CN102439436B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用超声波进行无损检测工件的测试探头10。该测试探头具有产生超声波扫描场的超声换能器20，其与延迟线部分12声学耦合，该延迟线部分12设置在用于耦合超声波扫描场到工件上的工件的表面上。此外，本发明涉及测试探头组件以及利用超声波进行无损检测工件的测试装置，包括测试探头10，其超声换能器20具有多个可独立控制的单个的振荡器。而且，具有控制单元50，其设置成以相位精度方式控制超声换能器20的各单独的振荡器，即产生一与中心光束旋转对称的声场。测试探头或测试探头组件以及测试装置尤其适用于声波的角干涉或用于曲面工件的表面区域。

Description

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

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。

根据EP 1 764 614A1，一种基于超声的工件测试的探头是已知的。这种探头包括换能器阵列，该换能器阵列具有多个换能器元件。该探头还包括由固体材料制成的延迟器件，其中，该延迟器件的一部分具有球形楔的形状，该球形楔具有弯曲的外表面。该弯曲的外表面上的每一点与原点间隔开了恒定的半径。尽管这种探头旨在使来自待测工件的反射的超声信号的分析更容易，但是它仍然有许多在超声波束已经耦合到工件中之后因扭曲的波束形状而导致的缺点。此外，这种扭曲与所实现的耦合角有关，从而使反射的信号的分析成为更复杂的任务。

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。

在复杂的理论和实验研究的背景下，现在已经证明来源于工件体内部的反射体超声信号的判读性得到了相当程度的改进，如果能够确保选择了适当的检测技术，由测试探头产生的耦合到工件之后的超声场基本上与其主传播方向是旋转对称的。实际上，在此旋转对称是更加可取的。然而，在本发明的“旋转对称”的背景下，声场同样是不言自明的，该声场具有关于主传播方向的旋转对称，即，能够围绕主传播方向旋转，例如，120°(三重对称)，90°(四重对称)也或者60°(六重对称)转变为自身。

根据本发明，超声换能器所在位置处的延迟线器件的表面区域的形状不是以平面的方式存在。特别地，超声换能器所在位置处的延迟线器件表面区域设置成能够可选的，以便从超声换能器不同点发射出的元波不论角透射或是穿过工件的非平面的表面区域的透射，都在工件体内部表现得像具有环形振荡器的预设垂直测试探针，即，在工件内部形成相对于中心波束旋转对称的相同的声场。

通过考虑费马定律和延迟线与测试物之间界面处的折射，将所有声束从平的环形直探头到带有给定延迟线长度和给定的透射角的斜探头的飞行时间进行转变，就可以解决该问题。对近场内所有可能的声束进行这种计算。平面圆形换能器的近场特征在于，中心波束和来自圆形换能器周边的波束的飞行时间的差异是T/2，其中T是超声波的循环周期。由此，所得的点云定义了斜探头的新的换能器的形状。

已经提到了只有在连续超声波的情况下上述提到的情形才是绝对适用的。在大多数的测试设置中，使用了脉冲超声波。作为试验性的，我们能够得到在本发明的背景下使用脉冲超声似乎将导致与上述规定的情形相比较小的偏差，近场的情形更加典型。该偏差可能与短的超声脉冲的高分散性有关系，可以通过引入经验性质的校正因子A得以解决。代表性地，A范围在0.8到1之间。因此，改进根据本发明方法整体的精确度的方法是或者对每一个给定的测试探头引入比例修正因子A，其只能通过试验测定，或者代替依赖于典型的近场长度条件，确定了一个新的正如在前述段落中进一步详细描述的评价脉冲声场的起始点，其区别于上述提到的典型的近场条件。已经发现一个以脉冲形式发射的给定的测试探头声场的数字模拟能提供更加精确的有关声轴上最大声压位置的测定结果。然后该位置以数字的近场长度被识别并对脉冲超声波的特殊性质做出解释。第一种方法的优势在于简便，而后者在根据本发明方法和探头的实际应用中会产生较好的结果。

