[發明專利]一種消除激光超聲行進波的缺陷可視化成像方法

有效

• 申請號: 202010738020.4
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111855802B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張俊;李曉紅;徐萬里;丁輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/06;G01N29/07;G01N29/44
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 周舒蒙

本發明公開了一種消除激光超聲行進波的缺陷可視化成像方法，其步驟包括：通過方形掃描激勵和中心單點接收實現數據的采集；通過時間逆向繪制幅值圖像初步判定缺陷位置；以接收點為對稱中心獲得缺陷區域超聲信號S₁的匹配信號S₂；將配對信號S₁和S₂依次做降噪處理、最大幅值同一化處理、以及波形平移處理；通過配對信號相減，實現行進波的去除；根據相減信號的缺陷波位置，設定時間窗口并獲得最大幅值矩陣D；對最大幅值矩陣D進行圖形繪制從而獲得缺陷圖像。本發明可以解決因激光掃描間距小、行進波波陣面扭曲以及對稱行進波形狀分散等導致的行進波消除困難，實現缺陷的可視化成像，從而將激光超聲可視化拓展至金屬增材制造等先進制造領域。

技術領域

本發明涉及激光超聲無損檢測技術領域，具體涉及一種消除激光超聲行進波的缺陷可視化成像方法。

背景技術

激光超聲以其非接觸、寬頻帶和高效率掃描的特點而在工程檢測領域得到越來越廣泛的應用。2008年日本學者提出了激光超聲可視化成像方法，通過對一系列位置點掃描數據的采集和后處理，實現超聲傳播及與缺陷作用過程的可視化，為快速發現缺陷提供了解決方案；但是這一方法中由于缺陷信號與行進波信號疊合在一起，對缺陷尺寸的定量較為困難。2012年韓國學者在該方法的基礎上，提出了相鄰波相減法，從而消除了行進波信號，只保留了缺陷信號，實現了缺陷的定量；但當掃描步進較小時(微米級)，由于超聲傳播速度快，相鄰波的波形特征差異性很小，在消除行進波的同時，也會消除缺陷信號，故該方法只適用于掃描步進尺寸范圍(毫米級)較大的應用場景。

隨著技術的發展，對激光超聲可視化成像技術的精度要求也越來越苛刻，例如在增材制造領域，為了實現微米尺寸缺陷的檢測，激光掃描步進一般小于50μm，這就導致傳統的缺陷可視化成像方法不可用。此外，如果是要實現在線檢測，激光超聲的激勵激光器和接收激光器為了適應增材制造設備的腔體，還需傾斜布置，這將導致采集到的超聲數據與目標掃描范圍無法對應，使得原本的圓形行進波圖像可能扭曲為橢圓形，從而增加消除行進波和保留缺陷波的難度。同時，增材制件表面還存在一定的粗糙度，粗糙度的存在會導致進行波具有一定的分散性，即使相同聲程的行進波，其形狀和波幅也可能存在較大不同。因此，開發一種可以適用于精細化掃描應用場合的激光超聲數據采集、行進波消除和缺陷顯示的方法，對智能制造和先進制造過程的質量控制具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種消除激光超聲行進波的缺陷可視化成像方法，解決現有技術存在的掃描步進小、行進波形狀扭曲和分散性大導致的缺陷影像難以獲得的問題，實現在金屬增材制造等先進制造應用領域的激光超聲缺陷可視化成像。

本發明采用的技術方案為：一種消除激光超聲行進波的缺陷可視化成像方法，包括以下步驟：

S1.方形掃描激勵和中心單點接收的數據采集：在樣品表面設定M×M的方形掃描區域，將接收激光器設于方形掃描區域的中心，利用激勵激光器按照一定的掃描步進d在方形掃描區域內進行掃描激勵，從而獲得三維超聲數據矩陣A(m,m,t),m＝1…M,t＝1…t_N,其中M為方形掃描區域的行數和列數，t_N為超聲信號長度；

S2.通過時間逆向繪制幅值圖像，初步選定缺陷評定框范圍：按照t_N-1，t_N-2…1這一逆向順序，依次從三維超聲數據A(m,m,t)中取出A(m,m)，繪制可視化圖像，根據行進波與缺陷的相互作用圖像選定缺陷評定框范圍；

S3.為缺陷區域的超聲信號進行對稱匹配：提取缺陷評定框內的所有超聲數據，構成三維矩陣B，以接收激光器所在位置為中心，按照對稱原則，從數據矩陣A中依次為數據矩陣B所涵蓋的超聲信號S₁找到配對超聲信號S₂；