一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法。本發(fā)明方法的實現(xiàn)主要包括非線性超聲單元、非線性超聲檢測信號獲取、非線性超聲成像。非線性超聲單元由超聲自動掃描檢測設(shè)備、發(fā)射換能器、接收換能器、超聲單元、前置處理器等組成。通過發(fā)射換能器與接收換能器獲取非線性超聲檢測信號。非線性超聲成像包括成像位置數(shù)據(jù)構(gòu)建和成像顯示分為，確定自動掃描方式、零件裝卡、參數(shù)設(shè)置、掃描成像等主要步驟?？蛇x用1-6個坐標(biāo)自由度的超聲自動掃描檢測設(shè)備，實現(xiàn)不同形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)、零件高靈敏度高分辨率的非線性超聲自動掃描成像檢測，顯著地提高了緊貼性缺陷和微細(xì)缺陷的檢出能力和可靠性。
【專利說明】一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著復(fù)合材料及擴(kuò)散焊等在航空航天、交通等核心工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，需要對裝機(jī)應(yīng)用的復(fù)合材料及擴(kuò)散焊連接界面進(jìn)行無損檢測，確保裝機(jī)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和服役安全。由于復(fù)合材料及擴(kuò)散焊中連接界面缺陷具有緊貼、細(xì)微特點(diǎn)，要求采用所有的檢測方法具有足夠高的檢測靈敏度和檢測分辨率，面向工程級的復(fù)合材料及擴(kuò)散焊焊接結(jié)構(gòu)制造過程中的實際零件的無損檢測，主要是采用的超聲方法:(1)利用超聲手動掃描由檢測人員根據(jù)超聲檢測儀器顯示的A-顯示信號進(jìn)行缺陷判別；(2)利用超聲自動掃描，通過超聲掃描成像方法實現(xiàn)復(fù)合材料及擴(kuò)散焊焊接結(jié)構(gòu)連接界面缺陷的無損檢測。突出的不足是:(1)這兩種方法目前主要基于常規(guī)的線性超聲檢測原理，對連接界面緊貼性缺陷和微細(xì)缺陷不靈敏，分辨率差，盡管提高超聲檢測的頻率，可以在一定程度上實現(xiàn)超聲方法對連接界面緊貼性缺陷和微細(xì)缺陷檢測靈敏和分辨率的提升，但檢測頻率的提高，聲波的衰減劇烈，檢測厚度受到限制，檢測信號對高頻超聲換能器的耦合與姿態(tài)的異常敏感，直接影響檢測的可靠性；(2)有些緊貼、微細(xì)連接缺陷對線性超聲波在缺陷周圍引起的大的振幅不敏感，容易引起漏檢；(3)檢測頻率的提高會導(dǎo)致檢測成本的急劇增加，甚至導(dǎo)致難以實現(xiàn)實際零件的超聲檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對復(fù)合材料及擴(kuò)散焊焊接結(jié)構(gòu)，提出一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，實現(xiàn)復(fù)合材料及擴(kuò)散焊焊接結(jié)構(gòu)的非線性超聲成像檢測，改進(jìn)超聲檢測的靈敏度和分辨率，提高對連接界面中的微細(xì)緊貼缺陷的檢出能力和檢測的可靠性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，I)非線性超聲單元
[0004]非線性超聲單元包括超聲自動掃描檢測設(shè)備、發(fā)射換能器，接收換能器，超聲單元，前置處理器，
[0005]發(fā)射換能器和接收換能器采用超聲噴水式脈沖換能器，兩個換能器分別安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)中的兩換能器安裝座上，發(fā)射換能器和接收換能器在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)控制下，實現(xiàn)對被檢測零件的非線性超聲自動掃描，發(fā)射換能器和接收換能器的頻率根據(jù)被檢測零件的材料聲學(xué)特性、檢測靈敏度要求進(jìn)行選擇，發(fā)射換能器與接收換能器的頻率配對使用，發(fā)射換能器通過高頻屏蔽線纜與超聲單元的信號輸出端連接，接收換能器通過高頻屏蔽線纜與前置處理器的信號輸入端連接；
