[發(fā)明專利]基于聲場(chǎng)波數(shù)空間譜的軸對(duì)稱體缺陷檢測(cè)重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610051850.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN105717201B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳友興;王鑒;趙霞;吳其洲;王召巴;金永;李海洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/44
• 分類號(hào): G01N29/44
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司)14105
• 代理人: 雷立康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軸對(duì)稱體缺陷檢測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聲場(chǎng)波數(shù)空間譜的軸對(duì)稱體缺陷檢測(cè)重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)是材料加工、產(chǎn)品生產(chǎn)的主要結(jié)構(gòu)，軸對(duì)稱體廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍工、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，一般由金屬或合金材料經(jīng)溫?cái)D壓或鑄造工藝生產(chǎn)而成，在生產(chǎn)過(guò)程中由于溫度的瞬間變化、介質(zhì)與模具的摩擦、交變載荷等原因會(huì)造成工件內(nèi)部和表面產(chǎn)生不同程度缺陷，這些缺陷會(huì)影響產(chǎn)品正常、安全的使用。因此需要在生產(chǎn)過(guò)程中和產(chǎn)品使用前對(duì)其進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

超聲波探傷方法具有指向性好、高靈敏度、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，是金屬和合金材料缺陷檢測(cè)的常用方法，能夠檢測(cè)材料表面和內(nèi)部的缺陷，對(duì)如何從眾多的超聲回波信號(hào)中提取缺陷信息，并對(duì)缺陷進(jìn)行重構(gòu)是該領(lǐng)域的難點(diǎn)。現(xiàn)有的方法一般是根據(jù)單一回波提取缺陷特征信號(hào)，并根據(jù)特征信號(hào)的時(shí)間延時(shí)和超聲波的傳播速度，計(jì)算得出缺陷的邊界位置，最終把所有的缺陷表面連接起來(lái)就得到缺陷的最終輪廓。這種方法能夠初略地重構(gòu)出缺陷形狀，但很難準(zhǔn)確地進(jìn)行重構(gòu)，主要原因是超聲波傳播存在擴(kuò)散現(xiàn)象，偏離傳播中心線的缺陷也可能會(huì)有反射回波，但按照上述方法進(jìn)行缺陷重構(gòu)時(shí)卻把缺陷的邊界確定到傳播中心線上，會(huì)帶來(lái)很大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有軸對(duì)稱體缺陷檢測(cè)重構(gòu)方法存在缺陷重構(gòu)結(jié)果誤差大的技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于聲場(chǎng)波數(shù)空間譜的軸對(duì)稱體缺陷檢測(cè)重構(gòu)方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

基于聲場(chǎng)波數(shù)空間譜的軸對(duì)稱體缺陷檢測(cè)重構(gòu)方法，其采用以下的步驟進(jìn)行軸對(duì)稱體的缺陷檢測(cè)重構(gòu)：

1)利用軸對(duì)稱體超聲檢測(cè)系統(tǒng)，采集軸對(duì)稱體每個(gè)位置的超聲回波信號(hào)，截取有效區(qū)間[t_min,t_max]內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行反褶運(yùn)算得到反褶信號(hào)s_z,θ(t)，其中z表示軸向檢測(cè)位置，θ表示圓周方向旋轉(zhuǎn)角度,t_min和t_max分別為超聲回波信號(hào)中的近表面回波開始位置和遠(yuǎn)表面回波結(jié)束位置，超聲回波信號(hào)的采樣間隔為Δt；

2)按順序?qū)S對(duì)稱體其中一檢測(cè)截面z＝z₀，采用有限元法進(jìn)行單元分割，x、y方向的步長(zhǎng)分別為Δx、Δy；初始化各有限元單元節(jié)點(diǎn)處的聲壓p_z(x,y)＝0，對(duì)于超聲探頭所在位置的聲壓，進(jìn)行回波信號(hào)加載p_z(x,y)＝p_z(x,y)+s_z,θ(0)；

3)對(duì)各有限元單元節(jié)點(diǎn)處的聲壓p_z(x,y)進(jìn)行二維傅里葉變換得到聲壓波數(shù)空間譜P_z(k_x,k_y)＝F[p_z(x,y)]，初始化應(yīng)力波傳播的初始密度并計(jì)算初始應(yīng)變其中k_x、k_y分別為x、y方向的波數(shù)，c為縱波聲速，p和P分別為p_z(x,y)和P_z(k_x,k_y)的簡(jiǎn)寫，j²＝-1；

4)通過(guò)有限差分迭代法計(jì)算下一時(shí)刻t+Δt時(shí)刻的應(yīng)變

λ為邊界匹配參數(shù)；計(jì)算t+Δt時(shí)刻的應(yīng)變梯度

5)計(jì)算t+Δt時(shí)刻的密度并得出聲壓對(duì)于超聲探頭所在位置的聲壓，進(jìn)行回波信號(hào)加載p＝p+s_z,θ(t+Δt)，進(jìn)行二維傅里葉變換得到聲壓波數(shù)空間譜P＝F[p]；

6)循環(huán)執(zhí)行步驟4)-5)，直到s_z,θ(t)加載完畢，并對(duì)得到的最后聲壓圖進(jìn)行閾值分割，得到z＝z₀的二維重構(gòu)結(jié)果；

7)循環(huán)執(zhí)行步驟2)-6)，得到所有截面的二維重構(gòu)結(jié)果，采用體繪制法進(jìn)行三維重構(gòu)即得軸對(duì)稱體缺陷的三維重構(gòu)結(jié)果。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)根據(jù)聲波的傳播原理和波動(dòng)方程，考慮了超聲傳播過(guò)程的擴(kuò)散現(xiàn)象，避免在重構(gòu)原理上就帶入了重構(gòu)誤差，采用該方法大大提高了重構(gòu)精度；

2)采用基于聲場(chǎng)波數(shù)空間譜的方法將超聲波傳播平面直角坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換為聲場(chǎng)波數(shù)空間坐標(biāo)系，并利用快速傅里葉變換及其相關(guān)性質(zhì)，提高了運(yùn)算速度。