很明显根据本发明的测试探头在给定的透射角和/或在穿过工件非平面表面区域的透射情况下，是特别适于利用DGS方法对工件中反射体尺寸的检测。

以下将对各种技术性概念进行讨论，根据本发明的由测试探头产生的超声场，该声场的分布在其完全进入到工件体内后产生。

在多数应用中，如果超声换能器所在位置处的延迟线器件的表面区域在声波的透射平面具有S形的轮廓，被证实是有利的。因此，该平面作为声波透射平面，其由在延迟线器件内的超声波的主传播方向和在超声波耦合位置处的工件表面区域上的曲面法线确定。由延迟线器件和工件间的边界曲面与声轴相交处的点来确定耦合位置。

另一方面，如果超声换能器所在位置处的延迟线器件的表面区域能以在透射平面上具有绝对最小值的函数进行描述，垂直于透射平面被证明是有利的。特别地，该函数基本上对应于向上张开的抛物线。在本申请的背景下，这意味着该函数具有存在于透射平面的绝对最小值，并且通常是向上张开的。通常在该透射平面的附近，该函数近似于抛物线函数，并且，如果必要的话，是更高(偶数＝第4，第6，等等)阶的多项式。

正如之前指出的，如果在工件内形成的超声场与工件内的主传播方向旋转对称，已经证明是有利的。特别地，这意味着在工件内部的声束的横截面是圆形的。然而，如果在斜探头的用于产生超声场的超声换能器不是圆的，即，不具有圆形的圆周线，已经证明是有利的。如果超声换能器的圆周线通常不是旋转对称的，特别不是圆形的或具有正多边形的形态，更证明是有利的。

基于工件内接受的超声场与中心波束旋转对称，在工件部分上的超声场朝向工件耦合位置处表面区域的曲面法线倾斜，对声束应用费马定律，确定相应超声换能器的最佳的形状和最佳的圆周线是可能的，该换能器应用于延迟线器件的区域，该延迟器件区域的曲面法线朝向工件耦合位置处表面区域的曲面法线倾斜。在超声探测的实际操作中，典型的透射角是25°到75°，特别是45°，60°和70°。在此，应用于原材料的折射定律确定了需要倾斜的角度。能够获得工件内部声场的数据，例如，通过计算典型的垂直透射的带有圆形平面换能器的测试探头的超声场。为了简便，对该参考测试探头的声场计算的情况下，省略了延迟线器件。基于该参考的测试探头的声场计算，现测试带有延迟线器件的角透射测试探头，其中超声换能器被设置在延迟线器件的表面区域上，例如，通过粘合。而且，规定在工件内部，角透射测试探头的声场应该与垂直的透射参考测试探头的声场一致，即，存在于工件内的旋转对称与主传播方向以及在近场的边界的主传播方向上声压的最大值相关。在上述边界条件下，能够确定角透射测试探头的超声换能器与参考测试探头换能器平面结构之间的偏离。结果，将要贴附超声换能器的延迟线器件区域其几何形状不再为平面。

如果另外考虑了延迟线器件的角度依赖性---工件的耦合因素，精确性将会获得又一次的提高，其中许多材料组合的耦合因素列表给出。

最后，通常仍然会考虑常见的---延迟线器件内的声波衰减，该衰减是由于延迟线器件内的几种元波路径不同导致了超声换能器传播的声束瓣进一步产生变形造成的。同样，也为了计算而作这种考虑。

利用工件中作为旋转对称的超声场的波束周界的检测，实际超声换能器的圆周线的精密形状又可以通过描述的方式进行确定。

总而言之，通过计算，该计算通常需要以超声换能器的频率，延迟线器件和工件中的声波速度，直的和斜的测试探头的延迟线，直测试探头圆形换能器的直径以及透射角作为输入参数，将获得

