申请/专利权人：瓦锡兰芬兰有限公司

申请日：2016-11-29

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN109313163B

主分类号：G01N29/06(20060101)

分类号：G01N29/06(20060101);G01N29/30(20060101);G01N29/44(20060101);G01S15/89(20060101);G06K9/36(20060101);G06T7/00(20170101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2019.03.05#实质审查的生效;2019.02.05#公开

摘要：本发明提供一种超声波质量控制方法及超声波检查装置。一种超声波质量控制检查工件的质量并且自动地对工件进行分类。工件被扫描101，并且通过所述扫描形成图像102。参考工件也被扫描103，并且通过对参考工件的所述扫描形成参考图像104。此外，形成参考图像的负片图像105，并且利用所述图像和所述负片图像来创建指示图像106。利用数个图像滤波器来对指示图像进行滤波，各个图像滤波器对除了特定于图像滤波器的指示等级数据之外的指示图像的所有数据进行滤波107。此外，由特定于图像滤波器的指示等级数据提供数个指示等级数据108，并且利用数个指示等级数据对工件进行分类109。

主权项：1.一种控制工件的质量的超声波质量控制方法，所述方法包括以下步骤：利用至少一个超声波探头来扫描所述工件101；通过所述扫描形成至少一个图像102，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：利用至少一个超声波探头来扫描参考工件103；通过对所述参考工件的所述扫描形成至少一个参考图像104；形成所述至少一个参考图像的至少一个负片图像105；利用所述至少一个图像和所述负片图像来创建至少一个指示图像106；利用数个图像滤波器来对至少一个指示图像进行滤波，各个图像滤波器对除了特定于图像滤波器的指示等级数据之外的所述指示图像的所有数据进行滤波107；由所述图像滤波器形成数个指示等级数据108；利用所述数个指示等级数据来将所述工件分类为被接受或被拒绝109。

