本發(fā)明涉及超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊。

背景技術(shù)：

自動(dòng)化超聲檢測(cè)系統(tǒng)在航空、航天、電子、船舶、高鐵、能源、車輛與交通運(yùn)輸?shù)痊F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)與控制中已得到廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量保障的工業(yè)基礎(chǔ)。

自動(dòng)化超聲檢測(cè)系統(tǒng)不僅可以快速檢測(cè)復(fù)雜構(gòu)件內(nèi)部或表面的多種宏觀和微觀缺陷，獲得缺陷的大小、位置、形狀和性質(zhì)以及構(gòu)件材料的特性。

然而自動(dòng)化超聲檢測(cè)系統(tǒng)的性能決定了對(duì)材料缺陷的正確檢測(cè)和識(shí)別，不僅僅是對(duì)自動(dòng)掃查機(jī)械系統(tǒng)與超聲檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)的簡(jiǎn)單綜合，尤其是對(duì)三維復(fù)雜曲面構(gòu)件內(nèi)部缺陷的準(zhǔn)確和正確檢出有重要影響，同樣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可重復(fù)性和可比性有重要影響。目前有以下幾種用于超聲無(wú)損檢測(cè)的校準(zhǔn)試塊，其功能、特點(diǎn)和作用如下：

如IIW試塊(荷蘭試塊)，用于儀器探頭系統(tǒng)性能測(cè)試校準(zhǔn)和檢測(cè)校準(zhǔn)；專利(金宇飛,馬芳,翟蓮娜.一種用于超聲檢測(cè)的改進(jìn)型試塊及其應(yīng)用[P].上海：CN104897783A,2015-09-09.)以及論文(金宇飛.2號(hào)試塊及其改進(jìn)型的應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè),2015,12:59-63.)，二者對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19799.2-2012(或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工SO7963:2006)《無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)2號(hào)校準(zhǔn)試塊》進(jìn)行改進(jìn)，得到的試塊既滿足靈敏度設(shè)定和校準(zhǔn)，又滿足直探頭和斜探頭的時(shí)基線設(shè)定和校準(zhǔn)，以及斜探頭入射點(diǎn)和折射角的測(cè)定的。專利(陳二松.一種多方位檢測(cè)用超聲波試塊[P].河北：CN204008571U,2014-12-10.)設(shè)計(jì)了一種多方位檢測(cè)用超聲波試塊，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲場(chǎng)橫向縱向聲壓檢測(cè)，從而確定超聲場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特征并得出具體的聲場(chǎng)衰減值，對(duì)缺陷進(jìn)行定量校正，增加超聲檢測(cè)的準(zhǔn)確性。專利(楊堅(jiān),杜好陽(yáng),隋忠學(xué),趙勇,姜斌.鑄鋼件缺陷超聲波檢測(cè)試塊:吉林,CN203881718U[P].2014-10-15)是針對(duì)晶粒粗大的鑄鋼件閥門常見裂紋、輸送、夾渣、氣孔等缺陷超聲波檢驗(yàn)而制備的試塊，其材料的聲學(xué)特性與被檢工件的聲學(xué)特性接近，同時(shí)含有模擬缺陷，可以用于檢測(cè)方法的研究，評(píng)價(jià)和驗(yàn)證儀器探頭系統(tǒng)的檢測(cè)能力和檢測(cè)工藝、缺陷的評(píng)定。

但是以上各個(gè)試塊提供的是一種靜態(tài)的、較單一的校準(zhǔn)方式，不能用來(lái)模擬三維立體缺陷，滿足不了超聲無(wú)損檢測(cè)自動(dòng)化、圖像化和三維缺陷量化檢測(cè)的需要，因此，需要一種多用途的、多功能的綜合技術(shù)指標(biāo)的三維校準(zhǔn)試塊，以滿足整個(gè)超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)性能校準(zhǔn)與評(píng)估需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊，由平板和凸起殼體組成，通過(guò)凸起殼體上設(shè)置缺陷，該試塊實(shí)現(xiàn)對(duì)三維立體缺陷的模擬，在平板上設(shè)置有多種類型的沉孔和開口槽，作為一種多功能的校準(zhǔn)對(duì)比試塊，滿足整個(gè)超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)性能校準(zhǔn)與評(píng)估的需要，解決超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo)的校準(zhǔn)問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊包括一塊平板以及凸起殼體，凸起殼體所在的平板位置處開有與凸起殼體敞口大小一致的通孔；平板與凸起殼體表面分布有缺陷，所述缺陷包括沉孔和開口槽；平板的上表面和下表面均設(shè)置有缺陷，上、下表面的缺陷互相錯(cuò)開；平板的側(cè)面設(shè)置有沉孔；凸起殼體的內(nèi)表面和外表面均設(shè)置有缺陷，內(nèi)表面和外表面缺陷互相錯(cuò)開。

