[发明专利]一种利用曲线拟合提高超声测厚精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高超声测厚精度的方法，特别涉及一种利用曲线拟合提高超声测厚精度的方法。

背景技术

超声波测厚根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头。超声波测厚通过被测物体上下表面回波信号计算出超声波在被测物体中传输的时间，将这一时间与超声波在被测物体中传输的速度相乘，得到物体厚度。通常做法是选取一个特征点（零点或极值点），计算两次回波在这一特征点的时间差如图1所示。

超声波测厚精度由两部分精度决定，一部分是测量精度，由超声测厚设备本身的测量能力决定；另一部分工艺精度，取决于探头、被测对象、现场环境、温度等外部因素。本专利所涉及方法主要用来改进超声测厚设备本身的测量精度。

根据超声波测厚的原理，在声速一定的情况下，厚度测量的精度可以转换为时间测量的精度， 由于时间是通过统计采样时钟周期数获得的，采样时钟频率直接决定了超声测厚精度。因此现有的提高精度的方法基本都是从提高采样时钟频率入手。但是采样时钟周期提高比较困难，特别是一些测厚精度要求较高的场合，仅依靠提高采样时钟频率无法满足要求。

发明内容

本发明是针对仅仅通过提高采样时钟频率来提高测厚精度不能满足精度提高的要求问题，提出了一种利用曲线拟合提高超声测厚精度的方法，使用曲线拟合算法补偿采样精度，使得超声测厚精度在采样时钟频率不变的情况下得到有效提高。

本发明的技术方案为：一种利用曲线拟合提高超声测厚精度的方法，具体包括如下步骤：

1）采样点获取模块在预先设定用于厚度测量的两个回波区域内根据特征点的选取获取采样点：用于测厚的两个回波区域由闸门设定，闸门包括宽度和高度两个参数，根据工艺要求人工设置，采样点获取在闸门宽度范围内进行，闸门高度定义为闸门所在位置纵坐标Y，采样点获取模块根据特征点选取采集回波中同一时刻Y<= 0，Y>= 0两个采样点，并保存；

2）曲线拟合模块采用直线拟合算法，将步骤1）获得回波中两个采样点拟合成一条直线，与纵坐标交的点为特征点，得到两个回波中的特征点X1和X2；

3）将计算出的两个回波的特征点X1和X2送入厚度计算模块，计算被测物体厚度，被测物体厚度S计算公式如下：

S = (|X1 - X2|) _* t _* V，其中t为两次回波中特征点对应的时间差，即两次回波采样点采集时间差，V为被测物体中声速。

所述特征点的选取分4种类型，分别为正最大峰值前零点、正最大峰值后零点、负最大峰值前零点和负最大峰值后零点。

所述根据特征点的选取获取采样点步骤如下：

1）、新采样开始，根据闸门高度判断特征点类型，如果闸门高度为正，确定为正最大峰值型特征点，进入步骤2），如果闸门高度为负，确定为是负最大峰值型特征点，进入步骤7）；

2）、取某一时刻任意相邻三个采样点S_N(x,y)，S_N-1(x,y)，S_N-2(x,y)，同时满足S_N-2(y)<= 0，S_N-1(y) >= 0，S_N(y) >= 0，将此刻S_N-1(x,y)，S_N-2(x,y)分别赋值给正最大值前零点的采样点S₁₁(x₁₁,y₁₁)、S₁₂(x₁₂,y₁₂)，进入步骤3）；

3）、继续取下一时刻三个采样点进行比较，当三个采样点第一次同时S_N(y) <=S_N-1(y) <=S_N-2(y)时，取此刻S_N-2(x,y) 赋值给正最大值，进入步骤4）；

4）、如果正最大值在闸门范围内，且幅度超过闸门高度，进入步骤5），否则回到步骤2）；