·相应的(二维，但向三维延伸的)超声换能器与延迟线器件公认为平面的表面区域的空间分辨的偏离，其中超声换能器应用到/应该应用到该延迟线器件，以及

·相应换能器的圆周线，在耦合到工件后，并提前设置了工件内角透射的情况下，其超声场相对于测试物质中的主传播方向是旋转对称的。

上述的方法步骤因此能够确定校正的延迟线器件的区域设计，超声换能器声学耦合(“换能器表面”)到该延迟线器件上，例如，通过粘合剂结合。此外，能够确定相应超声换能器的圆周线的具体形状。这些结果能够直接用于，例如，调整设计后的超声换能器，调整后的设计即，适于生产超声换能器的压电薄膜或复合材料的平板或膜的圆周线。通过相应的延迟线器件的换能器表面的精加工，例如，利用CNC-加工，能够实现相应超声换能器相对于平面结构所需的偏离，其中超声换能器声学耦合到该延迟线器件。确定明确的相应换能器的构造(圆周线，与平面结构的偏离)以满足延迟线器件预设的几何结构，预设的超声换能器频率，工件和延迟线器件的预设材料，已经证明是合理的。然而，如果设定的检测精确性要求较低时，这并不是必要的条件。随后，将在实施例部分讨论具体的例子。

到目前为止，假定所用的超声换能器是单件独立的振荡器的情况。但是，可选地超声换能器也可以具有多个独立可控的单个振荡器。特别地，这种测试探头可成形为，根据本发明的旋转对称可以在工件中存在，当为各单独的振荡器的情况时，例如是由分离设计的控制单元同相控制的。在这样的结构中，如前所描述的那样，超声换能器耦合处的延迟线器件的表面区域将轮流作为非平面区域。

此外，在最广泛的研究中表明，不依赖于换能器表面的外形，能获得类似的优势，如果测试探头的超声换能器具有多个独立可控的单独的振荡器。如果将设置成以此方式控制相位精确的超声换能器的单个振荡器的控制单元结合具有如此分离设置超声换能器的测试探头，测试探头产生的超声场在耦合到工件之后基本上是与中心波束旋转对称的，那么根据本发明的这种测试装置的优势能够依次实现。如前所述的相应的来自于平面结构的二维超声换能器的偏离也能够，例如，通过相同的各单独超声换能器的振荡器的相位精确控制来实现。其先决条件仅仅是检测装置的控制单元的足够的时间分辨能力。但是，一般的，超声换能器各单独振荡器的相位精确控制不能代替如上所述的超声换能器的圆周线的调整。在大多数情况下，这是实现工件中旋转对称的波束轮廓的额外需要。

而且，根据本发明测试装置控制单元优选的进一步的改进在于设置成以这样的方式相位精确地控制超声换能器的各单独的振荡器，测试探头产生的超声场的主传播方向，即，中心波束的方向，能够至少在一个平面内改变，例如，入射平面。这种所谓的“相控阵”的典型特征，正如现有技术所熟知的，也能够根据本发明的测试装置实现。一般的，这样的测试装置的测试探头以这样一种方式形成，即在工件中各单独振荡器的同相控制的情况下，形成旋转对称的声场，其主传播方向朝向耦合点处(＝角透射)的曲面法线倾斜。但是这并非强制性的，对于在理想/预设的透射角条件下，角透射也需要各单独振荡器的相位精确(彼此互相延迟)控制。这种透射角的校正可通过已知的各单独振荡器的相位控制来实现。

根据本发明的测试装置的优选的进一步的改进在于，各单独振荡器设置成二维阵列的形式。其允许对超声换能器位置处的延迟线器件的表面区域以平面的形式进行定形，并且专门通过对二维阵列的各单独振荡器的相位精确控制实现对超声波束生成所需的调整，该超声波束在工件中对主传播方向是旋转对称的。通常该各单独振荡器的相位精确控制因此对所选透射角是特定的。

在根据本发明的测试装置的可选的优选实施例中，超声换能器的各单独振荡器以线阵列的形式设置。因此线阵列地纵轴优选设置成在透射平面。

在本实施例的优选第一例中，超声换能器位置处的延迟线器件的表面区域在线阵列地纵轴方向上被定形为平面。对于选定的透射角，为形成工件中旋转对称波束轮廓，以相位精度方式控制阵列的各单独振荡器。

在优选的第二例中，正如在前所描述的，超声换能器位置处的延迟线器件的表面区域在偏离平面结构的线阵列纵轴方向被定形。对于至少在入射平面的预设入射角，同样在各单独振荡器同相控制的情况下，其允许实现所需的在工件中旋转对称的波束轮廓。