[0006]超聲單元提供寬帶窄脈沖激勵信號，激勵發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲脈沖信號，通過耦合介質(zhì)傳播到被檢測零件中，超聲單元的激勵信號帶寬100MHz，幅值至少覆蓋200V?400V，超聲單元安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備上；[0007]前置處理器通過高頻信號電纜與超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元進(jìn)行信號連接，前置處理器為寬帶窄脈沖放大電路，前置增益IOdB?30dB，信號帶寬IOOMHz ；
[0008]2)非線性超聲檢測信號獲取，
[0009]通過發(fā)射換能器與接收換能器獲取非線性超聲檢測信號:
[0010]以發(fā)射換能器在被檢測零件中形成的入射超聲脈沖信號沿被檢測零件厚度方向傳播，則發(fā)射換能器在被檢測零件中形成的超聲脈沖信號，
[0011]接收換能器，獲取來自被檢測零件中所形成的超聲脈沖信號，
[0012]然后通過前置處理器利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元，進(jìn)行數(shù)字化處理，將接收換能器所提取的諧波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送到超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)內(nèi)存，用于后續(xù)的非線性超聲成像；
[0013]3)非線性超聲成像，
[0014]①成像位置數(shù)據(jù)構(gòu)建
[0015]超聲自動掃描檢測設(shè)備控制發(fā)射換能器和接收換能器對被檢測零件進(jìn)行自動掃描，超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元的數(shù)字化處理后的諧波信號，按照掃描檢測點(diǎn)位置矩陣序列方式，存儲在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)內(nèi)存中，檢測點(diǎn)位置矩陣中由R個掃描行、每行C個檢測點(diǎn)構(gòu)成RXC的檢測點(diǎn)位置矩陣P，以此為序，存儲諧波信號數(shù)據(jù)，形成成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，從而建立位置矩陣P與成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q之間的一一對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行非線性超聲自動掃描成像數(shù)據(jù)的管理；
[0016]②成像顯示
[0017]根據(jù)構(gòu)建的成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，按照選定的顏色/灰度碼的調(diào)制方式，利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)，通過掃描成像將成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，轉(zhuǎn)換為超聲自動掃描檢測設(shè)備中的成像顯示單元可接受的顯示顏色/灰度，從而實現(xiàn)對被檢測零件的非線性超聲成像；
[0018]自動掃描的非線性超聲成像檢測的步驟是，
[0019]①確定自動掃描方式
[0020]根據(jù)被檢測零件的材料、結(jié)構(gòu)和檢測要求，選擇超聲自動掃描檢測設(shè)備，確定發(fā)射換能器與接收換能器的安裝位置和擺角，
[0021]②零件裝卡
[0022]將被檢測零件安裝在所選擇超聲自動掃描檢測設(shè)備的檢測工位，檢查無誤后，接通電源，開啟檢測設(shè)備，并進(jìn)入非線性超聲自動掃描成像檢測窗口，
[0023]③參數(shù)設(shè)置
[0024]控制程序加載與自檢；設(shè)置掃描速度、步進(jìn)、掃描范圍掃描參數(shù)；設(shè)置采樣頻率，信號閘門檢測參數(shù)及諧波系數(shù)，
[0025]④掃描成像
[0026]a)判斷是否開始自動掃描，如果不進(jìn)入自動掃描，則等待掃描，否則執(zhí)行下一步；
[0027]b)開始行掃描；
[0028]c)獲取當(dāng)前行掃描中檢測位置點(diǎn)j的位置信號和諧波信號；