較佳地，所述凸起殼體為球冠狀殼體，殼體等分為A、B、C和D四個(gè)部分，所述A的外表面與所述B的內(nèi)表面均設(shè)置有沉孔；所述C的外表面和所述D的內(nèi)表面均設(shè)置有開口槽，開口槽等間隔分布。

較佳地，所述殼體上的沉孔按組設(shè)置，沿同一條經(jīng)線方向的沉孔為一組，每組有9個(gè)不同直徑的沉孔，組數(shù)為12，內(nèi)表面6組，外表面6組；相鄰兩組孔夾角為30°，同一組沉孔的深度相同且直徑互不相同，殼體上的不同組沉孔的深度互不相同。

所述殼體上的開口槽按組設(shè)置，沿同一條經(jīng)線方向的開口槽為一組，每組6個(gè)不同寬度的開口槽，每個(gè)開口槽對(duì)應(yīng)25°的圓心角，同一緯度相鄰兩個(gè)開口槽間隔對(duì)應(yīng)5°的圓心角，所述圓心角為開口槽對(duì)應(yīng)緯度所在圓的圓心角，同一組開口槽的深度相同且寬度互不相同；不同組開口槽的深度互不相同。

進(jìn)一步地，所述沉孔最小孔徑為0.2mm，最大孔徑為2.5mm；所述開口槽最小槽寬為0.15mm，最大槽寬為2.5mm。

所述凸起殼體數(shù)目為1或2，凸起殼體數(shù)目為2時(shí)，兩個(gè)凸起殼體分別位于平板的上、下表面上。

其中，所述平板上的開口槽包括圓環(huán)槽、菱形槽和矩形槽中的一種、兩種或三種。

較佳地，平板的四個(gè)角上有安裝孔。凸起殼體通過(guò)螺紋或緊密配合與平板實(shí)現(xiàn)定位連接。凸起殼體為半球殼或高度為半球殼一半的球冠狀殼體。凸起殼體的頂部設(shè)置有排水孔。

有益效果：

本發(fā)明提供了一種用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊，該試塊由平板和凸起殼體組成，在凸起殼體上設(shè)置缺陷，來(lái)模擬復(fù)雜三維工件內(nèi)部或表面的缺陷，滿足超聲無(wú)損檢測(cè)中三維缺陷量化檢測(cè)的需要。

本發(fā)明的試塊在平板上設(shè)置有多種類型的沉孔和開口槽，來(lái)模擬平板類工件內(nèi)部或表面的缺陷，試塊可以一次性、方便的解決系統(tǒng)的分辨率、靈敏度檢測(cè)問(wèn)題和檢測(cè)結(jié)果的參照問(wèn)題，滿足超聲反射和透射檢測(cè)模式和方式的需要，也可以用于射線檢測(cè)、電磁和電渦流檢測(cè)等其它無(wú)損檢測(cè)方法的校準(zhǔn)或校驗(yàn)。

本發(fā)明的凸起結(jié)構(gòu)是通過(guò)螺紋與平板定位鏈接，方便拆卸，試塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、輕巧便于攜帶、利于保存且可重復(fù)利用。

附圖說(shuō)明

圖1為用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊有兩個(gè)半球時(shí)，試塊的主視圖，其中1-平板，2-上半球，3-下半球；

圖2為三維校準(zhǔn)試塊有兩個(gè)半球時(shí)試塊的俯視圖；

圖3為三維校準(zhǔn)試塊有兩個(gè)半球時(shí)試塊的仰視圖；

圖4為三維校準(zhǔn)試塊有兩個(gè)半球時(shí)試塊的右視圖；

圖5為三維校準(zhǔn)試塊有兩個(gè)半球時(shí)試塊的左視圖；

圖6為三維校準(zhǔn)試塊圓形槽示意圖；

圖7為三維校準(zhǔn)試塊菱形槽示意圖

圖8為三維校準(zhǔn)試塊矩形槽示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊，其材質(zhì)為常用的45#鋼、20#鋼、鋁合金、鈦合金、陶瓷和玻璃等透聲材料，最好是與批量制造零件材料相同的材料。