为实现有关工件中所需旋转对称的理想结果，正如前述提到的，计算出与透射平面垂直的和超声换能器位置处的平面偏离的延迟线器件区域的形状，并且通过恰当的延迟线器件的设计/材料加工来实现。并且由于延迟线器件表面区域的设计依赖于实际的透射角，有利地是，延迟线器件的设计被最优化，因此在预设透射角的情况下，生成旋转对称的波束轮廓。所述预设透射角可以直接由，例如，线阵列的所有单个振荡器的同相控制来设定。

如果在这种配置里，透射角是电子校正的，例如，通过相应的阵列中各单独振荡器的相位精确控制，那么基本上呈阵列的延迟线器件换能器表面的设计由于角度的改变将不得不再次优化。但是在此另人惊奇的是，工件中产生的波束轮廓相对于所需旋转对称的偏离是相当小的，对于(特定的)中心透射角，垂直于透射平面的区域轮廓的一次优化在实践中一般可获得令人满意的结果。从而换能器通过不同转向角的形状的改变能通过计算延迟规律被采用。

正如前面已经说明的，一般的，延迟线器件---工件耦合因素与延迟线器件中的声波衰减(归于延迟线器件中的运转长度的改变)都是由透射角决定的。在相控阵测试探头的情况下该影响可以进行简单的补偿，因为阵列中各单独振荡器的发射振幅或/和接收振幅是独立进行调整的。

而且，利用超声波进行工件无损检测的具有同等频率的测试探头组件已经证明是有利的，其包括第一测试探头，其提供用于在第一透射角下的声波透射，以及第二测试探头，其提供用于在第二透射角下的声波透射，以及第三测试探头，其提供用于在第三透射角下的声波透射(典型的角度是，例如，45°，60°以及70°)。测试探头组件的特征在于在工件中所有测试探头的近场中，在中心波束方向由测试探头产生的超声场是基本上与在中心波束方向上由其他测试探头产生的超声场一致。优选的，因此所有测试探头用于声波的角透射。特别地，所有测试探头优选符合根据本发明的与前述优选实施例的一个或更多个一致的测试探头。这样的测试探头组件通过多个透射角利用DGS方法对工件中缺陷尺寸的确定是特别适合的。

特别地，对于所有测试探头来说，如果在测试物质中的主传播方向上到达近场边界的声波路径的长度基本上相同，就是测试探头组件中各测试探头的非常简单的应用。

下文结合附图详细说明所附权利要求以及实施例的进一步的优势和特征。其中附图为：

图1：给出了根据本发明的测试结构的示意图，

图2：给出了根据本发明的测试探头的超声换能器的三维的描述，从中能够清楚反映出超声换能器的圆周线相对于至今公认的圆形或矩形结构的偏离，

图3：给出了超声换能器所在位置处的延迟线器件的换能器表面在入射平面上的剖切线，

图4：给出了图3直线的交叉点的偏离的数值坐标的说明，其代表了现有技术中已知的平面传感器表面，

图5：给出了区域垂直于入射平面的剖切线，

图6：给出了根据本发明的测试探头的超声换能器的二维的描述，从中能够清楚反映出超声换能器的圆周线相对于至今公认的圆形或矩形结构的偏离，

图7：给出了第二实施例中的根据本发明的测试探头的超声换能器的视图，

图8：给出了第三实施例中的根据本发明的测试探头超声换能器的视图，以及

图9：给出了根据本发明的测试探头组件的两个示意性的测试探头。

根据本发明的测试结构1包括测试探头10，其组成部分包括延迟线器件12，可以由，例如，制造。在所示的测试结构中，在测试探头10属于斜测试探头的情况下，其用于在工件100中产生超声波束，以角度β向入射表面的法线倾斜。因此，延迟线器件12具有耦合表面14，测试探头10的延迟线器件12贴附到工件100的表面区域102。通常，正如现有技术公知的，按照工件表面区域102的几何形状何调整测试探头10的耦合表面区域14的几何形状。