全文数据：使用滤波图像数据的超声波质量控制技术领域本发明涉及工件piece的超声波质量控制。待通过一个或多个超声波探头检查的工件可以是金属工件，如金属铸造工件。超声波检查是比较方法并且检测材料内部或被检查物体的表面上的正常几何形状的缺陷imperfection和反射的指示。因此，由具有不同声阻抗的界面所引起的超声波信号的反射被称为指示。指示可以是可接受的或可拒绝的。由诸如前壁和后壁回波的物体几何形状引起的指示被称为可接受的几何指示。背景技术超声波是一种已知的检查工件例如金属铸造工件或金属锻造工件的方式，而不论它是否包含任何瑕疵fault。超声波探头被手动地或者用自动化装置在工件周围移动，以利用穿透工件的高频声波。声波在工件中传播并且波的一部分从工件的表面并从工件的瑕疵反射。可检测反射波并且因此使用反射波来检测瑕疵。可根据反射波来推断缺陷的位置、大小和形状。还已知将多于一个超声波探头用于检验inspection。反射波被呈现在被用于检验的装置系统的显示器上。检验员在显示器上检查由缺陷引起的指示。为了做到这一点，检验员必须具备出色的专业技能和经验才能进行适当的分析。如果指示很小，则检验员可将工件分类为被接受。如果工件包括不可接受的缺陷或太多的缺陷，则检验员应该按照规定的标准将工件分类为被拒绝。超声波扫描适合于与许多金属一起使用。然而，一些金属材料可能具有通过超声波扫描检查的局限，例如大粒径奥氏体钢。所以最终，检验员的技能影响检验结果的好坏程度。这可能是有问题的，特别是在检验员还没有那么多经验并且由于正常表现或行为中的身体和心理干扰的情况下。发明内容本发明的目的是为了减轻或者甚至消除上述的有问题因素。该目的被以独立权利要求中描述的方式实现。从属权利要求例示了本发明的不同的实施方式。根据本发明的控制工件的质量的超声波质量控制方法包括以下步骤：利用至少一个超声波探头来扫描工件101；通过所述扫描形成至少一个图像102；利用至少一个超声波探头来扫描参考工件103；以及通过对所述参考工件的所述扫描形成至少一个参考图像104。此外，所述方法具有以下步骤：形成所述至少一个参考图像的至少一个负片negative图像105；利用所述至少一个图像和所述负片图像来创建至少一个指示图像106；以及利用数个several图像滤波器来对至少一个指示图像进行滤波，各个图像滤波器对除了特定于图像滤波器的指示等级数据之外的所述指示图像的所有数据进行滤波107。此外，所述方法还具有以下步骤：由所述特定于图像滤波器的指示等级数据提供数个指示等级数据108；以及利用所述数个指示等级数据来将所述工件分类为被接受或被拒绝109。通过利用本发明，待检查工件的分类可被布置为自动地进行。此外，所述分类比使用已知的分类方式快得多。附图说明在下文中，通过参考附图更详细地描述本发明，其中图1例示了类似于用超声波进行扫描的参考工件的示例；图2例示了来自参考工件的参考图像的示例；图3例示了来自参考图像的负片图像的示例；图4例示了要通过超声波扫描的工件的示例；图5例示了来自工件的图像的示例；图6例示了指示图像的示例；图7例示了对包含指示的指示图像和数个指示等级数据的应用进行滤波的示例；图8例示了示出示例工件的指示的分类的表的示例；并且图9例示了具有其中使用不同的分类标准的两个区域的工件的示例；图10例示了例示出发明方法的流程图的示例；以及图11例示了根据本发明的装置的示例。具体实施方式如上所述，待通过一个超声波探头或数个超声波探头检查的工件是公知的。图4示出了待检查工件9的示例。应注意，图4的工件是示意性的工件，以使此呈现比使用更复杂工件更清楚。在任何情况下，本发明可以与可通过超声波扫描来检查的任何工件一起使用。图4的工件9具有前表面94、后表面95、矩形孔96、椭圆形孔97以及具有L形的突出部98。该工件具有像孔和裂缝这样的一些内部瑕疵10。在扫描工件9之后，形成了示出超声波扫描的反射并且可如图5所示的那样被呈现的图像9R。图5示出了来自前表面的反射94R、来自后表面的反射95R、来自椭圆形孔的反射97R、来自矩形孔的反射96R、来自突出部的反射98R和来自瑕疵的反射10R。在图4和图5所例示的此扫描示例中，超声波探头位于前表面94上方或者在前表面94上方移动。如可以看出的，图5的反射图像可能不是那么清楚，以理解它意指什么。所以，如上所述，检验员的经验和技能必须处于良好水平以从图5中找到正确的信息。即使检验员是有经验的，对反射图像的检验也可持续相对长的时段并且人为因素可能影响到解释结果。图1示出了图4中所示的工件的参考工件1。参考工件1也具有前表面4、后表面5、矩形孔6、椭圆形孔7以及具有L形的突出部8。但是参考工件没有瑕疵或者参考工件的瑕疵只是可接受的轻微瑕疵。换句话说参考工件没有瑕疵或者仅有轻微瑕疵的与待检查工件类似的工件。参考工件1也像待检查工件一样被扫描。所以用于参考工件的扫描装置与用于待检查工件的超声波装置相同或类似。结果，超声波反射的参考图像2示出了来自前表面的反射4R、来自后表面的反射5R、来自椭圆形孔的反射7R、来自矩形孔的反射6R以及来自突出部的反射8R。负片图像由参考图像2形成。图3示出了负片图像3。在这个阶段，应该注意，图2、图3和图5所示的反射被呈现为简单的灰度格式以便以简单的方式例示出真实的反射图像。如可以看出的，负片图像3的灰度等级相对于图2的灰度等级是相反的。所以，负片图像3也示出了来自前表面的反射4N、来自后表面的反射5N、来自椭圆形孔的反射7N、来自矩形孔的反射6N和来自突出部的反射8N，但是相对于参考图像2为负的。负片图像3可与待检查工件的反射图像9R一起使用以创建指示图像，所述指示图像被示出在图6中。来自待检查工件的负片图像和反射图像中的一个被放在另一个上。重叠图像的顺序可以是任一顺序。结果，创建了指示图像9F。重叠的负片图像和反射图像去除了工件的几何反射，即来自前表面94的反射、来自后表面95的反射、来自矩形孔96的反射、来自椭圆形孔97的反射和来自突出部98的反射。