[發明專利]一種基于相控超聲波的缺陷分類方法

有效

• 申請號: 201210109415.3
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102621221A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王強;肖琨;馬冶浩;胡棟
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明涉及相控超聲波無損檢測領域，尤其涉及一種基于相控超聲波的缺陷分類方法。

背景技術

相控超聲波成像技術在現代無損檢測技術中，是一種令人矚目的新技術，在無損缺陷探測領域具有光明的應用前景。傳統的超聲波檢測方法，只能提供反映物體內部結構和物理性質的聲學信息，不能提供直觀的被檢對象缺陷和內部結構的圖像，所以傳統超聲波檢測方法有很大的局限性。相控超聲波成像技術提供的被檢對象圖像，可以作為材料性質和缺陷評價的依據，隨著電子技術和計算機技術的快速發展,超聲相控陣技術逐漸在安全檢測、核工業、航空工業等領域應用開來。

小波分析與傅里葉變換的頻域分析方法不同，小波變換的時頻窗在高頻時自動變窄，在低頻時又自動變寬，具有自動“聚焦”的功能，稱為數字顯微鏡，所以，小波分析是一種信號和圖像處理的好方法，廣泛地應用于數值分析、電子工程、電氣工程、通信工程和計算機工程等領域。

聚類分析是一種無監督學習的模式識別方法，它是將物理或抽象對象集合分組成為由類似對象組成的多個類的分析過程。聚類分析是按照某種距離算法對樣本進行分類，歐式距離法就是其中一種常用的距離。聚類分析在計算機科學，統計學，生物學和經濟學等領域應用廣泛。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種基于相控超聲波的缺陷分類方法。

一種基于相控超聲波的缺陷分類方法的步驟如下：

步驟一：選擇試塊和楔塊，對相控超聲檢測儀進行聲速校準、楔塊延時校準、靈敏度校準及編碼器校準；

步驟二：利用相控超聲檢測儀分別對試塊沒有缺陷和有缺陷區域進行檢測，分別采集試塊沒有缺陷區域的多張S掃描圖，試塊有缺陷區域的多張S掃描圖，超聲探頭的掃描角度為30度-70度，聚焦深度100mm，抑制15%，增益-18dB；

步驟三：利用小波對試塊沒有缺陷和有缺陷區域的S掃描圖進行三層小波分解，小波函數族的表達式如下：

式中，是小波函數的母小波函數，是由母小波函數平移和縮放構成的小波函數族，s為尺度因子，b為平移因子，通過對母小波函數平移與尺度縮放，使小波函數與分析對象在每一時刻逼近。采用sym4小波函數作為小波母函數，使用推薦參數alpha=1.5，對沒有缺陷和有缺陷區域的S掃描圖進行三層小波分解，并得到S掃描圖的小波三層閾值；

步驟四：以試塊沒有缺陷和有缺陷區域S掃描圖的小波各層閾值建立特征向量數據庫X，用于缺陷分類，X的表達式如下：

式中，x_kp(k≤n，p≤3)?是數據庫X中第k個S掃描圖的第p層閾值；

步驟五：以特征向量數據庫X為基礎，利用歐式距離法對試塊沒有缺陷和有缺陷區域進行分類，特征向量數據庫X中的樣本x_i和x_j的距離可以用d_ij來表示，公式如下：

式中：x_ia和x_ja表示樣本x_i和x_j在第a層的閾值。若樣本間距離d_ij小于1.5，則被歸為一類，樣本間距離d_ij大于1.5，則被歸為另一類。

本發明的有益效果：本發明在工業中應用廣泛，結合相控超聲波成像技術、小波變換、聚類分析能夠實現試塊缺陷的自動分類，且分類準確率達到100%，具有較高的應用價值。

附圖說明

圖1?是聚類分析效果圖。

具體實施方式

一種基于相控超聲波的缺陷分類方法包括以下步驟：

步驟一：選擇試塊(RB-2)和楔塊(SA2-N55S)用于實驗，相控超聲探頭中心頻率5MHz，陣元數64；楔塊的折射角度為55°,?使用交叉型網線連接相控超聲檢測儀和PC機；對相控超聲檢測儀進行聲速校準、楔塊延時校準、靈敏度校準及編碼器校準，使用黃油作為探頭和楔塊之間的耦合劑，使用機油作為楔塊和試塊之間的耦合劑；