设备和探头，操作麻烦、过程繁琐，效率低下，无法同时检测，野外一些特殊地方甚至需要爬上爬上来回检测，影响体验。
3.采用目前超声tofd探伤及测厚的原理对材料的探伤和厚度的检测目前都是分开独立进行的，tofd探伤是采用一对超声发射探头和超声接收探头倾斜入射接收，而测厚度采用收发一体式探头垂直入射接收，两个过程由于基于不同的原理导致必须采用不同的探头分开独立操作，既要tofd探伤又要测厚的时候就需要重新更换连接不同超声探头、重新设置设备参数，重复操作检测、仍然无法便捷的同时超声探伤和测厚，目前为止公开资料都没有提出超声tofd探伤的同时进行超声厚度测量的解决方案。
4.基于此，提出本发明.


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法和装置，为了实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法，包括：将至少一对（一发一收、双发双收的形式）超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；扫查器带着超声波探头沿着焊缝进行扫查，超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理编码器及超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下同时进行超声探伤和测量材料厚度。
6.进一步地，超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角θ＞第一临界角，倾斜入射角范围30《θ《80
°
，图1所示为一发一收形式下超声发射探头和超声接收探头固定示意图。
7.所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息，扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面
安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表面，上述扫查器包括手动的、链式的以及爬壁式小车形式。
8.进一步地，超声波发射电路发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为h的工件表面，产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集，图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图，图3所示为一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0009] 上述超声测量厚度处理编码器及超声信号的方法包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式：，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0010]
进一步地，上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀ
。
[0011]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0012]
其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号。
[0013]
进一步地，所述处理超声信号中确定直通波和/或底面反射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图，图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0014]
上述超声探伤处理编码器及超声信号的方法包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像；进一步地，所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多行/列累加即得到b/d扫图像。
[0015]
通过上述方法可以单独进行工件材料厚度的测量， 也可以不改变超声探头收发
形式的条件下同时进行材料的超声探伤和厚度的测量； 上述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声探伤相同的探头收发和位置保持的形式。
[0016]
进一步地，不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成b/d扫回波图像的同时形成厚度与位置的xy图。
[0017]
了实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种同时进行超声探伤和厚度测量的超声无损检测装置。根据本发明同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测装置包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收的形式将至少一对超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声回波信号；信号处理模块包含超声探伤处理信号模块和超声测量厚度信号处理模块，用于处理编码器及超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度。
[0018]
上述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角，超声波的倾斜入射角的范围30《θ《80
°
。
[0019]
所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；进一步地，扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表面；上述扫查器包括手动的、链式的以及爬壁式小车形式。
[0020]
进一步地，超声波发射模块发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为h的工件表面，产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集；图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图，图3所示为一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0021] 上述超声测量厚度处理编码器及超声信号的模块包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式： ，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0022]
进一步地，上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为： 。
[0023]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度：。
[0024]
其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角；v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号。
[0025]
进一步地，所述处理超声信号模块中确定直通波和/或底面反射的表面波的模块包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制模块分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制模块包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图，图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0026]