来自瑕疵的反射10R仍然在指示图像9F中。所以，在这个阶段，提供了仅包含工件9的指示信息的图像或数据。为了更准确地确定所讨论的瑕疵是什么种类，可使用数个滤波器。图7例示了滤波器F1、F2、F3、F4和F5的使用。各个滤波器对除了特定于图像滤波器的指示等级数据之外的指示图像9F的所有数据进行滤波。例如，滤波器可通过直径大小为5mm或更大的平底孔。另一个滤波器可以通过直径大小为4mm或小于5mm的平底孔。又一个滤波器可以通过直径大小为3mm或小于4mm的平底孔。此外，其它标准可与平底孔的大小一起使用或者代替它。对指示图像的滤波基于回波响应强度功率能量装置屏幕中和或收集的数据中的回波高度。其中少量的功率能量反射通过像F1这样的较低lower滤波器，而较高的功率能量通过到像F4或F5这样的较高higher滤波器。所以，用于组件可接受性的标准基于由各个滤波器提供的信息。此外，各个滤波器可以具有其处理通过滤波器的反射的特定方式。例如，如果通过的反射彼此靠近，则滤波器可以将这些反射组合为一个。所以像F4和F5这样的较高滤波器与像F1这样的较低滤波器相比可以组合来自较大区域的反射数据。这种处理可澄清在滤波器之后的指示的处理。因此，工件的可接受性可以是是基于指示的量、指示尺寸大小、作为指示的组合区域大小的指示的量或者按可接受的组合规则彼此靠近的指示的检测，这些指示已通过至少一个滤波器，并且如果被示出在显示器上则在滤波器之后也是可见的。可定义T组合规则，使得如果滤波器之后的一个指示被检测为指示或区域，则不允许存在接近某个尺寸例如，20mm内的另一指示指示区域。图像数据可以采用图像格式或者采用另一数据格式。在此上下文中，图像应该被理解为数据，所述数据可被表示为图像，但是它也可被以任何其它适合的格式表示。这同样适用于滤波器。图7的示例还示出了被例示为图像9F1、9F2、9F3、9F4和9F5的数个指示等级数据。各个指示等级数据示出了通过了特定滤波器的指示。例如，滤波器F1已被布置为通过直径大小为1mm或小于2mm的平底孔。此外，孔的数量应该最大是例如16并且仅覆盖分类图像的总共例如45mm2的特定区域，并且两个指示间隔应该是例如彼此超过10mm。通过孔被表示为指示10R1。滤波器F2可以已被布置为通过直径大小为2mm或小于3mm的平底孔。此外孔的数量应该最多是例如八个，具有如针对滤波器10F所定义的区域大小和间隔距离的类似或改变的规则。通过孔被表示为指示10R2。滤波器F3可以已被布置为通过直径大小为3mm或小于4mm的平底孔。此外，孔的数量应该最多是例如四个，具有如针对滤波器10F所定义的区域大小和间隔距离的类似或改变的规则。通过孔被表示为指示10R3。滤波器F4可以已被布置为通过直径为4mm或小于5mm的平底孔。此外，孔的数量应该最多是例如两个，具有如针对滤波器10F所定义的区域大小和间隔距离的类似或改变的规则。通过孔被表示为指示10R4。滤波器F5可以已被布置为通过直径为5mm或更大的平底孔，其中通过此滤波等级的指示被定义为无论在大小、量和覆盖区域方面都是不可接受的。通过孔被表示为指示10R5。这种类型的滤波器可具有针对指示反射率大小的不同规则，并且取决于所检验的区域临界性可以有数个不可接受的滤波器等级。如可以看出的，作为图像示出的指示数据为人类检验员给出了清楚的视图，但是它实际上还不是本发明的目标。在此等级下实现了数个指示等级，这些指示等级还可例如以图像格式进行研究。如所述的，各个指示等级指示这些指示的严重性，例如孔和裂缝的大小以及被指示覆盖的指示区域的数量和指示的接近度。所以，指示等级数据是某种类型的指示的信息并且可能是描述指示的许多指示和其它参数。指示的类型可取决于长度、深度、形状和或大小等。某种指示类型对工件的质量有一定的影响。另外，本发明还利用所述指示等级数据来将被检查工件分类为被接受或被拒绝。参考图7的示例，如果工件仅包括通过了滤波器F1的指示10R1，则它可被接受。如果工件包括通过了滤波器F2的较大指示10R2，则它也是可以被接受的。工件9还可被分类为在被接受工件与被拒绝工件之间的边界工件。可能的是边界工件能被用在要求不那么高的质量的一些低级实现中。在此示例中，如果工件包括通过了滤波器F3的指示10R3，并且它在指示的量、区域和或接近度方面不包括较大或更严重的指示，则它能被分类为边界工件。如果工件9包括通过滤波器5的一个或多个指示10R5，则该工件9可被拒绝。如果工件包括比通过了滤波器5的那些指示更小的指示，例如通过了滤波器4的指示10R4，则该工件也可被拒绝。图8和图9示出了分类如何还可被布置的可能的示例。图9示出了具有两个区域A1和A2的被检查工件9。图9中的虚线描述了区域之间的边界。在此示例中，区域A1是低应力区域并且区域A2是高应力区域。质量要求在高应力区域中较高，所以在区域A2中可容忍比在区域A1中更少的指示。图8中的表80示出了针对区域A2和区域A1的接受标准。如果工件的区域A1仅包括通过了滤波器F1的指示，则该工件的区域A1可被接受。如果工件包括在区域A1中通过了滤波器F2的较大指示，则该工件也可被接受。如果工件9的区域A1包括通过了滤波器F3的指示并且它不包括较大或更严重的指示，则该工件9的区域A1被分类为边界工件。如果工件9的区域A1包括通过滤波器5的一个或多个指示，则该工件9的区域A1被拒绝。如果工件的区域A1包括比通过了滤波器5的那些指示更小的指示，例如通过了滤波器4的指示，则该工件的区域A1也可被拒绝。如果工件9的高应力区域A2包括通过滤波器3的一个或多个指示，则该工件9的高应力区域A2被拒绝。如果工件包括比通过了滤波器3的那些指示更小的指示，例如通过了滤波器2的指示，则该工件也可被拒绝。如果工件9的区域A2包括通过了滤波器F1的指示并且它不包括较大或更严重的指示，则该工件9的区域A2被分类为边界工件。如果整个工件9包括被拒绝的任何区域，则该工件9被拒绝。换句话说，如果工件不包括任何被拒绝区域或者可能的任何边界情况区域，则该工件被接受。