[發明專利]一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法

有效

• 申請號: 201810015577.8
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108226290B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 李兵;李應飛;陳磊;周浩;高飛;魏翔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法，其特征在于，根據待測零件的形狀大小，對待測零件進行檢測，通過探頭的移動，檢測到零件內部缺陷并在超聲相控陣儀器上進行顯示，然后保存數據，獲取待測零件內部缺陷的對應切片圖像p_i后，以S顯示為主要的圖像信息進行數據保存；對采集到的缺陷S顯示圖像p₁,p₂,...,p_i進行圖像處理；求取處理好缺陷的切片圖像的質心O_i，并標定質心O_i的位置，計算得出每個切片圖像上缺陷的面積S_i；采用等面積的圓替換形狀復雜的缺陷，將所有的圖片進行面積等效處理，重構缺陷的三維模型，計算得到零件內部重建缺陷的三維參數用于反映零件的內部結構，具體為：將切片圖像P_i中不規則形狀的缺陷通過面積等效變換為新切片P′_i中的圓形缺陷，得到以圓形區域顯示標記了缺陷質心O′_i的缺陷切片圖像P′_i，根據切片圖像之間的關系確定缺陷體積V_i，通過將所有切片依次排列，以標定圓心O_i的連線作為缺陷的中心線，構建成彼此連接、順次貫通的管狀缺陷三維模型，當第i次和第i+1次探頭的掃查方向平行，以圓O_i、O_i+1分別表示切片P_i、P_i+1中的缺陷區域，r_i、r_i+1分別表示對應的等效缺陷圓半徑，d_i表示第i次探頭沿進位軸方向的進位距離，得到第i段缺陷的體積V_i如下：

其中，S_i、S_i+1分別表示切片P_i、P_i+1中缺陷的面積；

當第i次和第i+1次探頭的掃查方向不平行，設相鄰兩切片圖像的法向矢量分別為該相鄰切片圖像的方向矢量為確定截面輪廓在方向矢量方向上的投影面積S_j，進而得到第i段缺陷斜截面的體積V_i如下：

其中，為第i次探頭沿進位軸方向進位距離的方向矢量，φ_i為與之間的夾角，μ_i為與之間的夾角；

圖像處理具體包括以下步驟：

S201、將切片圖像p_i轉換為灰度圖；

S202、對缺陷灰度圖進行高斯、中值濾波，選取濾波降噪效果好的缺陷圖片；

S203、對經過濾波降噪的圖片進行形態學操作，提取缺陷邊緣。

2.根據權利要求1所述的一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法，其特征在于，探頭對待測零件進行檢測具體為：首先設置好相控陣的掃查參數，然后在待測零件上涂抹厚度均勻的耦合劑，緩慢移動探頭，直到儀器顯示出缺陷來，移動探頭，確定缺陷所在的大致區域；根據確定的缺陷所在大致區域，設置探頭的掃查路徑為沿橫向進行掃查，沿縱向進位。

3.根據權利要求1所述的一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法，其特征在于，通過計算機讀取缺陷圖像每個像素點的像素值I(x_i,y_i)得到缺陷圖像質心O_i的坐標獲取缺陷所在區域包含的所有像素點的個數得到切片圖像p_i中缺陷的面積S_i。

4.根據權利要求3所述的一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法，其特征在于，設圖像的像素點個數為M×N，缺陷圖像質心O_i的坐標表示如下：

5.根據權利要求1或3所述的一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法，其特征在于，根據每個像素點的邊長a確定每個像素點的面積Lpixel²，得到缺陷的面積S_i如下：

S_i＝n·Lpixel²

其中，n為目標像素點總數。

6.根據權利要求1所述的一種基于超聲相控陣的零件內部缺陷三維參數提取方法，其特征在于，依次求取出所有相鄰切片P′_i、P′_i+1對應缺陷段的體積，通過把所有相鄰段的體積相加即可得到缺陷的總體積V如下：

其中，V_i為第i段缺陷的體積。