上述超声探伤处理编码器及超声信号的模块包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像；进一步地，所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多行/列累加即得到b/d扫图像。
[0027]
通过上述模块可以单独进行工件材料厚度的测量，也可以不改变超声探头收发形式的条件下同时进行材料的超声探伤和厚度的测量。上述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声探伤相同的探头收发和位置保持的形式。
[0028]
进一步地，超声信号处理模块中不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成b/d扫回波图像的同时形成厚度与位置的xy图。相对于目前收发一体垂直入射材料表面的超声测厚方法，本发明还提供了一种全新的一发一收倾斜入射测量材料厚度的方法，包括：采用一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理超声信号测量材料的厚度。
[0029]
上述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角，保证超声波的倾斜入射角30《θ《80
°
。
[0030]
上述扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表面；上述扫查器包括手动的、链式的以及爬壁式小车形式；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息。
[0031]
进一步地，超声波发射电路发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为h的工件表面，产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集；图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图，图3所示为
一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0032] 上述超声测量厚度处理编码器及超声信号的方法包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式： ，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0033]
进一步地，上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀ
。
[0034]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0035]
其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为超声波入射材料表面产生临界折射纵波后与底面多次反射回上表面产生的表面波的序号。
[0036]
进一步地，所述处理超声信号中确定直通波和/或底面反射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间。
[0037]
进一步地，超声测量材料的厚度方法既包括超声a扫的同时测出材料厚度，也包括b/d扫查的同时形成厚度与位置的xy图。
[0038]
为了实现上述目的，本发明还公开了一种相对于收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面进行超声测厚装置完全不同的超声测厚装置。
[0039]
本发明提供了一种全新的一发一收倾斜入射测量材料厚度的装置，包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在扫查器上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；超声测厚信号处理模块，用于处理超声信号测量材料的厚度。
[0040]
上述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角，保证超声波的倾斜入射角30《θ《80
°
。
[0041]
上述扫查器包括手动的、链式的以及爬壁式小车形式；扫查器还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；进一步地，扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有
ꢀ
。
附图说明
[0050]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1所示为一发一收形式下超声发射探头和超声接收探头固定示意图。
[0051]
图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图。
[0052]
图3所示为一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0053]
图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0054]
图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
具体实施方式
[0055]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0056]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0057] 本发明实施例提供了一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法，包括： 采用一对或两对一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；扫查器带着超声波探头沿着焊缝进行扫查，超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理编码器及超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度。
[0058]
超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角θ＞第一临界角，入射角范围30《θ《80
°
，图1所示为一发一收形式下超声发射探头和超声接收探头固定示意图。
[0059]
所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表面；上述扫查器包括手动的、链式的以及爬壁式小车形式。
[0060]
超声波发射电路发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同
样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集；图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图，图3所示为一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0061]
目前现有的超声测厚方法和设备都是采用收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面，通过计时底面回波信号的时间，计算底面回波信号与超声声速的乘积的一半就是工件材料的厚度。目前公开资料当中还没有查到一发一收倾斜入射形式的超声测厚的相关方法和设备介绍。
[0062] 本发明提供了一种全新的一发一收倾斜入射形式下超声测量厚度处理编码器及超声信号的方法，包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间tn，将t0、tn代入超声测厚公式：，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0063]
上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：。