还应注意的是，工件可以具有多于一个的被确定为高应力区域的的区域，和或多于一个的被确定为低应力区域的区域。除了高应力区域和低应力区域之外，工件还可以或者另选地具有其它类型的区域，例如正常应力区域。如可以看出的，工件可被划分成不同应力要求的数个区域。此划分信息可以跟随被扫描图像到指示图像并且最终直到工件的分类。图10示出了例示出根据本发明的方法的流程图的示例。控制工件9的质量的超声波质量控制方法包括：利用至少一个超声波探头来扫描工件的步骤101，以及通过所述扫描形成至少一个图像的步骤102。如上所述，可使用扫描探头和扫描装置及检验数据呈现格式。另外，所述方法具有用于利用至少一个超声波探头来扫描参考工件的步骤103并且通过对参考工件的所述扫描形成至少一个参考图像的步骤104。对参考工件9的扫描和参考图像的形成与扫描工件的步骤101并且形成图像的步骤102类似地进行。此外，所述方法具有形成所述至少一个参考图像的至少一个负片图像的步骤105。可像上面已经讨论的那样进行此步骤。步骤103、步骤104和步骤105如通过图10中的虚线110所例示的那样可在步骤101和步骤102之后或者在步骤101和步骤102之前完成。在一些解决方案中，如果可使用两个类似的超声波探头和装置，则可以能够与步骤103、104和105同时地或者部分同时地运行步骤101和102。此外，所述方法具有利用所述至少一个图像和负片图像来创建至少一个指示图像的步骤106。如上所述，负片图像和待检查工件的图像中的一个被放置在另一个上，以使图像仅具有指示信息。所述方法还具有利用数个图像滤波器来对至少一个指示图像进行滤波的步骤107，各个图像滤波器对除了特定于图像滤波器的指示等级数据之外的指示图像的所有数据进行滤波。所以以这种方式，所述方法还具有由特定于图像滤波器的指示等级数据提供数个指示等级数据的步骤108。最后，所述方法具有利用所述数个或一个指示等级数据将工件分类为被接受或被拒绝的步骤109。该分类步骤可利用例如表，其中指示等级数据被布置为对应分类等级。分类等级至少是被接受等级和被拒绝等级，但是，如果需要还可形成更多的分类等级。所以，分类步骤109还可被布置为利用数个接受等级和数个拒绝等级来对工件进行分类，和或，分类步骤109还可被布置为另选地将工件分类为处于接受分类和拒绝分类之间的边界工件。此外，分类步骤109可以包括以特定于指示图像区域的方式利用从指示图像滤波而得的所述数个指示等级数据，使得指示图像具有至少两个区域，并且分类以特定于区域的方式利用数个指示等级数据的子步骤。参见图9。为了使工件的分类对人类来说更加可见，所述方法还可以包括以对应于指示图像的图像格式用特定于分类的颜色指示所述分类的步骤以及显示图像格式的步骤。例如，图7中的指示等级图像9F1、9F2、9F3、9F4和9F5可用不同的颜色或颜色的组合来表示。图像9F1可以是浅蓝色，图像9F2是蓝色，图像是9F3是绿色，图像9F4是黄色，并且图像是9F5是红色。所以，每种颜色可以表示某些指示等级数据例如某些大小反射率的指示。另外，每种颜色还可以指示某个分类等级。例如，在图8的情况下，对于低应力区域和低应力区域二者来说拒绝等级可以是红色。对于较小的指示拒绝级别来说颜色可以是黄色，并且对于边界工件来说等级在两个区域类别下为绿色。另外，可在工件的低应力区域中将被接受等级和较大指示被接受等级显示为蓝色和浅蓝色。如所述的，所述图像是可被例如示出在显示器中的数据。应该理解，图像数据也可以另一格式处理，这使得可以在处理器、计算机和其它适合的装置中处理图像数据。所述滤波器也可以是对来自原始数据的数据进行滤波并且仅传递某种类型的数据例如与某种类型的指示有关的数据的滤波器。图11以示意性方式例示了根据本发明的超声波检查装置的示例。根据本发明的超声波检查装置可包括至少一个探头111和用于移动探头的机器人装置112。探头被连接到至少一个超声波源装置113。该超声波源装置可位于检查装置的任何适合的位置中。还存在处理器装置114，如具有某些软件或电路板115的计算机，以从自探头接收到的超声波信息提供检查数据。检查数据可被表示为图像。检查装置还包括用于执行在上面和在权利要求1中描述的方法的步骤103-109的软件或电路板116，所述软件或电路板也可被布置为执行权利要求2-5中提到的步骤任务。所述电路板例如可以是集成电路IC。还可能的是，所述软件或电路板115、116可被集成为一个实体。此外，超声波检查装置可以包括待检查工件所位于的池，并且该池充满液体。另外，检查装置还可以包括其它元件，例如用于工件的架子、用于架子的轨道、用于识别工件的计算机视觉装置、用于读取工件的序列号的读取器装置、用于在将工件放入池中之前清洗它的洗涤器、用于在池之后对其进行干燥的干燥器以及用于将工件标记为已检查的标记器。可在许多不同的实施方式中使用根据本发明的超声波质量控制。本发明不依赖于所使用的超声波扫描技术。存在数种不同的扫描技术，例如A扫描、B扫描、C扫描、相控阵列线性扫描和相控阵列扇形扫描，其中可使用本发明。一个图像、一个参考图像、一个负片图像和一个指示图像可能足以对工件进行分类，但是如果需要还可以拍摄许多图像。应该理解的是，所对应的图像即图像、参考图像、负片图像和指示图像区域实际上是来自工件的相同视图，但是包含不同的信息。所以，例如当由许多参考图像形成多个负片图像时，要形成的各个负片图像对于具有来自工件的某个视图的参考图像来说是特定的。负片图像可由数个参考片扫描图像组成，从而意味着各个扫描负片信息被组合为一个负片图像。在这种情况下，使用负片图像的图像可类似地由数个扫描图像组成。可在用于超声波扫描的适合的装置中运行本发明方法。装置可以具有一个或多个可编程单元，所述一个或多个可编程单元可被编程以执行本发明方法的步骤。另一可能的解决方案是装置具有专用于执行本发明方法的一个或多个印刷电路板。从上文中显而易见的是，本发明不限于本文中描述的实施方式，而是可以在独立权利要求的范围内的许多其它不同的实施方式中实现。