合适的超声换能器20定位在延迟线器件12的换能器表面16，以这种方式会产生较好的超声换能器20对延迟线器件12的声学耦合。超声换能器20，例如，能够由压电材料组成并粘贴在换能器表面16。通常，换能器表面16以一定角度向工件表面区域102的表面法线倾斜。超声换能器20由分离设计的控制单元控制，控制单元经过控制线56连接。通常，控制单元50包括用于图解说明已记录的回波信号的显示器52以及如果需要的话包括设备调节器，其能够通过多个操作调节器54部分地调整。因此，控制装置50以脉冲-回波技术配置用于测试探头10的控制。特别地，根据所谓的DGS方法并且如果需要的话在显示器52上给操作者以图示，控制单元50能提供用于确定工件100中的反射体尺寸。如果控制单元50符合德国专利申请DE 102008037173，DE 102008002445或DE102008002450以及发明申请持有者的美国专利US5,511,425说明书的记载，这种连接将产生特定的优势。本专利申请涉及的主题完全增加到该参考的专利申请所包括的全部范围中。

图2现在给出了根据本发明优化的超声换能器20的三维的描述，从中能够清楚反映出超声换能器20的圆周线22相对于至今公认的作为最理想的圆形或矩形结构的偏离。以工件中所需的旋转对称的波束轮廓为基础，在透射平面内超声换能器20产生了与到那垂直的情况相比明显较大的延伸。而且，出现了与入射平面明显对称的圆周线22，但是其并非关于换能器点X或关于经过该点垂直于入射平面的平面点对称。进行估值接近于真实值的优化，也就是对于13.40毫米的延迟线，垂直的透射圆形超声换能器20的直径作为13.00毫米计算的起点，透射角60°，超声频率2MHz，延迟线器件中声速2.730mm/μs以及工件中声速3.255mm/μs。所示换能器的灰度坐标编码是毫无疑义的。在此测试的超声换能器20/测试探头10的特征尺寸能够从以下的图表获得：

此处***图表

图3表示通过根据本发明的测试探头10的延迟线器件12的换能器表面16的剖切线，其基于根据图2的换能器20，其中剖切线位于透射平面内。透射平面由工件内超声的传播方向以及超声耦合点处工件表面区域102的表面法线确定。图3中的虚线表示现有技术中通常的换能器表面16’的平面路线，实线表示实际的表面路线16。由X表示的点表明超声换能器20中心波束的出射点。可以明显地看出，超声换能器20的点X位于实线上，但在点X两边出现了与平面表面路线的偏离。因此，在换能器(未示出)上点X处的垂直线是在延迟线器件12中的中心波束以及其方向根据Snellius的确定透射角β。

图4现在给出了根据图3放大的图示(在适当的坐标转换之后)，通过测试探头10优化的换能器表面16的剖切线，其中y轴在此表示计算出的毫米量级换能器与平面区域的偏离。正如可明显看到的，与平面区域的偏离仅仅存在于一段毫米量级的范围内。而且，能看出基于理想平面的换能器表面16’，换能器表面6优化的表面路线能够描述成S形，即，图3中表示的切线，基于平面换能器表面16’包括局部最大值，局部最小值和转折点位于之间。这种延迟线器件12的换能器表面16的设计能够，例如，在延迟线器件12的生产过程中以机械方式实现。

图5现在给出了通过根据前述实施例测试探头10优化的换能器表面16，在垂直于入射平面方向上的切线，在超声换能器20的前述已定义的点X处进行。能清楚地看到表面轮廓在该切线的示意性的路线，其中与平面区域的偏离仅依次存在于一段毫米量级的范围内，但将导致散焦声束。

图6给出了根据本发明图2优化的超声换能器20的坐标图示，其中该图表示是在点X处垂直于优化的换能器表面16。

正如已经在发明内容部分说明的，超声换能器20能够设置成单个振荡器。但是，也能设置成分离的线阵列的方式，其中超声换能器20细分成多个单独的振荡器24，其具有，例如，相同的宽度。这样的线性阵列能够从图7中获得。而且，将超声换能器20设计成二维阵列是可能的，正如图8中示意性表示的那样分离的部分基本上具有相同的宽度。