如圖1所示，本發(fā)明的試塊包括一塊平板以及凸起殼體，凸起殼體所在的平板位置處開有與凸起殼體敞口大小一致的通孔；平板與凸起殼體表面分布有缺陷，所述缺陷包括沉孔和開口槽，如圖2、圖3所示，平板上表面或下表面的沉孔均為七組，深度相同的沉孔為一組，同一組沉孔直徑互不相同，即平板上沉孔的特點(diǎn)為：直徑相同則深度不同，直徑相同則為不同組，直徑不同的同組沉孔深度相同。

平板的上表面和下表面均設(shè)置有缺陷，上、下表面的缺陷互相錯(cuò)開；平板的側(cè)面設(shè)置有深度一致的沉孔；凸起殼體的內(nèi)表面和外表面均設(shè)置有缺陷，內(nèi)表面和外表面缺陷互相錯(cuò)開。

當(dāng)凸起殼體為球冠狀殼體時(shí)，殼體等分為A、B、C和D四個(gè)部分，所述A的外表面與所述B的內(nèi)表面均設(shè)置有沉孔；所述C的外表面和所述D的內(nèi)表面均設(shè)置有開口槽，開口槽等間隔分布。其中，球冠狀殼體上的沉孔按組設(shè)置，沿同一條經(jīng)線方向的沉孔為一組，組數(shù)為12，內(nèi)外表面各6組，相鄰兩組孔夾角為30°；殼體上同組中的沉孔深度相同且直徑互不相同；不同組的沉孔的深度互不相同；所述殼體上的開口槽按組設(shè)置，沿同一條經(jīng)線方向的開口槽為一組，每組6個(gè)不同寬度的開口槽，每個(gè)開口槽對(duì)應(yīng)25°的圓心角，同一緯度相鄰兩個(gè)開口槽間隔對(duì)應(yīng)5°的圓心角，所述圓心角為開口槽對(duì)應(yīng)緯度所在圓的圓心角，與殼體上的沉孔類似，殼體上同組中的開口槽深度相同且寬度互不相同；不同組的開口槽的深度互不相同。

其中，平板上的開口槽包括圓環(huán)槽、菱形槽和矩形槽中的一種、兩種或三種。

較佳地，平板的四個(gè)角上有安裝孔。進(jìn)一步地，凸起殼體通過(guò)螺紋或緊密配合與平板實(shí)現(xiàn)定位連接。

較佳地，對(duì)于本試塊的具體實(shí)施例為：如圖1所示，試塊包括兩個(gè)凸起殼體，凸起殼體為球冠狀殼體，分布在平板1的上、下表面上，分別為上半球2與下半球3。如圖2和圖3所示，在平板1的上、下平面上均設(shè)置有七組沉孔，每組沉孔包含有直徑為0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、2mm、2.5mm的沉孔，每組平底沉孔深度相同，該七組沉孔的深度依次為2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm。

如圖2和圖3所示，在平板1的上、下表面上均設(shè)置有寬度為0.15mm，0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.8mm、1mm、2mm、2.5mm的圓環(huán)槽、菱形槽和矩形槽；如圖6-圖8所示，畫斜線部分對(duì)應(yīng)開口槽，同一寬度的開口槽分為4份，對(duì)應(yīng)深度分別為2mm、4mm、6mm、8mm，即平板上的每一個(gè)開口槽具有4個(gè)深度。

如圖1所示，在主視方向的平板側(cè)面上，有平行于平板上平面的五組沉孔，距平板上表面距離相同的沉孔為一組，各組沉孔距平板上表面距離依次為2mm、4mm、5mm、4mm、2mm，呈中心對(duì)稱分布，所述沉孔的深度相同，沉孔最小直徑為0.2mm，最大孔徑為2.5mm，在后視方向的平板側(cè)面上，設(shè)置有與主視方向的平板側(cè)面相同的沉孔。從平板的上平面檢測(cè)試塊，用以校驗(yàn)自動(dòng)超聲掃查系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部不同深度、不同大小的氣孔類缺陷及長(zhǎng)橫孔、短橫孔的掃查能力。

如圖2和圖3所示，下半球3一半為A，另一半為B，A的外表面上有6組沉孔，B的內(nèi)表面有6組沉孔；每組分布在1/4圓周上，孔徑由小到大或由大到小排列，每個(gè)沉孔的軸線都是徑向的，每組沉孔的軸線位于同一球的徑向剖平面內(nèi)，間隔30°分布；上半球2一半為C，另一半為D，C的外表面上有開口槽，沿同一條經(jīng)線方向的開口槽為一組；D的內(nèi)表面上有開口槽，外表面有6組，內(nèi)表面有6組；所述開口槽每組有6個(gè)且寬度不同，每個(gè)開口槽對(duì)應(yīng)25°的圓心角，同一緯度相鄰兩個(gè)開口槽間隔對(duì)應(yīng)5°的圓心角，所述圓心角為開口槽對(duì)應(yīng)緯度所在圓的圓心角；每組開口槽的槽寬由小到大或由大到小排列。