[0064]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0065]
其中，h为工件材料的厚度，θ为一发一收形式下超声波的倾斜入射角；v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号。
[0066]
上述处理超声信号中确定直通波和/或底面反射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图，图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0067]
例如测试时，采用两对可移动的竖直游标线，第一组游标线选中直通波所在的波形数据段，第二组游标线选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“v”型的历程，此时n=1，采用峰值比例闸门分别确定第一组游标线选中的直通波以及第二组游标线选中的底面发射的表面波rsw1波形来临对应的时间t0，t1，将其代入超声测厚公式，求出h；若第二组游标选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“v”型的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式，求出h；上述超声探伤处理编码器及超声信号的方法包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像；进一步地，所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多行/列
累加即得到b/d扫图像。
[0068] 通过上述方法可以单独进行工件材料厚度的测量， 也可以不改变超声探头收发形式的条件下同时进行材料的超声探伤和厚度的测量；上述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声探伤相同的探头收发和位置保持的形式。
[0069]
上述不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成b/d扫回波图像的同时形成厚度与位置的xy图。
[0070]
进一步的实施超声探伤和测厚，超声收发探头采用5mhz，扫查器楔块斜面的角度都保持与底面60
°
，采用1ghz采集板卡采集超声信号，分别确定采集的超声信号的直通波与rsw1波来临时的时间t0、t1，v取超声在钢中的横波传播速度，将其代入上述测厚公式求出材料厚度；同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到b/d扫图像，同时得到厚度与扫查位置的xy图。
[0071]
进一步的实施测厚之前可以采用标准厚度工件对超声传播速度进行标定，一发一收形式下超声收发探头采用5mhz，连接件斜面的角度都保持与底面60
°
，采用1ghz采集板卡采集超声信号，确定采集的超声信号的直通波与rsw1波的时间t1-t0，代入上述测厚公式转化的测声速公式，求出超声在工件材料中的横波传播速度。
[0072]
本发明实施双发双收的形式时，扫查器使用两对距离不同的一发一收的超声探头通过带有与底面成θ角斜面的楔块进行连接，楔块的垂直斜面上有安装超声发射探头和超声接收探头的螺纹孔道，连接件上还设置有磁铁，涂上耦合剂后，固定或吸附在工件材料的表面；超声波发射电路发射脉冲波形，经过激励后连接两个超声发射探头产生超声波；超声波入射到材料表面产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的两个超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集。
[0073]
针对两通道中任意一个通道接收的超声信号中的直通波和底面反射的表面波信号对应的来临时的时间进行确定，采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间；图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图，图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0074]
在上述任一通道确定的直通波信号来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将t0、tn代入超声测厚公式： ，根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀ
。
[0075]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中
精确的传播速度:。
[0076] 其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角；v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为超声波入射材料表面产生临界折射纵波后与底面多次反射回上表面产生的表面波的序号；上述公式中，tn-t0可精确到纳秒级别，所以h测厚也可精确到纳米级别。
[0077]
例如测试时，采用两对可移动的方框，第一组方框选中直通波所在的波形数据段，第二组方框选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“v”型的历程，此时n=1，采用峰值比例闸门分别确定第一组方框选中的直通波以及第二组方框选中的底面发射的表面波rsw1波形来临对应的时间t0，t1，将其代入超声测厚公式，求出h；若第二组方框选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“v”型的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式，求出h；针对上述任一通道检测到的超声信号，采用超声探伤处理编码器及超声信号，方法包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像；进一步地，所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多行/列累加即得到b/d扫图像。
[0078]
通过上述两对超声收发探头可以分别进行两通道条件下工件材料厚度的测量，也可以不改变超声探头收发形式的条件下同时进行材料的超声探伤和厚度的测量。上述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声探伤相同的探头收发和位置保持的形式。
[0079]
上述不改变两对超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括两对超声探头所在位置超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成两对超声探头对应的b/d扫回波图像的同时分别形成对应的厚度与位置的xy图。
[0080]
进一步的实施超声探伤和测厚，采用5mhz两对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持60
°
夹角，所述扫查器为链式扫查器，在圆形钢管上对焊缝进行扫查，采用1ghz双通道采集板卡采集超声信号，分别确定两通道对应的采集的超声信号的直通波与rsw1波来临时的时间t0、t1，v取超声在钢中的横波传播速度，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到不同通道下的b/d扫图像，同时得到不同通道对应的厚度与扫查位置的xy图。
[0081]
采用5mhz两对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持60
°
夹角，采用1ghz双通道采集板卡采集超声信号，分别确定两通道对应的采集的超声信号的直通波与rsw2波来临时的时间t0、t2，v取超声在钢中的横波传播速度，取n=2，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到不同通道下的b/d扫图像，同时得到不同通道对应的厚度与扫查位置的xy图。
