[發明專利]基于超聲相控陣的摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法和系統

在審

• 申請號: 202010841753.0
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111983030A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 火巧英;陶富文;佟琛;付寧寧;劉建軍;王強;陳云霞
• 申請（專利權）人: 南京中車浦鎮城軌車輛有限責任公司
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/265;G01N29/44;G06T7/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

1.基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

利用超聲相控陣儀對焊縫進行S掃描獲得S掃描焊縫缺陷圖像，對S掃描焊縫缺陷圖像劃分感興趣目標區域，分別在感興趣目標區域提取S掃描信號標尺以及S掃描信號圖像；

將S掃描信號圖像以及S掃描信號標尺轉化為灰度圖，針對灰度圖進行濾波以及二值化處理，提取S掃描信號標尺單位；設定S掃描信號二值化后圖像的上下閾值，保留S掃描信號的二值化處理后的圖像中上下閾值范圍內的點，根據保留下來的點確定缺陷范圍，確定缺陷范圍內的點組成的圖像的中心X像素坐標、Y像素坐標以及X方向最大像素值，分別將圖像中心X像素坐標除以S掃描信號標尺單位，獲得缺陷尺寸、缺陷等效長度以及缺陷等效寬度。

2.根據權利要求1所述的基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，其特征在于，S掃描超聲相控陣儀設置的關鍵參數如下，探頭頻率5 MHz ～10MHz，耦合方式采用局部水浸，聲束偏轉角度30°～70°，聚焦深度為搭接板厚，掃查方式跨焊縫鋸齒形掃查，使整個搭接焊縫的厚度被超聲波全覆蓋，避免檢測盲區，掃描獲得S掃描圖像。

3.根據權利要求1所述的基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，其特征在于，所述方法還包括：利用超聲相控陣儀對焊縫進行A掃描，獲得A掃描焊縫缺陷圖像，對A掃描焊縫缺陷圖像劃分感興趣目標區域，分別在感興趣目標區域提取A掃描焊縫缺陷圖像包含的A掃描信號標尺和A掃描信號圖像；

將A掃描信號圖像以及A掃描信號標尺轉化為灰度圖，針對灰度圖進行濾波以及二值化處理，提取A掃描信號標尺單位；將A掃描信號的二值化處理后的圖像轉為用像素表示的二維數組；設定X像素閾值，保留X像素值大于閾值的點，根據保留下來的點確定缺陷范圍；將缺陷范圍內的點中最大X像素值除以的A掃描信號標尺單位，得到缺陷深度。

4.根據權利要求3所述的基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，其特征在于，A掃描超聲相控陣儀設置的關鍵參數如下，探頭頻率5 MHz ～10MHz，耦合方式采用局部水浸，聲束偏轉角度45°，聚焦深度為搭接板厚；使整個搭接焊縫的厚度被超聲波全覆蓋，避免檢測盲區，掃描獲得A掃描圖像。

5.根據權利要求1所述的基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，其特征在于，利用超聲相控陣儀對焊縫進行A掃描和S掃描之前打磨和去除鋁合金攪拌摩擦焊焊后表面的飛邊以及弧紋，使焊接接頭兩面保持光滑平整。

6.基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測系統，其特征在于，包括缺陷圖像采集模塊、S掃描圖像處理模塊以及缺陷信息計算模塊；

所述缺陷圖像采集模塊，用于利用超聲相控陣儀對焊縫進行S掃描獲得S掃描焊縫缺陷圖像；

所述S掃描圖像處理模塊，用于對S掃描焊縫缺陷圖像劃分感興趣目標區域，分別在感興趣目標區域提取S掃描信號標尺以及S掃描信號圖像；

將S掃描信號圖像以及S掃描信號標尺轉化為灰度圖，針對灰度圖進行濾波以及二值化處理，并提取S掃描信號標尺單位；設定S掃描信號二值化后圖像的上下閾值，保留S掃描信號的二值化處理后的圖像中上下閾值范圍內的點，根據保留下來的點確定缺陷范圍；

所述缺陷信息計算模塊，用于確定所述S掃描圖像處理模塊保留下來的缺陷范圍內這些點組成的圖像的中心X像素坐標、Y像素坐標以及X方向最大像素值，分別將圖像中心X像素坐標除以S掃描信號標尺單位，獲得缺陷尺寸、缺陷等效長度以及缺陷等效寬度。

7.根據權利要求6所述的基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測系統，其特征在于，所述缺陷圖像采集模塊還用于利用超聲相控陣儀對焊縫進行A掃描，獲得A掃描焊縫缺陷圖像；

所述系統還包括A掃描圖像處理模塊，所述A掃描圖像處理模塊用于對A掃描焊縫缺陷圖像劃分感興趣目標區域，分別在感興趣目標區域提取A掃描焊縫缺陷圖像包含的A掃描信號標尺和A掃描信號圖像；將A掃描信號圖像以及A掃描信號標尺轉化為灰度圖，針對灰度圖進行濾波以及二值化處理，并提取A掃描信號標尺單位；將A掃描信號的二值化處理后的圖像轉為二維數組，同時將二維數組旋轉90度得到水平圖像；設定水平閾值線，保留水平圖像中大于閾值線高度的點；

所述缺陷信息計算模塊還用于將A掃描圖像處理模塊保留下來的點中最大X像素值除以的A掃描信號標尺單位，得到缺陷深度。