在兩個(gè)半球的頂部設(shè)置有排水孔，在水耦合的超聲檢測(cè)系統(tǒng)中用來(lái)排除存留在半球殼內(nèi)水，避免信號(hào)不穩(wěn)定的情況。

當(dāng)超聲掃查系統(tǒng)夾持著探頭按照預(yù)定的軌跡掃過(guò)設(shè)置在平板1上、下表面上各種的沉孔、圓環(huán)槽、菱形槽、矩形槽，以及分布在半球2和3上的沉孔和開口槽的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)分辨率和靈敏度的檢測(cè)以及其檢測(cè)結(jié)果可用于被檢測(cè)對(duì)象的缺陷及其尺寸的檢測(cè)對(duì)照和校準(zhǔn)。

本發(fā)明中的用于超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的三維校準(zhǔn)試塊，當(dāng)半球數(shù)目為1時(shí)，A、B、C或D分別對(duì)應(yīng)一個(gè)1/4半球；一半沉孔位于1/4半球的外表面，一半沉孔位于1/4半球的內(nèi)表面；一半開口槽位于1/4半球的外表面，一半開口槽位于1/4半球的內(nèi)表面。

所述殼體上的沉孔，其目的是用來(lái)：

1)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部和表面不同深度、不同大小孔洞類缺陷的掃查和分辨能力。

2)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)曲面復(fù)雜構(gòu)件同一深度方向上不同直徑的平底孔當(dāng)量缺陷的識(shí)別能力。

3)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)曲面復(fù)雜構(gòu)件同一直徑的平底孔當(dāng)量缺陷在不同深度方向上的識(shí)別能力。

4)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)空間缺陷尺寸和形狀的檢測(cè)精度、空間缺陷間相互位置和距離的檢測(cè)精度，因?yàn)?，半球?nèi)外表面上設(shè)置的平底孔的尺寸和形狀以及孔的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

5)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)的空間速度，因?yàn)椋肭騼?nèi)外表面上設(shè)置的平底孔的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

所述殼體上的開口槽，其目的是用來(lái)：

1)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)曲面復(fù)雜構(gòu)件內(nèi)部和表面裂紋和槽類缺陷的檢測(cè)分辨能力和測(cè)量能力。

2)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)曲面復(fù)雜構(gòu)件同一深度方向上不同寬度的裂紋和槽類缺陷的識(shí)別能力。

3)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)曲面復(fù)雜構(gòu)件同一寬度的裂紋和槽類缺陷在不同深度方向上的識(shí)別能力。

4)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)空間缺陷尺寸和形狀的檢測(cè)精度、空間缺陷間相互位置和距離的檢測(cè)精度，因?yàn)?，半球?nèi)外表面上設(shè)置的每個(gè)槽的尺寸和形狀以及槽的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

5)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)的空間速度，因?yàn)?，半球?nèi)外表面上設(shè)置的每個(gè)槽的三維空間位置和相互間距離都是確知的。

所述平板上的沉孔，其目的是用來(lái)：

1)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)的橫向分辨力，即對(duì)兩個(gè)相鄰反射體提供可分離指示時(shí)兩者的最小距離。

2)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部同一大小、不同深度缺陷的掃查和分辨能力。

3)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部同一深度、不同大小缺陷的掃查和分辨能力。

4)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)平面構(gòu)件內(nèi)部和表面缺陷的檢測(cè)分辨能力及量化能力。

所述圓環(huán)槽、菱形槽和矩形槽，其目的是用來(lái)：

1)檢測(cè)超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象表面和內(nèi)部的缺陷形狀、缺陷角度、尖角、相鄰缺陷等的分辨能力。

2)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部不同深度、不同大小空隙類缺陷的掃查和分辨能力。

3)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)平面構(gòu)件內(nèi)部和表面裂紋和槽類缺陷的檢測(cè)分辨能力和測(cè)量能力。

4)校驗(yàn)超聲自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)平板內(nèi)分布的缺陷尺寸和形狀的檢測(cè)精度、平板內(nèi)缺陷間相互位置和距離的檢測(cè)精度。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。