[0029]d)諧波信號轉(zhuǎn)化為成像數(shù)據(jù)；
[0030]e)成像數(shù)據(jù)緩存；[0031]f)判斷當(dāng)前行是否結(jié)束，如未結(jié)束，重復(fù)執(zhí)行步驟c)到e);如果已結(jié)束，當(dāng)前行成像數(shù)據(jù)保存到成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q中對應(yīng)的行位置，并顯示當(dāng)前掃描行圖像；
[0032]g)判斷零件掃描是否完成，如未完成，掃描步進(jìn)后，重復(fù)步驟b)到f);如果已完成零件掃描，結(jié)束掃描，進(jìn)入圖像分析。
[0033]所述的發(fā)射換能器與接收換能器的頻率配對選擇方法是，f2 = Iif1，其中，為發(fā)射換能器的頻率，η為諧波系數(shù)，為一整數(shù)值，η在{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}之間選擇，f2為接收換能器的頻率。
[0034]所述的發(fā)射換能器和接收換能器分別安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)的兩側(cè)換能器安裝座上，或安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)中的同側(cè)換能器安裝座上，發(fā)射換能器和接收換能器的偏轉(zhuǎn)擺角調(diào)整范圍+90°?-90°，實現(xiàn)超聲信號的發(fā)射和接收關(guān)系。
[0035]所述的超聲自動掃描檢測設(shè)備根據(jù)被檢測零件的幾何形狀和尺寸特點(diǎn)，選用1-6個坐標(biāo)自由度的超聲自動掃描檢測設(shè)備，實現(xiàn)不同形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)、零件的非線性超聲自動掃描。
[0036]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，
[0037]1.針對復(fù)合材料及擴(kuò)散焊工程結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出了一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，顯著地提高了超聲檢測對復(fù)合材料及擴(kuò)散焊連接界面緊貼性缺陷和微細(xì)缺陷的檢測靈敏度和分辨率，即保證了超聲檢測的有足夠的穿透厚度，有可以實現(xiàn)超聲方法對連接界面緊貼性缺陷和微細(xì)缺陷檢測靈敏和分辨率的提升，克服了高頻聲波對檢測厚度的受限，避免了檢測信號對高頻超聲換能器的耦合與姿態(tài)的異常敏感造成的檢測誤判；
[0038]2.利用本發(fā)明提出的基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，克服了復(fù)合材料及擴(kuò)散焊工程結(jié)構(gòu)連接界面緊貼、微細(xì)連接缺陷對線性超聲波在缺陷周圍引起的大的振幅不敏感容易引起漏檢的問題，從而明顯提高了緊貼、微細(xì)缺陷的檢出能力和可靠性；
[0039]3.利用本發(fā)明提出的基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，可以通過低成本方法實現(xiàn)實際零件的高靈敏度高分辨率的超聲成像檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明用于非線性超聲自動掃描成像檢測方法的非線性超聲單元組成框圖；
[0041]圖2是本發(fā)明基于接收換能器2的非線性超聲檢測信號獲取方法示意圖；
[0042]圖3是本發(fā)明基于傳遞函數(shù)的非線性超聲檢測信號獲取方法示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明基于自動掃描的非線性超聲成像步驟。
【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明方法由非線性超聲單元、非線性超聲檢測信號獲取方法、非線性超聲成像、自動掃描的非線性超聲成像檢測步驟四個部分構(gòu)成。
[0045]I)非線性超聲單元