权利要求：1.一种控制工件的质量的超声波质量控制方法，所述方法包括以下步骤：利用至少一个超声波探头来扫描所述工件101；通过所述扫描形成至少一个图像102，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：利用至少一个超声波探头来扫描参考工件103；通过对所述参考工件的所述扫描形成至少一个参考图像104；形成所述至少一个参考图像的至少一个负片图像105；利用所述至少一个图像和所述负片图像来创建至少一个指示图像106；利用数个图像滤波器来对至少一个指示图像进行滤波，各个图像滤波器对除了特定于图像滤波器的指示等级数据之外的所述指示图像的所有数据进行滤波107；由所述图像滤波器形成数个指示等级数据108；利用所述数个指示等级数据来将所述工件分类为被接受或被拒绝109。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分类步骤109还被布置为利用数个接受等级和数个拒绝等级来对所述工件进行分类。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分类步骤109还被布置为另选地将所述工件分类为处于接受分类与拒绝分类之间的边界工件。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，分类步骤109包括以下子步骤：以特定于指示图像区域的方式利用从所述指示图像滤波而得的所述数个指示等级数据，使得所述指示图像具有至少两个区域，并且所述分类以特定于区域的方式利用所述数个指示等级数据。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：以对应于所述指示图像的图像格式用特定于分类的颜色指示所述分类；显示所述图像格式。6.一种包括处理器装置114的超声波检查装置，其特征在于，所述处理器装置包括被配置为执行根据权利要求1所述的方法的步骤的软件或电路板。7.根据权利要求6所述的超声波检查装置，其特征在于，所述软件或所述电路板还被配置为执行根据权利要求2至5中的任一项所述的方法的步骤。

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