[發明專利]變壁厚曲面構件自適應相控線陣聚焦掃描方法及檢測方法

有效

• 申請號: 201711215233.3
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN108020598B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 王中亞;陳安生;倪滿生;王家慶;劉明星
• 申請（專利權）人: 中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東分公司
• 主分類號: G01N29/26
• 分類號: G01N29/26
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種變壁厚曲面構件自適應相控線陣聚焦掃描方法及檢測方法，先讀取曲面內壁輪廓線的曲率、位置等幾何參數，然后按照等弧長原則自動在工件內壁輪廓線上設置焦點，再依據內壁焦點位置的曲率信息，并依據垂直入射原則反推出工件中聲線路徑，進一步，再依據工件和耦合介質層界面折射定律獲得耦合介質層中聲線路徑，耦合介質層中聲線路徑和線陣相交位置即為聲源孔徑中心，選取臨近聲源孔徑中心的一組陣元確定為該焦點位置的激勵陣元序列，再通過二分法計算陣元序列中各個陣元到焦點位置的聲線，獲得聲線后依據傳播路徑和聲速來計算聚焦延遲，從而控制相控線陣換能器對工件聚焦掃描。

技術領域

本發明涉及超聲相控陣無損檢測領域，具體涉及一種變壁厚曲面構件自適應相控線陣聚焦掃描方法及檢測方法。

背景技術

隨著科學技術進步，對于產品的質量控制要求變得越來越嚴格。近年來相控陣技術逐漸應用于各個領域的工業探傷中，許多傳統超聲難以檢測的復雜結構，應用超聲相控陣技術可以獲得較好的檢測效果。采用傳統超聲檢測較為費時費力的構件，采用超聲相控陣技術后，其檢測效率和可靠性也獲得極大提高。因此，可以預見超聲相控陣檢測技術也將在工業超聲檢測領域帶來新的技術革命和廣泛應用，極大提高超聲檢測效率和可靠性。而目前的相控線陣系統主要采用線性掃描和扇形掃描來成像，這里簡要的介紹下相控陣的兩種常用掃查方式。

(1)線掃描：以相同的聚焦法則施加在相控陣探頭中的不同晶片組，每組激活晶片產生某一特定角度的聲束，通過改變起始激活晶片的位置，使該聲束沿晶片陣列方向前后移動，以實現類似常規手動超聲波檢測探頭前后移動的檢測效果。線掃描包括垂直入射線掃描和傾斜入射線掃描兩種。

(2)扇形掃描：用特定的聚焦法則激發相控陣探頭中的部分相鄰或全部晶片，使激發晶片組形成的聲束在設定的角度范圍內以一定的步進值變換角度掃過扇形區域。

工業生產中，簡單的線掃描和扇形掃描難以完成復雜結構件的檢測，尤其是如圖1所示的曲面變壁厚回轉構件，構件壁厚、曲率變化需要聲束聚焦深度和偏轉方向不斷變化，傳統線掃描或扇形掃描方法結果難以實現全覆蓋檢測，不能準確的檢出工件內部缺陷情況。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于傳統相控陣檢測技術難以檢測復雜變壁厚構件，提供了一種相控線陣自適應聚焦方法及檢測方法。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：

變壁厚曲面構件自適應相控線陣聚焦掃描方法，包括以下步驟：

(1)獲取變壁厚曲面結構件表面和內壁輪廓的幾何參數；

(2)識別和讀取出曲面內壁輪廓線的幾何參數，按照等弧長原則自動在工件內壁輪廓線上設置系列焦點；

(3)依據垂直入射原則，以內壁各焦點位置為目的點，根據焦點位置的曲率反推出工件中垂直內表面的聲線路徑，進一步地，再依據折射定律獲得耦合介質層中聲線路徑；

(4)以耦合介質層中聲線路徑和線陣的相交位置作為聲源孔徑中心，選取臨近聲源孔徑中心的一組陣元作為焦點的激勵陣元序列；

(5)計算各個陣元在曲面表面的有效入射點，確定入射角，然后計算出折射角，進而計算出折射線到焦點的距離，獲得距離后依據傳播路徑計算出傳播時間，進而獲得相控線陣聚焦延遲，從而控制相控線陣換能器對工件聚焦掃描。

作為優化的技術方案，步驟(1)中，通過解析工件DXF文件獲取變壁厚曲面結構件表面和內壁輪廓的幾何參數。

作為優化的技術方案，步驟(3)中的耦合介質為水或機油。

作為優化的技術方案，步驟(4)中選取聲源中心左右各8個陣元作為焦點的一組激勵陣元序列。

作為優化的技術方案，步驟(5)中的有效入射點滿足斯涅爾定律。