[0082]
进一步的实施测厚前可以采用标准厚度工件对超声传播速度进行标定，采用5mhz
两对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持60
°
夹角，采用1ghz双通道采集板卡采集超声信号，分别确定两通道对应的采集的超声信号的直通波与rsw2波来临时的时间t0、t2，取n=2，代入上述测厚公式转化的测声速公式，求出超声在工件材料中精确的横波传播速度。
[0083]
为了实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种同时进行超声探伤和厚度测量的超声无损检测装置。根据本发明同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测装置包括：屏幕；超声探头模块，将至少一对超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声回波信号；信号处理模块包含超声探伤处理信号模块和超声测量厚度信号处理模块，用于处理编码器及超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下同时进行超声探伤和测量材料厚度。
[0084]
超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角，倾斜入射角范围30《θ《80
°
，所述扫查器包括手动的、链式的以及爬壁式小车的形式，扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表面。
[0085]
超声波发射模块发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为h的工件表面，产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集；图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图，图3所示为一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0086]
目前现有的超声测厚方法和设备都是采用收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面，通过计时底面回波信号的时间，计算底面回波信号与超声声速的乘积的一半就是工件材料的厚度。目前公开资料当中还没有查到一发一收倾斜入射形式的超声测厚的相关方法和设备介绍。本发明提供了一种全新的一发一收倾斜入射形式下超声测量厚度处理编码器及超声信号的模块，包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间tn，将t0、tn代入超声测厚公式： ，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0087]
根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀ
。
[0088]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0089]
其中，h为工件材料的厚度，θ为一发一收形式下超声波的倾斜入射角；v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；上述公式中，tn-t0可精确到纳秒级别，所以h测厚也可精确到纳米级别。
[0090]
进一步地，所述处理超声信号模块中确定直通波和/或底面反射的表面波的模块包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制模块分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制模块包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图，图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0091]
例如测试时，采用两对可移动的竖直游标线，第一组游标线选中直通波所在的波形数据段，第二组游标线选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“v”型的历程，此时n=1，采用峰值比例闸门分别确定第一组游标线选中的直通波以及第二组游标线选中的底面发射的表面波rsw1波形来临对应的时间t0，t1，将其代入超声测厚公式，求出h；若第二组游标选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“v”型的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式，求出h。
[0092]
上述超声探伤处理编码器及超声信号的模块包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像；进一步地，所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多行/列累加即得到b/d扫图像。
[0093]
通过上述模块可以单独进行工件材料厚度的测量，也可以不改变超声探头收发形式的条件下同时进行材料的超声探伤和厚度的测量。上述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声探伤相同的探头收发和位置保持的形式。
[0094]
进一步地，超声信号处理模块中不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成b/d扫回波图像的同时形成厚度与位置的xy图。
[0095]
进一步的实施超声探伤和测厚，超声收发探头采用5mhz，手动扫查器包含带斜面的楔块，其角度都保持与底面45
°
，采用1ghz采集板卡采集超声信号，分别确定采集的超声信号的直通波与rsw1波来临时的时间t0、t1，v取超声在钢中的横波传播速度，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到b/d扫图像，同时得到厚度与扫查位置的xy图。
[0096]
进一步的实施测厚前可以采用标准厚度工件对超声传播速度进行标定，一发一收形式下超声收发探头采用5mhz，连接件斜面的角度都保持与底面45
°
，采用1ghz采集板卡采
集超声信号，确定采集的超声信号的直通波与rsw1波的时间t1-t0，代入上述测厚公式转化的测声速公式，求出超声在工件材料中的横波传播速度。
[0097]
本发明实施双发双收的形式时，扫查器使用两对距离不同的一发一收的超声探头通过带有与底面成θ角斜面的楔块进行连接，楔块的垂直斜面上有安装超声发射探头和超声接收探头的螺纹孔道，连接件上还设置有磁铁，涂上耦合剂后，固定或吸附在工件材料的表面；超声波发射电路发射脉冲波形，经过激励后连接两个超声发射探头产生超声波；超声波入射到材料表面产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的两个超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集。
[0098]
针对两通道中任意一个通道接收的超声信号中的直通波和底面反射的表面波信号对应的来临时的时间进行确定，采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间。
[0099] 在上述任一通道确定的直通波信号来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将t0、tn代入超声测厚公式： ，根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀ
。
[0100]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0101]
其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为超声波入射材料表面产生临界折射纵波后与底面多次反射回上表面产生的表面波的序号；上述公式中，tn-t0可精确到纳秒级别，所以h测厚也可精确到纳米级别。