[0046]用于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法的非線性超聲單元包括超聲自動掃描檢測設(shè)備、發(fā)射換能器1，接收換能器2，超聲單元3，前置處理器4，如圖1所示；[0047]發(fā)射換能器I和接收換能器2，設(shè)計采用噴水式脈沖換能器，分別安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)9中的兩換能器安裝座上，發(fā)射換能器I和接收換能器2在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)9控制下，實現(xiàn)對被檢測零件的非線性超聲自動掃描，發(fā)射換能器I和接收換能器2的頻率根據(jù)被檢測零件的材料聲學(xué)特性、檢測靈敏度要求等進(jìn)行選擇，可以利用壓電材料進(jìn)行專門的設(shè)計，也可以選擇能夠與掃描機(jī)構(gòu)9中的換能器安裝座相匹配的市售換能器，推薦優(yōu)先選用中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的FJ系列寬帶窄脈沖換能器，構(gòu)成發(fā)射換能器I和接收換能器2，發(fā)射換能器I與接收換能器2要求配對使用，發(fā)射換能器I通過高頻屏蔽線纜與超聲單元3的信號輸出端連接，接收換能器2通過高頻屏蔽線纜與前置處理器4的信號輸入端連接；
[0048]超聲單元3，設(shè)計采用高壓脈沖電路，形成寬帶窄脈沖激勵信號，激勵發(fā)射換能器I產(chǎn)生超聲脈沖信號，通過水等液體耦合介質(zhì)傳播到被檢測零件中，超聲單元3的激勵信號帶寬IOOMHz，超聲單元3輸出寬帶窄脈沖激勵信號的幅值至少覆蓋200V~400V，也可以根據(jù)此要求，進(jìn)行市場選購，推薦選用中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的UPower系列超聲信號源構(gòu)成超聲單元3，超聲單元3安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中離發(fā)射換能器I最近的位置；
[0049]前置處理器4通過高頻信號電纜與超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元5進(jìn)行信號連接，前置處理器4設(shè)計采用寬帶窄脈沖放大電路構(gòu)成，前置增益IOdB~30dB，信號帶寬100MHz，也可以根據(jù)此要求，進(jìn)行市場選購，推薦選用中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的FD系列專用脈沖超聲信號前置處理器構(gòu)成前置處理器4 ；
[0050]2)非線性超聲檢測信號獲取方法，
[0051]①通過發(fā)射換能器I與接收換能器2的匹配和組合獲取非線性超聲檢測信號:
[0052]以發(fā)射換能器I在被檢測零件中形成的入射超聲脈沖信號沿被檢測零件厚度方向傳播為例，貝1J發(fā)射換能器I在被檢測零件中形成的超聲脈沖信號可表不為:
[0053]u(xj.) =+ r' >(xj) + …+:(xj)( I)
[0054]這里，u(x, t)為發(fā)射換能器I在被檢測零件中形成的超聲脈沖信號，他由基波信號和諧波信號組成，其中，
[0055]Aftff:>(.r,i),為入射超聲脈沖信號中的基波信號，5 (JiI)中的上角標(biāo)〈％>中
的I代表1次諧波，即基波，上角標(biāo)〈lfi〉中的〈fi〉代表基波信號的頻率，《P中的下角標(biāo)I代表基波信號的意思，A1代表基波信號的幅值，以下同理，
[0056]A2Ufi y(x,t) ?為入射超聲脈沖信號中的二次諧波信號，
[0057]AjCliy(XJ)，為入射超聲脈沖信號中的η次諧波信號，
[0058]X為入射聲波傳播方向，如被檢測零件厚度方向，
[0059]t為傳播時間，
[0060]通過選擇與式I中對應(yīng)基波信號頻率相同的接收換能器2，即可獲取來自被檢測零件中所形成的超聲脈沖信號u(X，t)中相應(yīng)的基波信號，如圖2所示，例如，
[0061]選擇η = I時，通過頻率為If1的接收換能器2獲取u(x，t)中的基波信號4%<w>fci)，
[0062]選擇n=2時，通過頻率為2f\的接收換能器2獲取u(x，t)中的二次諧波信號A2U2^'J:'{x,t),
[0063]η在{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}之間選擇，通過不同的η值對應(yīng)頻率為Iif1的接收換能器2即可獲取u(X，t)中的η次諧波信號?
