[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

本發明公開了基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法和系統，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，分別提取S掃描信號標尺以及S掃描信號圖像并轉化為灰度圖，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；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，確定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。本發明通過圖像處理模塊實時提取缺陷尺寸和位置信息，可對鋁合金攪拌摩擦焊缺陷深度定位和定量分析。

技術領域

本發明涉及相控超聲波無損檢測領域，特別涉及一種基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法。

背景技術

隨著軌道車輛運行速度及節能減排要求的不斷提高，為了減輕自重，車體大量采用鋁合金型材結構。由于攪拌摩擦焊焊縫接頭性能好、焊接過程無需氣體保護、無煙塵及飛濺等優點，各鐵路車輛制造企業都在推廣使用鋁合金攪拌摩擦焊這一先進的焊接技術。焊接過程中，由于攪拌摩擦焊焊接工藝參數選擇不合理，焊縫中往往會出現緊貼、細微和位向復雜的缺陷，增加了無損檢測的難度。

傳統的射線照相檢測技術仍是鋁合金熔焊縫缺陷的主要檢測方式，由于傳統射線照相檢測無法定量測量缺陷在焊縫高度方向上的尺寸和位置，在缺陷的檢測方面仍存在不足，從而加大缺陷排除的工作量，甚至由于缺陷排除方向錯誤造成焊縫挖穿，影響補焊質量。為了提高檢測精度和檢測效率，節省人工體力，研制一種基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法是有必要的。

發明內容

本發明旨在提供基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，該方法可以快速獲取缺陷尺寸和位置信息，在缺陷的定位和排除方面減輕工作量，提高了準確性及工作效率。

本發明采用以下技術方案。

一方面，本發明提供哦你基于超聲相控陣的攪拌摩擦焊焊縫缺陷定量檢測方法，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

再進一步地，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。