[0102] 例如测试时，采用两对可移动的方框，第一组方框选中直通波所在的波形数据段，第二组方框选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“v”型 的历程，此时n=1，采用峰值比例闸门分别确定第一组方框选中的直通波以及第二组方框选中的底面发射的表面波rsw1波形来临对应的时间t0，t1，将其代入超声测厚公式，求出h；若第二组方框选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“v”型 的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式，求出h。
[0103]
针对上述双发双收任一通道检测到的超声信号，采用超声探伤处理编码器及超声信号的模块包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫
图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像；进一步地，所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多行/列累加即得到b/d扫图像。
[0104] 通过上述两对超声收发探头可以分别进行两通道条件下工件材料厚度的测量，也可以不改变超声探头收发形式的条件下同时进行材料的超声探伤和厚度的测量。上述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声探伤相同的探头收发和位置保持的形式。
[0105]
上述不改变两对超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括两对超声探头所在位置超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成两对超声探头对应的b/d扫回波图像的同时分别形成对应的厚度与位置的xy图。
[0106]
进一步的实施双发双收形式下的超声探伤和测厚，采用5mhz两对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持75
°
夹角，采用100mhz双通道采集板卡采集超声信号，分别确定两通道对应的采集的超声信号的直通波与rsw1波来临时的时间t0、t1，v取超声在钢中的横波传播速度，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到不同通道下的b/d扫图像，同时得到不同通道对应的厚度与扫查位置的xy图。
[0107]
采用5mhz两对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持75
°
夹角，采用100mhz双通道采集板卡采集超声信号，分别确定两通道对应的采集的超声信号的直通波与rsw2波来临时的时间t0、t2，v取超声在钢中的横波传播速度，取n=2，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到不同通道下的b/d扫图像，同时得到不同通道对应的厚度与扫查位置的xy图。
[0108]
进一步的实施举例采用标准厚度工件对超声传播速度进行标定，采用5mhz两对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持75
°
夹角，采用100mhz双通道采集板卡采集超声信号，分别确定两通道对应的采集的超声信号的直通波与rsw2波来临时的时间t0、t2，取n=2，代入上述测厚公式转化的测声速公式，求出超声在工件材料中精确的横波传播速度。
[0109]
同时的实施例还公开了一种相对于收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面进行超声测厚方法完全不同的全新的超声测厚方法。
[0110]
本发明提供了一种一发一收倾斜入射测量材料厚度的方法，包括：采用一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在扫查器/连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理超声信号测量材料的厚度。
[0111]
例如超声发射探头和超声接收探头按照一发一收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角，保证超声波的倾斜入射角30《θ《80
°
；扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表
面；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息。
[0112]
进一步地，超声波发射电路发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为h的工件表面，产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集；图2所示为一发一收形式下超声波的直通波与底面反射波传播示意图，图3所示为一发一收形式下接收到的超声波的直通波与底面发射波示意图。
[0113]
上述超声测量厚度处理编码器及超声信号的方法包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式： ，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0114]
进一步地，上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀ
。
[0115]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0116]
其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为超声波入射材料表面产生直通波与底面多次反射回上表面产生的表面波的序号；上述公式中，tn-t0可精确到纳秒级别，所以h测厚也可精确到纳米级别。
[0117]
进一步地，所述处理超声信号中确定直通波和/或底面反射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间。
[0118]
进一步地，超声测量材料的厚度方法既包括超声a扫的同时测出材料厚度，也包括b/d扫查的同时形成厚度与位置的xy图。
[0119]
测试时，采用两组可移动的方框，第一组方框选中临界折射纵波所在的波形数据段，第二组方框选中第1个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了一个“v”型 的历程，此时n=1，采用移动游标或峰值比例闸门分别确定第一组方框选中的lcr波以及第二组方框选中的底面发射的表面波rsw1波形来临对应的时间t0，t1，将其代入超声测厚公式，求出h；若第二组方框选中第二个底面反射的表面波数据段，超声波在工件材料内经历了两个“v”型 的历程，此时n=2，将其代入超声测厚公式
，求出h。如图4所示为竖直游标选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图，图5所示为方框选取确定直通波与底面反射波来临时间示意图。
[0120]
进一步的实施举例采用5mhz一对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持45
°
夹角，采用500mhz采集板卡采集超声信号，分别确定采集的超声信号的直通波与rsw2波来临时的时间t0、t2，v取超声在钢中的横波传播速度，取n=2，将其代入上述测厚公式求出材料厚度，同时将接收到的超声信号的幅值归一化到0到255范围内，映射到二维b/d扫图像一列；随着扫查器的扫查，多列累加得到不同通道下的b/d扫图像，同时得到厚度与扫查位置的xy图。
[0121]
进一步的实施举例采用标准厚度工件对超声传播速度进行标定，采用5mhz一对超声收发探头按照不同距离连接到扫查器楔块上，楔块斜面的角度都与底面保持45
°