[0064]根據(jù)選擇的諧波信號，利用對應(yīng)的接收換能器2提取的諧波信號，然后利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元5，進(jìn)行數(shù)字化處理，將接收換能器2所提取的諧波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)6內(nèi)存，用于后續(xù)的非線性超聲成像。
[0065]②通過構(gòu)建信號傳遞函數(shù)獲取非線性超聲檢測信號，
[0066]根據(jù)所選擇的發(fā)射換能器I的頻率，超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)6，通過軟件編程方法構(gòu)建對應(yīng)不同諧波系數(shù)η的信號傳遞Hn(Iif1)，這里η在{1，2，3，4，5,6,7,8,9,10}之間選擇，每個信號傳遞函數(shù)對應(yīng)一個給定的頻率的諧波信號，通過信號傳遞函數(shù)分別從超聲脈沖信號u(X，t)中提取相應(yīng)的諧波信號，如圖3所示，例如，
[0067]當(dāng)選擇n=l時，通過頻率為If1的信號傳遞函數(shù)H1 (If1)獲取u(x，t)中的基波信
號0.[0068] 當(dāng)選擇n=2時，通過頻率為2f\的信號傳遞函數(shù)&(24)獲取u(x，t)中的二次諧波信號卻廣' ?λ-J)，
[0069]η在{I，2，3，4，5，6，7，8，9，10}之間選擇，通過頻率為Iif1的信號傳遞函數(shù)Hn(Iif1)獲取u (X，t)中的η次諧波信號ΛΧ:Λ>(χ,0 -
[0070]接收換能器2接收到的超聲脈沖信號u (X，t)，通過利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元5，進(jìn)行數(shù)字化處理后，送超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)6內(nèi)存，再由在控制與成像計算機(jī)6中建立的信號傳遞函數(shù)提取所選擇的諧波信號，用于非線性超聲成像。
[0071]3)非線性超聲成像
[0072]①成像位置數(shù)據(jù)構(gòu)建
[0073]首先對超聲自動掃描檢測設(shè)備在對被檢測零件10進(jìn)行自動掃描過程中，來自超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元5的數(shù)字化后的諧波信號，按照掃描檢測點(diǎn)位置矩陣序列方式，存儲在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)6內(nèi)存中，當(dāng)被檢測零件較大或者諧波信號數(shù)據(jù)量較大時，可以在控制與成像計算機(jī)6的硬盤中建立虛擬內(nèi)存，存儲自動掃描過程中形成的諧波信號數(shù)據(jù)，檢測點(diǎn)位置矩陣中由R個掃描行、每行C個檢測點(diǎn)構(gòu)成RXC的檢測點(diǎn)位置矩陣P，以此為序，存儲諧波信號數(shù)據(jù)，形成成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，從而檢測點(diǎn)建立位置矩陣P與成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q之間的一一對應(yīng)，進(jìn)行非線性超聲自動掃描成像數(shù)據(jù)的管理。
[0074]②成像顯示
[0075]成像顯示就是根據(jù)構(gòu)建的成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，按照選定的顏色/灰度碼的調(diào)制方式，利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)6，通過軟件編程將對應(yīng)每個檢測點(diǎn)位置的諧波信號數(shù)據(jù)，即成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，轉(zhuǎn)換為超聲自動掃描檢測設(shè)備中的成像顯示單元7可接受的顯示顏色/灰度，從而實現(xiàn)對被檢測零件10的非線性超聲成像。
[0076]4)自動掃描的非線性超聲成像檢測的步驟
[0077]①確定自動掃描方式
[0078]根據(jù)被檢測零件的材料、結(jié)構(gòu)和檢測要求等，選擇超聲自動掃描檢測設(shè)備，確定發(fā)射換能器I與接收換能器2的安裝位置和擺角。
[0079]②零件裝卡
[0080]將被檢測零件10安裝在所選擇超聲自動掃描檢測設(shè)備的檢測工位，檢查無誤后，接通電源，開啟檢測設(shè)備，并進(jìn)入非線性超聲自動掃描成像檢測窗口。
[0081]③參數(shù)設(shè)置
[0082]控制程序加載與自檢；設(shè)置掃描速度、步進(jìn)、掃描范圍等掃描參數(shù)；設(shè)置采樣頻率，閘門等檢測參數(shù)；選擇諧波系數(shù)和諧波信號獲取方式等。
[0083]④掃描成像檢測
[0084]a)判斷是否開始自動掃描，如果不進(jìn)入自動掃描，則等待掃描，否則實行下一步；
[0085]b)開始行掃描； [0086]c)獲取當(dāng)前行掃描中檢測位置點(diǎn)j的位置信號和諧波信號為Α:η/;>(Χ,?) I