最后，图9示意性给出了根据本发明的一对测试探头10，其中第一测试探头10.1属于斜测试探头，其优化的固定透射角β＝45°，并且其中超声换能器20设置成一整体。第二测试探头10.2，其也是测试探头或声波的角透射，但是此时固定透射角β′＝60°。因此测试探头10.1和10.2是互相调整适应，使得由它们产生的超声波场在每种情况下，在工件中，至少在近场中都是基本一致的，并因此优选相对于它们各自的主传播方向旋转对称。测试探头组件具有特别简单的可操作性，因为对于测试探头10.1和10.2两者，在物质中的到近场边界的声波路径基本上是相同的。由X表示的点表明在此点中心波束切割了各自的换能器20，20’。

Claims (16)

1.一种利用超声波对工件进行无损测试的测试探头（10），其中测试探头用于使声波角透射到工件中，具有与延迟线器件（12）声学耦合并用于产生超声场的单个超声换能器（20），该延迟线器件被贴附在工件表面区域上以使超声场耦合进入工件，其特征在于

a.由测试探头（10）产生的超声场在耦合到工件中之后相对于其中心波束是旋转对称的，以及

b.超声换能器（20）所在位置处的延迟线器件（12）的表面区域是非平面。

2.根据权利要求1的测试探头（10），其特征在于，延迟线器件（12）的耦合表面区域（14）是曲面。

3.根据权利要求1的测试探头（10），其特征在于，超声换能器（20）的圆周线不具有旋转对称性，特别地，是非圆形或非正多边形。

4.根据权利要求1的测试探头（10），其特征在于，超声换能器（20）所在位置处的延迟线器件（12）的表面区域的设计是经过选择的，使得在主传播方向上存在一点，在该点上，中心波束和边界波束之间运行时间的差异量是T/2，其中T表示超声波的循环周期。

5.根据权利要求1的测试探头（10），其特征在于，超声换能器（20）所在位置处的延迟线器件（12）的表面区域在透射平面中具有非线性的轮廓，并且特别地具有S形的轮廓。

6.根据权利要求1的测试探头（10），其特征在于，超声换能器（20）所在位置处的延迟线器件（12）的表面区域被函数描述成与透射平面垂直，该函数具有绝对最小值。

7.根据权利要求1的测试探头（10），其特征在于，延迟线器件（12）的耦合表面区域（14）是平面的或者是非平面的。

8.一种利用超声波对工件进行无损测试的测试装置，具有

a.测试探头（10），其具有用于产生超声场的超声换能器（20），其中

i.该超声换能器与延迟线器件（12）声学耦合，该延迟线器件被贴附在工件表面上以使超声场耦合进入工件，以及

ii.该超声换能器具有多个独立可控的单独的振荡器，

b.控制单元（50），其设置成以相位精度方式控制超声换能器（20）的各单独的振荡器，使得由测试探头（10）产生的超声场带有角度地被引入到工件中并且在耦合到工件中后相对于其中心波束旋转对称。

9.根据权利要求8的测试装置，其特征在于，控制单元还设置成以相位精度方式控制超声换能器（20）的各单独的振荡器，使得由测试探头（10）产生的超声场的主传播方向是可变的。

10.根据权利要求8的测试装置，其特征在于，延迟线器件（12）的耦合表面区域（14）是非平面的。

11.根据权利要求8的测试装置，其特征在于，超声换能器（20）的各单独的振荡器被设置成线阵列的形式或二维阵列的形式。

12.根据权利要求8的测试装置，其特征在于，超声换能器（20）所在位置处的延迟线器件（12）的表面是平面的。

13.根据权利要求11的测试装置，其特征在于，线阵列的纵轴位于透射平面中。

14.根据权利要求1的测试探头的组件，其各组成探头用于在多个不同透射角下的声波透射，其特征在于，工件中所有测试探头的近场边界相对于其中心波束基本上与其他测试探头所产生的超声场相对于其中心波束是一致的。

15.根据权利要求14的测试探头组件，其特征在于，在中心波束方向上，所有测试探头在测试物质中到达近场边界的声波路径的长度是一致的。

16.根据权利要求1的测试探头、根据权利要求8的测试装置、或根据权利要求14的测试探头组件的应用，利用DGS方法对工件中的反射体的尺寸进行确定。