夹角，采用500mhz采集板卡采集超声信号，分别确定采集的超声信号的直通波与rsw2波来临时的时间t0、t2，取n=2，代入上述测厚公式转化的测声速公式，求出超声在工件材料中精确的横波传播速度。
[0122]
为了实现上述目的，本实施例还公开了一种相对于收发一体的单个超声探头垂直入射材料表面进行超声测厚装置完全不同的超声测厚装置。
[0123]
本发明提供了一种全新的一发一收倾斜入射测量材料厚度的装置，包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收或一发双收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件/连接件上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；超声测厚信号处理模块，用于处理超声信号测量材料的厚度。
[0124]
例如超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角，超声波的倾斜入射角的范围30《θ《80
°
。
[0125]
扫查器通过带有θ角倾斜斜面的楔块安装超声发射探头和超声接收探头，楔块上有垂直斜面安装超声探头的螺纹孔道，通过螺纹孔道分别将超声发射探头和接收探头固定到楔块及扫查器上，其上还设置有磁铁，有利于固定或吸附在工件材料的表面；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息。
[0126]
进一步地，超声波发射模块发射脉冲波形，经过激励后由超声发射探头产生超声波；产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为h的工件表面，产生直通波后（ztw）向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（rsw1，rsw2，rsw3），这些沿材料表面传播的超声回波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集。
[0127]
上述超声测量厚度处理超声信号的模块包括：确定扫查位置的超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式： ，计算并记录材料的厚度，待扫查完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图。
[0128]
进一步地，上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为： 。
[0129]
上述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0130]
其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为超声波入射材料表面产生直通波与底面多次反射回上表面产生的表面波的序号；上述公式中，tn-t0可精确到纳秒级别，所以h测厚也可精确到纳米级别。
[0131]
进一步地，所述超声测厚处理超声信号模块中确定直通波和/或底面反射的表面波的模块包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制模块分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制模块包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间。
[0132]
进一步地，所述超声测量处理超声信号模块既包括超声a扫的同时测出材料厚度，也包括b/d扫查的同时形成厚度与位置的xy图。
[0133]
本发明同时还提供了一种一发一收超声倾斜入射测量材料厚度的公式，其特征在于：； 式中，θ为一发一收形势下超声波探头的倾斜入射角；t0为超声信号中直通波来临时的时间，tn为第n个底面发射的表面波信号来临时的时间， v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为超声波入射材料表面产生直通波后与底面多次反射回上表面产生的表面波的序号；式子可根据三角函数规律可变换为：
ꢀꢀꢀ
。
[0134]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0135]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0136]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间
的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0137]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0138]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0139]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0140]
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法，其特征在于：包括：采用一发一收的方式将至少一对超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；扫查时超声发射探头发射超声波倾斜入射材料，超声波在材料内进行反射或衍射，超声接收探头接收超声信号；处理编码器及超声信号在不改变超声探头形式的条件下同时进行超声探伤和厚度测量。2.如权利要求1 所述的一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法，其特征在于：所述超声测量厚度处理编码器及超声信号的方法包括：在扫查位置上，确定超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式：，计算并记录材料的厚度，待扫描完成后形成厚度与编码器扫描位置的xy图；其 中 ， 超 声 测 厚 公 式 根 据 三 角函数规律可变换为：、；其中，h 为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v 为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；其中，所述测厚公式在已知工件材料准确厚度 h 的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:；所述超声探伤处理编码器及超声信号的方法包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像。3.如权利要求1所述的一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法，其特征在于：所述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角θ＞第一临界角；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；所述处理超声信号包括确定直通波和/或底面反射的表面波来临时间的方法：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；所述a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多列累加即得到b/d扫图像；所述不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括超声探
伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成b/d扫回波图像的同时形成厚度与位置的xy图。4.一种一发一收超声倾斜入射测量材料厚度的方法，其特征在于，包括：采用一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在扫查器上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理超声信号测量材料的厚度。5.如权利要求4所述的一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的方法，其特征在于：所述测量厚度处理超声信号的方法包括：在每个扫查位置上，确定超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将t0、tn代入超声测厚公式：，计算并记录材料的厚度，进一步与扫查位置结合可形成厚度与扫查位置的xy图；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：、；其中，所述测厚公式在已知工件材料准确厚度h的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度：；其中，h为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角；v为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号。6.如权利要求4所述的一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的方法，其特征在于：所述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；所述处理超声信号中确定直通波或底面发射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间。7.一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测装置，其特征在于：包括：屏幕；超声探头模块，将至少一对超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声回波信号；信号处理模块包含探伤处理信号模块和测厚处理信号模块，用于处理编码器及超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度。
8.如权利要求7 所述的一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测装置，其特征在于：所述超声测厚处理信号模块功能包括：确定临界折射纵波信号来临时的时间t0和第n 个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将t0、tn 代入超声测厚公式：，计算并记录材料的厚度，进一步与扫查位置结合可形成厚度与扫查位置的xy图；其 中 ， 超 声 测 厚 公 式 根 据 三 角函数规律可变换为：、；其中，所述测厚公式在已知工件材料准确厚度 h 的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:；其中，h 为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v 为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；所述超声探伤处理信号模块包括：在每个扫查位置上，接收到的回波信号形成对应的a扫图像，映射到b/d扫图像的一行或一列，待扫描完成后组成完整的b/d扫回波图像。9.如权利要求7所述的一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测装置，其特征在于：所述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；所述处理超声信号模块中确定直通波和/或底面反射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制模块分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制模块包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；所述超声探伤处理超声信号模块中a扫图像映射到b/d扫图像一行或一列的方式包括将每一点a扫的幅值归一化到0到255范围内，作为二维图像的一列像素值，多列累加即得到b/d扫图像；所述信号处理模块中不改变超声探头收发形式的条件下进行超声探伤和测量材料厚度既包括超声探伤a扫的同时测出材料厚度，也包括扫描形成b/d扫回波图像的同时形成厚度与位置的xy图。10.一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的装置，其特征在于，包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在扫查器上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；超声测厚信号处理模块，用于处理超声信号测量材料的厚度。
11.如权利要求 10 所述的一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的装置，其特征在于：所述超声测量厚度信号处理模块功能包括：在每个扫查位置上，确定超声信号中直通波来临时的时间t0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间tn，将 t0、tn 代入超声测厚公式： ，计算并记录材料的厚度，进一步与扫查位置结合可形成厚度与扫查位置的xy图；其 中 ， 超 声 测 厚 公 式 根 据 三 角函数规律可变换为：、；其中，所述测厚公式在已知工件材料准确厚度 h 的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:；其中，h 为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； v 为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号。12.如权利要求10所述的一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的装置，其特征在于：所述超声发射探头和超声接收探头按照一发一收或双发双收的形式以特定的角度固定在扫查器上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角＞第一临界角；所述扫查器上还设置有编码器与材料表面接触，扫查时输出编码器位置信息；所述超声测厚处理超声信号模块中确定临界折射纵波或底面发射的表面波的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的直通波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定直通波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间。13. 一种一发一收形式下超声倾斜入射收发测量材料厚度的公式， 其特征在于： ；式中，θ为一发一收形式下超声探头的倾斜入射角，t0为超声信号中直通波来临时的时间，tn为超声信号中第n个底面发射的表面波信号来临时的时间， v 为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号； 式子可根据三角函数规律可变换为：、。

技术总结
本发明提供了一种同时进行探伤和厚度测量的超声无损检测方法和装置，包括：将至少一对（一发一收、双发双收的形式）超声发射探头和超声接收探头以及编码器固定在扫查器上；扫查器带着超声波探头沿着焊缝进行扫查，超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理编码器及超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下同时进行超声探伤和测量材料厚度。通过此发明，解决现有技术中TOFD探伤与超声测厚需要采用不同的超声探头形式分别进行操作，无法同时进行的问题。无法同时进行的问题。无法同时进行的问题。


技术研发人员：周冰
受保护的技术使用者：苏州爱思尔提科技有限公司
技术研发日：2022.10.30
技术公布日：2023/9/23