[发明专利]利用超声波对工件进行无损检测的测试探头、测试探头组件以及测试装置

说明书

本发明涉及利用超声波进行工件的无损检测的测试探头、利用超声波进行工件无损检测的测试装置、利用超声波进行工件无损检测的测试探头组件以及根据本发明的测试探头或测试探头组件的应用。本发明特别涉及在曲面工件表面区域条件下的声波的角透射(angular intromission)。在本发明申请的全文中，为了简便，将被测物称为“工件”或“测试单元”。

特别地，本发明涉及所谓的DGS方法框架下的超声测试领域。

DGS方法(DGS＝距离，增益，尺寸)已经作为现有技术被熟知很长一段时间了。DGS方法最初发展用于在被测物中产生旋转对称声场的平面圆型直波束探头。它是基于工件上实际反射部分(例如，杂质，空腔，裂缝，等等)的回波振幅与圆盘形反射器的回波信号的比较。借助于所谓的DGS-图表，测试人员通过实际反射体的回波振幅与DGS-图表中记录的圆盘形反射器的曲线阵列的比较可以测定表征实际反射部分的等效反射体尺寸(ERS)。为此，测试人员选择装置的增益，使参考信号(通常为背面回波)达到预先设定的屏幕高度。而且，调整反射回波的增益到相同的屏幕高度。DGS-评价中包括参考和反射回波，以及声波路径之间的增益差异。DGS-方法通常用于测定工件中反射体的尺寸，例如，超出由技术标准(参见例如EN583-2)预先设定的记录的限度。关于利用超声波无损检测工件的进一步的细节，特别是利用DGS-方法，可以从由J.Krautkramer，H.Krautkramer所著的书，Materials Testing with Ultrasonic Sound，1986(第五版)中获得，由Publishing House(ISBN 3-540-15754-9)发行，特别在第19.2章。

然而，在目前利用DGS方法的实验性研究情况下，发现在声波角透射的测试或在曲面工件表面区域的声波角透射的测试中会产生由数值带来的意外的较大偏差，该方法曾被期望用于圆盘形反射器的检测。偏差的大小因此取决于所用测试探头的类型。

因此本发明目的是说明利用超声波进行无损材料检测的测试探头，尤其是声波角透射或在曲面工件表面区域的声波透射的情况下，该曲面工件表面区域的形状使得在工件中形成的声场可以对回波信号进行特别简单的解释或评价。此外，应该说明具有测试探头和控制单元的测试装置，其具有相同的优势。最终，应该对测试探头组件进行说明，其在工件中的声场具有简化的判读性和可评估性。最后，将说明根据本发明的测试探头或测试探头组件或根据本发明的测试装置的有利的应用。

本目的由根据权利要求1的测试探头、根据权利要求12的测试装置、根据权利要求19的测试探头组件以及根据权利要求23的应用来实现。

在声场透射进入具有平面区域的工件内的情况下，本发明目的的解决方案是基于这样的提案，即将具有平面圆形超声波换能器和已知延迟线的预设垂直测试探头的声场数学地转换为具有预设的延迟线和透射角的角透射换能器，在选定透射角作为预设的垂直测试探头的情况下，其在测试物质中形成相同的声场。

另一方面，如果声波透射到具有非平面表面区域工件中检测时，那么该任务的解决方案基于这样的提案，即在声波透射进入平面表面区域的情况下，将具有平面圆形超声换能器和已知的延迟线的预设垂直测试探头的声场数学上转换为同样的具有预设延迟线的垂直透射换能器，其中调整延迟线器件表面区域，即，与工件接触的区域耦合到工件的非平面表面区域的设计。在此，以优选方式提出圆柱形弯曲的工件表面区域。因此，在工件非平面表面区域的选定声波透射条件作为声波透射进入平面表面区域条件下的预设垂直测试探头的情况下，后面的换能器应在测试物质中形成相同的声场。

对于延迟线，物质也可以是水，即，测试探头用于所谓的浸没法。

最后，基于同样的考虑，通常情况下穿过非平面的工件表面的声波角透射的检测也是可行的。

根据本发明的测试探头是利用超声波的声场角透射来进行工件的无损检测的。具有产生超声波声场的超声波换能器，其与延迟线器件声学耦合。延迟线器件本身利用工件的表面区域上的耦合区域将超声场耦合进入工件。该表面区域可以是平面，但也可以是曲面。通常，将延迟线器件的耦合表面区域设置成与待测工件的几何形状互补的形式。