[0087]d)諧波信號轉(zhuǎn)化為成像數(shù)據(jù)；
[0088]e)成像數(shù)據(jù)緩存；
[0089]f)判斷當(dāng)前行是否結(jié)束，如未結(jié)束，重復(fù)執(zhí)行步驟c)到e);如果已結(jié)束，當(dāng)前行成像數(shù)據(jù)保存到成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q中對應(yīng)行位置，并顯示當(dāng)前掃描行圖像；
[0090]g)判斷零件掃描是否完成，如未完成，掃描步進(jìn)后，重復(fù)步驟b)到f);如果已完成零件掃描，結(jié)束掃描，進(jìn)入圖像分析。參見圖4所示。
[0091]發(fā)射換能器I與接收換能器2配對使用，發(fā)射換能器I與接收換能器2的選擇方法是，f2 = Iif1，這里，為發(fā)射換能器I的頻率，η為諧波系數(shù)，為一整數(shù)值，一般η可在{I，2，3，4，5，6，7，8，9，10}之間選擇，f2為接收換能器2的頻率。
[0092]發(fā)射換能器I和接收換能器2可以在安裝超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)9中的兩側(cè)換能器安裝座上，也可以安裝超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)9中的同側(cè)換能器安裝座上，發(fā)射換能器I和接收換能器2的偏轉(zhuǎn)擺角可調(diào)范圍+90°~-90°，實現(xiàn)超聲信號的發(fā)射和接收關(guān)系，以實現(xiàn)不同零件反射模式或穿透模式非線性超聲成像檢測。
[0093]根據(jù)被檢測零件的幾何形狀和尺寸等特點(diǎn)，選用1-6個坐標(biāo)自由度的超聲自動掃描檢測設(shè)備，實現(xiàn)不同形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)、零件的非線性超聲自動掃描，推薦使用中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MUI和CUS系列超聲自動掃描檢測設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，其特征是， 1)非線性超聲單元 非線性超聲單元包括超聲自動掃描檢測設(shè)備、發(fā)射換能器(I)、接收換能器(2)、超聲單元(3)、前置處理器(4)， 發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2)采用超聲噴水式脈沖換能器，兩個換能器分別安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)(9)中的兩換能器安裝座上，發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2)在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)(9)控制下，實現(xiàn)對被檢測零件的非線性超聲自動掃描，發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2)的頻率根據(jù)被檢測零件的材料聲學(xué)特性、檢測靈敏度要求進(jìn)行選擇，發(fā)射換能器(I)與接收換能器(2)的頻率配對使用，發(fā)射換能器(I)通過高頻屏蔽線纜與超聲單元(3 )的信號輸出端連接，接收換能器(2 )通過高頻屏蔽線纜與前置處理器(4)的信號輸入端連接； 超聲單元(3)提供寬帶窄脈沖激勵信號，激勵發(fā)射換能器(I)產(chǎn)生超聲脈沖信號，通過耦合介質(zhì)傳播到被檢測零件中，超聲單元(3)的激勵信號帶寬100MHz，幅值至少覆蓋200V~400V，超聲單元(3)安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備上； 前置處理器(4)通過高頻信號電纜與超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元(5)進(jìn)行信號連接，前置處理器(4)為寬帶窄脈沖放大電路，前置增益IOdB~30dB，信號帶寬IOOMHz ； 2)非線性超聲檢測信號獲取 通過發(fā)射換能器(I)與接收換能器(2)獲取非線性超聲檢測信號: 以發(fā)射換能器(I)在被檢測零件中形成的入射超聲脈沖信號沿被檢測零件厚度方向傳播，則發(fā)射換能器(I)在被檢測零件中形成的超聲脈沖信號， 接收換能器(2)，獲取來自被檢測零件中所形成的超聲脈沖信號， 然后通過前置處理器(4)利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元(5)，進(jìn)行數(shù)字化處理，將接收換能器(2)所提取的諧波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送到超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)(6)內(nèi)存，用于后續(xù)的非線性超聲成像； 3)非線性超聲成像 ①成像位置數(shù)據(jù)構(gòu)建 