[發(fā)明專利]聲場(chǎng)閾值分割的相控陣曲面全聚焦成像優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110941840.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN113686960B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪小凱;關(guān)山月;華林;錢東升;李一軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/06
• 分類號(hào): G01N29/06;G01N29/28;G01N29/26;G01N29/44
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發(fā)明公開了一種聲場(chǎng)閾值分割的相控陣曲面全聚焦成像優(yōu)化方法，包括以下步驟：根據(jù)待測(cè)曲面零件確定檢測(cè)參數(shù)；將待測(cè)曲面零件浸入水中，對(duì)待測(cè)曲面零件的凸面和凹面位置進(jìn)行檢測(cè)，采集全矩陣數(shù)據(jù)；將待測(cè)區(qū)域劃分為凸面區(qū)域和凹面區(qū)域，進(jìn)行各陣元聲場(chǎng)在雙介質(zhì)曲面中的仿真；將各陣元聲場(chǎng)強(qiáng)度的最大值的一定比例作為閾值，將各陣元成像區(qū)域進(jìn)行閾值分割，生成有效區(qū)域系數(shù)矩陣，獲得零件曲面的全聚焦優(yōu)化成像；分析待測(cè)曲面零件凸面區(qū)域和凹面區(qū)域的缺陷尺寸和位置。本發(fā)明在保證成像質(zhì)量的同時(shí)，有效提高全聚焦成像速率，對(duì)于復(fù)雜零件的水浸超聲全聚焦高靈敏度檢測(cè)和快速成像具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲場(chǎng)閾值分割的相控陣曲面全聚焦成像優(yōu)化方法，適用于不同曲率凸面/凹面幾何特征的金屬零件超聲檢測(cè)。

背景技術(shù)

超聲相控陣采用多陣元聚焦成像具有更好的缺陷表征能力和更高的檢測(cè)精度，在航空航天、石油化工、風(fēng)電核能和軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。特別是對(duì)于航空機(jī)匣異型環(huán)件、石油管道、風(fēng)電軸承的滾道等曲面構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)，超聲相控陣更具優(yōu)勢(shì)。目前針對(duì)復(fù)雜曲面構(gòu)件，一般采用超聲相控陣柔性探頭或者曲面陣列探頭，此類探頭采用接觸式檢測(cè)，存在耦合條件不穩(wěn)定，檢測(cè)效率低等問(wèn)題。水浸超聲相控陣檢測(cè)具有耦合效果好，可適用于曲率變化的復(fù)雜表面并可以實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)化掃查，在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

全聚焦成像算法由于成像分辨率高，信噪比高，成為超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該算法通過(guò)采集全矩陣信號(hào)，利用全矩陣數(shù)據(jù)對(duì)成像區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)位置進(jìn)行信號(hào)疊加，其數(shù)據(jù)量大，計(jì)算過(guò)程更加復(fù)雜，因此全聚焦加速算法和實(shí)時(shí)成像是目前研究的重點(diǎn)。另外，全聚焦曲面檢測(cè)存在聲場(chǎng)復(fù)雜，以及曲面交界面造成的嚴(yán)重信號(hào)噪聲干擾，檢測(cè)靈敏度低，這是曲面全聚焦成像檢測(cè)迫切需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種聲場(chǎng)閾值分割的相控陣曲面全聚焦成像優(yōu)化方法，通過(guò)該方法可以實(shí)現(xiàn)具有不同曲率凸面/凹面截面幾何特征的金屬零件超聲全聚焦高分辨率快速成像，解決曲面全聚焦成像噪聲嚴(yán)重的問(wèn)題，利用陣元聲場(chǎng)仿真確定有效成像區(qū)域，在提高成像質(zhì)量的同時(shí)，提高成像速率。

本發(fā)明為達(dá)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

提供一種聲場(chǎng)閾值分割的相控陣曲面全聚焦成像優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟(1)：根據(jù)待測(cè)曲面零件的材料和曲面幾何特征，確定檢測(cè)參數(shù)，包括超聲相控陣探頭頻率f、陣元數(shù)量N、陣元寬度d和水層高度h；

步驟(2)：將待測(cè)曲面零件浸入水中，按照確定的檢測(cè)參數(shù)放置超聲相控陣探頭，分別對(duì)待測(cè)曲面零件的凸面和凹面位置進(jìn)行檢測(cè)，采集全矩陣數(shù)據(jù)，依次激發(fā)N個(gè)陣元，總共獲得N×N組數(shù)據(jù)；

步驟(3)：根據(jù)待測(cè)曲面零件的截面幾何形狀，將待測(cè)區(qū)域劃分為凸面區(qū)域和凹面區(qū)域，分別針對(duì)凸面和凹面幾何參數(shù)和探頭參數(shù)進(jìn)行各陣元聲場(chǎng)在雙介質(zhì)曲面中的仿真；

步驟(4)：將各陣元聲場(chǎng)強(qiáng)度的最大值的一定比例作為閾值，將各陣元成像區(qū)域進(jìn)行閾值分割，生成有效區(qū)域系數(shù)矩陣；

步驟(5)：將待測(cè)曲面零件的各陣元有效區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)逐一成像，實(shí)現(xiàn)陣元有效區(qū)域全聚焦優(yōu)化成像，獲得零件曲面的全聚焦優(yōu)化成像；

步驟(6)：根據(jù)零件曲面的全聚焦優(yōu)化成像，分析待測(cè)曲面零件凸面區(qū)域和凹面區(qū)域的缺陷尺寸和位置。

接上述技術(shù)方案，曲面全聚焦的檢測(cè)參數(shù)的確定過(guò)程如下：

根據(jù)待測(cè)曲面零件的材料和檢測(cè)深度范圍，確定探頭頻率f和陣元間隔p：對(duì)于粗晶材料和厚壁零件檢測(cè)采用低頻探頭，對(duì)于薄壁零件選擇高頻探頭；小缺陷的高分辨率檢測(cè)要求陣元間隔p更??；

曲面全聚焦檢測(cè)的相控陣探頭參數(shù)和檢測(cè)參數(shù)滿足以下條件：

a.各陣元在凹面內(nèi)的縱波發(fā)射盲區(qū)小于待測(cè)區(qū)域的1/4；