[發明專利]基于頻域稀疏反演的TOFD盲區內缺陷定量檢測方法

在審

• 申請號: 201910277943.1
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN109900805A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 林莉;孫旭;金士杰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 花向陽;楊翠翠

一種基于頻域稀疏反演的TOFD盲區內缺陷定量檢測方法，屬于無損檢測技術領域。該方法采用TOFD超聲檢測儀、TOFD探頭、楔塊及掃查裝置構成的測試系統。對TOFD檢測中近表面區域進行掃查，對采集到的混疊時域信號進行處理，建立稀疏反演模型。考慮反射序列稀疏與可分解特性，在頻域中建立TOFD盲區檢測的目標函數。選取高信噪比部分頻譜數據進行反演，實現直通波、缺陷上端點及下端點衍射波混疊信號的分離。根據反演結果，直接讀取直通波與缺陷上端點、下端點衍射波聲程差，確定近表面盲區內缺陷埋深與高度。與其他近表面缺陷檢測方法相比，該方法可分離多個混疊信號，能實現近表面盲區內缺陷的深度和高度同時測量，且對硬件系統無額外要求，具有較好的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于頻域稀疏反演的TOFD盲區內缺陷檢測方法，其屬于無損檢測技術領域。

背景技術

超聲衍射時差法(time of flight diffraction,TOFD)利用缺陷端點衍射波的時間差對缺陷高度與位置進行表征，具有檢測精度高、定位準等優點，但近表面盲區始終是該技術的局限之一。信號縱向分辨率不足，直通波與缺陷端點衍射波之間發生混疊，是形成近表面盲區的根本原因。當TOFD檢測盲區內存在缺陷時，接收信號由直通波、缺陷上端及下端衍射波混疊而成且混疊程度嚴重。分離混疊信號，提高信號時間分辨率，對于確定近表面盲區內缺陷的高度與位置至關重要。

針對TOFD近表面缺陷檢測問題，通過調整檢測參數，如增大探頭中心頻率，減小探頭中心距(probe center spacing,PCS)，能夠縮減盲區范圍，有利于近表面缺陷檢出。在信號后處理研究方面，可基于頻譜分析、Hilbert變換及自回歸譜外推等方法提高信號時間分辨率。其中，針對直通波與缺陷上端點衍射波混疊問題，基于頻譜分析可實現埋深5.0mm的底面開口槽定位。基于經驗模態分解與Hilbert變換相結合的方法，可實現埋深3.0mm、高度2.5mm缺陷的定量檢測，定量誤差為0.2mm。基于維納濾波與自回歸譜外推結合的解卷積算法，對缺陷上端點衍射波與直通波混疊或缺陷上、下端點衍射波兩者混疊問題進行處理，利用頻域中高信噪比頻譜信息，擴展有效頻帶寬度，達到時間分辨率提高的目的。現有方法未同時考慮信號的時域與頻域特征，時間分辨率提升有限，對多個混疊信號處理效果不佳，難以解決盲區內缺陷定量檢測問題。

發明內容

本發明目的是提供一種基于頻域稀疏反演的TOFD盲區內缺陷定量檢測方法，解耦混疊的直通波與缺陷上下端點衍射波，實現TOFD近表面區域內的缺陷檢測。對采集的信號進行頻域稀疏反演，獲得高分辨率的時間序列，根據反演結果讀取時間差，確定近表面盲區內缺陷的埋深和高度。

本發明采用的技術方案是：一種基于頻域稀疏反演的TOFD盲區內缺陷定量檢測方法，該方法采用一套包括TOFD超聲檢測儀、TOFD探頭、有機玻璃楔塊及掃查裝置構成的超聲測試系統，其特征是：針對TOFD檢測中近表面混疊時域信號建立稀疏反演模型，考慮反射序列稀疏與可分解特性，在頻域中建立TOFD盲區檢測的目標函數；選取高信噪比部分頻譜數據進行反演，分離直通波、缺陷上端點及下端點衍射波；讀取直通波與缺陷上端點、下端點衍射波聲程差，進而確定近表面盲區內缺陷的埋深與高度，所述方法采用如下步驟：

(1)TOFD檢測參數確定

根據被檢工件情況選取合適的TOFD檢測參數，主要包括TOFD探頭頻率、楔塊斜楔角、探頭中心間距(Probe Center Spacing,PCS)、采樣頻率及掃查步進等；

(2)混疊信號采集

采用步驟(1)中確定的TOFD檢測參數，讀取直通波脈沖寬度，根據公式(1)計算近表面盲區深度

其中，t_p為直通波脈沖寬度，c_l為縱波聲速，S為探頭中心間距的一半；控制TOFD探頭對近表面缺陷進行掃查，獲得B掃查圖像并導出，提取圖像拋物線頂點處的A掃描信號；