[發明專利]一種全聚焦成像的聲束校準方法

有效

• 申請號: 201910010408.X
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109490419B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 徐娜;許路路;王東升;梁菁;何方成
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/30;G01N29/44
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種全聚焦成像的聲束校準方法，該方法通過實際測量標準試塊中橫通孔的幅值信息來建立聲束校準矩陣以補償聲波能量衰減，校準的步驟如下：制作標準試塊；全矩陣數據的采集及存儲；子全矩陣數據的提取；對每一個子全矩陣數據進行全聚焦成像；提取橫通孔幅值信息并生成原始校準數據；對原始校準數據做線性插值計算生成聲束校準矩陣；對全聚焦成像進行聲束校準。本發明方法可有效減小缺陷定量檢測誤差和檢測漏檢率，改善全聚焦圖像能量均勻性。

技術領域

本發明是一種全聚焦成像的聲束校準方法，屬于無損檢測領域。

背景技術

相控陣超聲檢測技術是一種基于超聲陣列探頭的成熟超聲檢測方法，該技術通過控制超聲陣列探頭中各陣元晶片的激發時間，來實現聲束聚焦和偏轉，從而獲得更好的成像效果。隨著相控陣超聲檢測技術不斷普及，各種先進后處理成像算法的研究越來越受到關注。

全聚焦成像算法是近年來新興的一種超聲后處理成像技術，該技術首先使超聲陣列探頭中各陣元晶片依次發射超聲波、所有陣元晶片分別獨立接收超聲回波信號獲得一組全矩陣數據，然后對全矩陣數據進行相位延時、加權合成等特定的數據處理算法，從而模擬聲波在被測試樣內部某預期位置的聚焦。全聚焦成像算法無需復雜的延時控制電路，可實現常規相控陣超聲都難以識別的微小缺陷(小于半波長)特征，具有成像精度更高、缺陷表征能力更強的特點。

然而，在全聚焦成像中超聲陣列探頭各陣元晶片所發射超聲波，在傳播過程中受陣元指向性的影響，位于陣元下方不同角度上相同大小的缺陷其幅值不同，同時不同聲程也會引起擴散衰減，導致缺陷相對陣列中心偏角越大，距離陣元深度越大，回波幅度越低，導致缺陷定量誤差增大，甚至造成漏檢現象，嚴重降低了檢測結果的可靠性。

在2015年5月《機械工程學報》期刊“相控陣超聲檢測技術中的全聚焦成像算法及其校準研究”論文中，從指向性、透射和擴散三個方面分析聲束傳播路徑上的能量衰減，計算衰減校準系數，提出基于校準的全聚焦成像改進算法，該校準算法對于大聲程、大偏轉角的能量衰減都有較好的改善，使圖像能量分布更加均勻。在2018年9月《應用聲學》期刊的“陣元固體指向性補償對超聲全聚焦成像的優化研究”論文中，引入了固體指向性因子，提到一種基于固體指向性補償的超聲全聚焦優化算法，利用指向性系數對不同角度區域的成像進行幅值補償，該方法對大偏角缺陷的成像幅度補償效果較好，但沒有考慮深度方向的成像幅值補償問題。然而，上述全聚焦成像的聲束校準均采用理論計算方法，理論公式中僅考慮了聲波頻率、縱/橫波聲速以及材料密度，而實際影響聲波能量衰減的因素要遠遠不止這些，并且實際檢測時所使用超聲陣列探頭和被檢測材料的實際參數值與理論計算值也存在一定差異，導致上述論文中所提出的聲束校準方法定量檢測誤差大，并不適用于實際超聲檢測的定量評價。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種全聚焦成像的聲束校準方法，其目的是通過實際測量標準試塊中不同方位橫通孔缺陷的幅值信息，在被檢測區域內建立聲束校準矩陣以補償聲波能量衰減，有效減小缺陷定量檢測誤差和檢測漏檢率，改善圖像能量均勻性。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種全聚焦成像的聲束校準方法，其特征在于：該方法的步驟如下：

步驟一、制作標準試塊

該標準試塊4由實際被檢測材料制成，具有長方體外形，長度不小于所采用超聲陣列探頭長度的2倍，高度不小于擬實際檢測的最大深度，寬度不小于超聲陣列探頭寬度，在標準試塊4長度方向正中心位置、高度方向自上而下等間距加工一組沿寬度方向的橫通孔3，橫通孔3的直徑為擬實際檢測定量評價時的標準缺陷尺寸，最上端橫通孔中心距標準試塊上表面位置為擬實際檢測近表面分辨力的1/2，最下端橫通孔中心距標準試塊下表面位置為擬實際檢測近底面分辨力的1/2，相鄰的橫通孔3的中心間距為橫通孔直徑的3-5倍之間；

步驟二、全矩陣數據采集及存儲