超聲自動掃描檢測設(shè)備控制發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2 )對被檢測零件(10 )進(jìn)行自動掃描，超聲自動掃描檢測設(shè)備中的信號處理單元(5)的數(shù)字化處理后的諧波信號，按照掃描檢測點(diǎn)位置矩陣序列方式，存儲在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)(6)內(nèi)存中，檢測點(diǎn)位置矩陣中由R個掃描行、每行C個檢測點(diǎn)構(gòu)成RXC的檢測點(diǎn)位置矩陣P，以此為序，存儲諧波信號數(shù)據(jù)，形成成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，從而建立位置矩陣P與成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q之間的一一對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行非線性超聲自動掃描成像數(shù)據(jù)的管理； ②成像顯示 根據(jù)構(gòu)建的成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，按照選定的顏色/灰度碼的調(diào)制方式，利用超聲自動掃描檢測設(shè)備中的控制與成像計算機(jī)(6)，通過掃描成像將成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q，轉(zhuǎn)換為超聲自動掃描檢測設(shè)備中的成像顯示單元(7)可接受的顯示顏色/灰度，從而實現(xiàn)對被檢測零件(10)的非線性超聲成像； 自動掃描的非線性超聲成像檢測的步驟是，①確定自動掃描方式 根據(jù)被檢測零件的材料、結(jié)構(gòu)和檢測要求，選擇超聲自動掃描檢測設(shè)備，確定發(fā)射換能器(1)與接收換能器(2)的安裝位置和擺角， ②零件裝卡 將被檢測零件(10)安裝在所選擇超聲自動掃描檢測設(shè)備的檢測工位，檢查無誤后，接通電源，開啟檢測設(shè)備，并進(jìn)入非線性超聲自動掃描成像檢測窗口， ③參數(shù)設(shè)置 控制程序加載與自檢；設(shè)置掃描速度、步進(jìn)、掃描范圍掃描參數(shù)；設(shè)置采樣頻率，信號閘門檢測參數(shù)及諧波系數(shù)， ④掃描成像 a)判斷是否開始自動掃描，如果不進(jìn)入自動掃描，則等待掃描，否則執(zhí)行下一步； b)開始行掃描； c)獲取當(dāng)前行掃描中檢測位置點(diǎn)j的位置信號和諧波信號； d)諧波信號轉(zhuǎn)化為成像數(shù)據(jù)； e)成像數(shù)據(jù)緩存； f)判斷當(dāng)前行是否結(jié)束，如未結(jié)束，重復(fù)執(zhí)行步驟c)到e);如果已結(jié)束，當(dāng)前行成像數(shù)據(jù)保存到成像位置數(shù)據(jù)矩陣Q中對應(yīng)的行位置，并顯示當(dāng)前掃描行圖像； g)判斷零件掃描是否完成，如未完成，掃描步進(jìn)后，重復(fù)步驟b)到f);如果已完成零件掃描，結(jié)束掃描，進(jìn)入圖像分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，其特征是，所述的發(fā)射換能器(1)與接收換能器(2)的頻率配對選擇方法是，f2 = Iif1，其中，為發(fā)射換能器(1)的頻率，η為諧波系數(shù)，為一整數(shù)值，η在{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10}之間選擇，f2為接收換能器(2)的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，其特征是，所述的發(fā)射換能器(1)和接收換能器(2)分別安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)(9)的兩側(cè)換能器安裝座上，或安裝在超聲自動掃描檢測設(shè)備中的掃描機(jī)構(gòu)(9)中的同側(cè)換能器安裝座上，發(fā)射換能器(1)和接收換能器(2)的偏轉(zhuǎn)擺角調(diào)整范圍+90°~-90°，實現(xiàn)超聲信號的發(fā)射和接收關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自動掃描的非線性超聲成像檢測方法，其特征是，所述的超聲自動掃描檢測設(shè)備根據(jù)被檢測零件的幾何形狀和尺寸特點(diǎn)，選用1-6個坐標(biāo)自由度的超聲自動掃描檢測設(shè)備，實現(xiàn)不同形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)、零件的非線性超聲自動掃描。
【文檔編號】G01N29/06GK103926320SQ201310646365
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】劉松平, 李樂剛, 劉菲菲, 郭恩明, 白金鵬, 曹正華, 謝富原, 孟秋杰, 傅天航 申請人:中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司