[發明專利]一種相控陣超聲波信號數據的三維轉換和融合方法

在審

• 申請號: 201810436114.9
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108459088A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 關雪飛
• 申請（專利權）人: 北京領示科技有限公司
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種相控陣超聲波信號數據的三維轉換和融合方法，包括：無損檢測數據采集，得到超聲相控陣原始數據；進行三維轉換；進行數據融合；進行缺陷分析。本發明的優點在于：能夠提升缺陷識別可靠性并提供更完備的缺陷描述信息；能將多個角度聲束信號在轉換后的幾何空間內進行科學融合；結果不受人為誤差的影響，具有可重復性，實現了高可信的自動分析。

技術領域

本發明涉及超聲無損檢測數據處理和成像技術領域，特別涉及一種相控陣超聲波信號數據的三維轉換和融合方法。

背景技術

超聲相控陣(PA)是一種先進的工業無損檢測技術(NDE)，通過調整傳感器上獨立單元激發的延時模式，能產生不同的聚焦律。通過電子控制的方式改變超聲波波束的指向和聚焦。因此，能夠在探頭固定的前提下，實現多個角度和深度的掃查。

現有對超聲相控陣數據的分析技術主要包含：1D波形人工檢視以及波幅強度2D人工檢視；

1D波形人工檢視的原理示意圖如圖1所示，探頭在當前位置采樣，接收到的信號為回波賦值，如果聲束路徑上遇到缺陷，會有較強的回波信號，通過查找這樣的缺陷回波，識別被檢測物中的缺陷。

如圖2所示，波幅強度2D圖像是將掃查路徑上每個采樣位置的1D回波信號堆疊在一起，形成一個二維數組。將二維數顯示成一幅強度圖片，圖片上任意一點的像素包含一個強度標量，這個標量可以關聯到色譜，例如用藍色表示最小強度，用紅色表示最大強度。通過顏色映射，能夠將掃查區域顯示為圖像，如果聲束路徑上遇到缺陷，會有較強的回波信號，反映在圖像上，缺陷區域會有較強的顏色變化。通過觀察圖片的顏色信息，判定是否存在缺陷。

由于超聲數據本質上是一維時間-波幅強度信號，且由于聲波速度在不同介質中的傳播速度也不同，因此無法將缺陷回波直接關聯到被檢測物的空間幾何位置。尤其是當掃查表面為非規則曲面時，無論是1D波形分析還是2D波幅強度圖像分析，推斷缺陷的位置都更為困難。相控陣超聲同時采集多個角度的聲束數據，隨著探頭位置的移動，這些聲束掃查的位置相互交叉，因此會有來自探頭在不同位置，不同聲束角度掃查被檢測物的同一區域，如何科學融合這些信號將成為難題之一，這使得基于1D波形分析和2D波幅強度圖像的分析方法不再適用。另外，由于相控陣超聲檢測的數據量非常大，因此，人工分析即便在某些特殊場合能夠采用，其分析效率和分析可靠性也將難以滿足要求，無法勝任在線檢測分析、高安全系統的應用需求。

綜上，現有的分析技術存在效率低、可信性差、無法直觀查看潛在缺陷、難以科學融合多通道數據的難題。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供了一種相控陣超聲波信號數據的三維轉換和融合方法，能有效的解決上述現有技術存在的問題。

為了實現以上發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種相控陣超聲波信號數據的三維轉換和融合方法，包括如下步驟：

步驟1，無損檢測數據采集，得到超聲相控陣原始數據；

步驟2，進行三維轉換；

在時間空間域內對信號進行轉換；對于給定β角度的相控陣超聲回波信號上的距離探頭距離為R的一個采樣點，設為該聲束上第i個采樣點；記探頭當前位置坐標為x_t、y_t、z_t，現將第p個采樣信號點轉換為和被檢測物匹配的三維物理坐標，記該點三維轉換后坐標為x_p、y_p、z_p，根據三角幾何關系可得如下轉換公式(1)，

其中λ＝α+β+π是角度為β的聲束在物理坐標系下的轉角；R根據聲速、采樣頻率通過計算飛行時間得到；

設聲速為u，采樣頻率為f，該聲束上第k個采樣點對應的距離R計算如下：