[發(fā)明專利]一種基于柔性超聲陣列換能器的多聲束自動(dòng)掃描成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110171424.0
• 申請(qǐng)日: 2011-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN102253122A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉松平;劉菲菲;李樂剛;郭恩明;李維濤;白金鵬;謝富原;曹正華;孟秋杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G01N29/06
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于柔性超聲陣列換能器的多聲束自動(dòng)掃描成像方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的復(fù)合材料等大型結(jié)構(gòu)超聲自動(dòng)掃描成像方法主要采用超聲穿透法和反射法，利用探測(cè)聲束對(duì)被檢測(cè)材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐行掃描，然后提取每一個(gè)掃描行中檢測(cè)位置的超聲信號(hào)，按照逐行掃描順序和檢測(cè)點(diǎn)位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行成像顯示，實(shí)現(xiàn)超聲掃描成像。通常超聲換能器按預(yù)先設(shè)定的步進(jìn)量和掃描速度，由超聲檢測(cè)設(shè)備控制換能器對(duì)被檢測(cè)零件進(jìn)行逐行逐點(diǎn)覆蓋掃描。對(duì)于超聲穿透法掃描成像，主要是采用單通道掃描；對(duì)于反射法掃描成像，為了提高掃描成像效率，也有利用超聲相控陣換能器實(shí)現(xiàn)多聲束掃描，超聲相控陣換能器采用整體移動(dòng)逐行掃描，以手工掃查為主，因曲面接觸耦合困難、分辨率低、盲區(qū)大等原因，目前在復(fù)合材料等工程結(jié)構(gòu)上尚難以推廣應(yīng)用。

目前復(fù)合材料等大型結(jié)構(gòu)超聲掃描方法主要是基于單聲束掃描原理，采用逐行掃描逐點(diǎn)檢測(cè)方式，對(duì)于工業(yè)批生產(chǎn)中的大型復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)，其顯著不足是掃描效率很低。另一種掃描方法是基于超聲相控陣方法，實(shí)現(xiàn)多聲束掃描，以提高掃描效率，其顯著不足是：(a)因其普通超聲相控陣換能器采用剛性設(shè)計(jì)，而復(fù)合材料等工程結(jié)構(gòu)型面復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)有效可靠的聲波耦合；(b)難以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)的超聲自動(dòng)掃描，而且分辨率和表面檢測(cè)盲區(qū)大(一般在1mm左右)；(c)不能實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)掃描。

目前采用的復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)反射式超聲自動(dòng)掃描成像方法中的結(jié)果顯示，主要采用一維信息(如幅值信號(hào))成像，其明顯不足是：對(duì)于非等厚結(jié)構(gòu)，因難以有效區(qū)分來自厚度變化和缺陷存在引起的超聲反射信號(hào)，難以有效實(shí)現(xiàn)掃描成像，而對(duì)于航空等許多工業(yè)領(lǐng)域，被檢測(cè)工程結(jié)構(gòu)以變厚度為主，這種聲束掃描成像方法幾乎難以實(shí)現(xiàn)正確的掃描成像顯示。而采用超聲穿透法聲束掃描成像方法，其不足是：不能得到被檢測(cè)零件中缺陷的深度信息，檢測(cè)靈敏度和分辨率不如反射法高，對(duì)于復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)超聲穿透法掃描成像，而且掃描成像效率低。

現(xiàn)有的超聲掃描成像方法中的結(jié)果顯示主要是通過計(jì)算機(jī)顯示器進(jìn)行顯示，實(shí)際被檢測(cè)復(fù)合材料等大型結(jié)構(gòu)往往比計(jì)算機(jī)物理顯示器顯示區(qū)大得多，而且復(fù)合材料等大型結(jié)構(gòu)超聲檢測(cè)的信息量往往又非常大，采用傳統(tǒng)的壓縮成像顯示方法，信息丟失嚴(yán)重，易造成顯示漏檢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種掃描成像效率高、成像質(zhì)量和準(zhǔn)確性好，改善掃描分辨率，以實(shí)現(xiàn)大型工程結(jié)構(gòu)高效掃描成像檢測(cè)與缺陷量化評(píng)估的一種基于柔性超聲陣列換能器的多聲束自動(dòng)掃描成像方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，

(1)多聲束自動(dòng)插補(bǔ)掃描

利用超聲檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)被檢測(cè)零件進(jìn)行自動(dòng)插補(bǔ)掃描；

(2)多聲束掃描成像信息提取與重構(gòu)

通過超聲檢測(cè)系統(tǒng)中的信號(hào)采集單元提取多聲束掃描成像位置信息和超聲信息，進(jìn)行成像位置信號(hào)解調(diào)和成像超聲信號(hào)重構(gòu)，

①成像位置信號(hào)解調(diào)方法

對(duì)于第k個(gè)掃描行中的第i個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，掃描聲束陣列中的第r行的第c列掃描聲束的坐標(biāo)位置信息中的坐標(biāo)位置可表示為：

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