在大多数典型的缺陷检测和厚度测量应用中,超声波测试数据将基于从处理的射频波形获得的时间和幅度信息。这些波形以及从中提取的信息通常以四种格式中的一种或多种呈现:A 扫描、B 扫描、C 扫描或 S 扫描。本节展示传统超声波探伤仪和相控阵系统的图像演示示例。
4.扫描显示
A 扫描是一种简单的射频波形显示,可显示超声波信号的时间和幅度,通常由传统超声波探伤仪和波形显示测厚仪提供。 A 扫描波形表示被测样品中声束位置的反射。下面的超声波探伤仪 A 扫描显示了来自钢参考块中两个横向通孔的回波。来自普通单元件接触式探头的圆柱形声束拦截三个孔中的两个,并在不同时间产生与孔深度成比例的两种不同反射。
相控阵系统将显示类似的 A 扫描波形以供参考,但在大多数情况下会辅以 B 扫描、C 扫描或 S 扫描,如下所示。这些标准成像格式可帮助操作员查看被测零件中缺陷的类型和位置。
5.B扫描显示
B 扫描是显示穿过被测样本的垂直切片的横截面轮廓的图像,显示反射器相对于其线性位置的深度。 B 扫描成像需要沿被测样本的选定轴以机械或电子方式扫描声束,同时存储相关数据。下面所示的 B 扫描显示了与测试块中的交叉孔位置相对应的两个较暗的反射器和一个较浅的反射器。当使用传统的超声波探伤仪时,探头必须横向移动穿过测试件。
C 扫描表示被测样品的俯视图或平面图的二维图像。 C扫描在图像显示方面与X射线图像非常相似。被测样本的每个点都映射到图中对应的xy位置,每个位置在门控中会用不同的颜色来表示其信号的幅度。对于传统仪器,单元件探头必须以 xy 光栅扫描模式在被测样品上移动。使用相控阵系统,一般情况是超声波探头沿一个轴进行物理位移,而声束沿另一轴方向进行电子扫描。当需要将扫描图像中的几何点与实际工件上的位置精确对应时,通常会使用编码器,尽管在许多情况下也可以通过非编码手动扫描获得有用的信息。
下图显示了使用传统浸入式扫描系统(带有聚焦浸入式探头)和便携式相控阵系统(带有手持式编码扫描仪和线性阵列)对参考试样进行的 C 扫描。虽然图形分辨率并不完全相同,但还有其他考虑因素。相控阵系统是一种便携式设备,可以轻松携带到检测现场,这是传统系统无法做到的。而且,购买相控阵系统的成本仅为购买传统系统的三分之一。此外,相控阵图像通常只需几秒钟即可生成,而传统的水浸扫描图像则需要几分钟才能生成。
一般声束形状和运动方向
显示孔位置的传统 C 扫描图像
一般声束形状和运动方向
显示孔位置的相控阵 C 扫描图像
7.S扫描显示
S 扫描或扇形扫描图像表示根据时间延迟和折射角绘制的一系列 A 扫描得出的二维横截面视图。横轴对应于被测样品的宽度,纵轴对应于深度。这是医学超声波图以及工业相控阵图像的常见格式。声束扫过一系列角度以产生近似锥形的横截面图像。应该注意的是,在这种情况下,通过发射声束,相控阵探头能够从单个探头位置映射所有三个孔。
相控阵技术优于传统超声技术,因为它可以在单个探头组件中使用多个元件来偏转、聚焦和扫描声束。利用声束偏转(通常称为扇形扫描),以适当的角度生成被测工件的映射图像。这极大地简化了检查具有复杂几何形状的工件的过程。此外,当检测空间有限且机械扫描不方便时,探头狭窄的底面及其无需移动即可以不同角度发射声束的能力对于检测此类复杂形状的工件更有帮助。扇形扫描通常也用于焊缝检测。使用单个探头以多个角度检查焊缝的能力大大增加了检测异常焊接状况的机会。电子聚焦通过优化可能出现缺陷的声束的形状和尺寸,进一步提高检测率。在多个深度位置聚焦的能力还提高了在体积检测中量化关键缺陷的能力。这种聚焦功能可以显着提高具有挑战性的应用中的信噪比,并且对多组晶圆进行电子扫描可以非常快速地生成 C 扫描图像。