授权公告号 CN 105699492 B
授权公告日 2018.11.13
技术领域
[0001] 本发明涉及焊缝的超声无损检测技术领域，尤其涉及一种用于焊缝检测的超声成像方法。
背景技术
[0002] 近年来，超声在无损检测(NDT)领域的应用越来越广泛，对于焊缝，一般分为基于单晶片换能器的传统检测方法和基于阵列的超声成像方法。前者又包括衍射时差法和脉冲反射法等。
[0003] 超声波衍射时差法是一种依靠从焊缝内部结构的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。采用衍射时差技术对焊缝中部缺陷定量，其定量精度远远高于脉冲反射法超声波检测。而基于阵列的超声无损检测相对于传统的采用单晶片换能器的超声无损检测的主要优势在于：可以通过电子系统控制声束的偏转和聚焦，进而可以控制声束沿特定区域进行扫描，从而提高了检测速度和成像质量，最终使缺陷的定量和定位更加直观、快速和准确。
[0004] 传统的阵列超声成像在相控阵探头与被测对象交界面之间的耦合方式，一般包括采用耦合剂直接耦合或者通过放置楔块进行耦合。前者主要是采用纵波进行检测；而当采用楔块为斜楔块进行耦合时，可以用以改变声束的传播方向和转换波型，这样可以采用横波检测那些不能在表面或正上方直接放置相控阵探头的焊缝，通过延时叠加波束形成方法对缺陷区域进行成像。在成像过程中，目前主要采用定焦点发射和接收逐点聚焦的方法，以改进成像效果。但是定焦点发射往往致使成像分辨率下降。对于焊缝的超声相控阵检测，由于成像区域特别近，定焦点发射带来的声波衍射问题进一步加剧了成像分辨率的下降，从而减弱了小型缺陷检测的灵敏度。
[0005] 由上述内容可知，对于焊缝的相控阵超声检测，需要进一步改进成像质量，以保证超声相控阵焊缝无损检测的可靠性，减少因为焊缝焊接质量不合格带来的事故。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于，为了解决上述现有的焊缝超声检测方法存在的定量和定位不准确、检测速度不高，或对缺陷区域的成像分辨率低的技术问题，本发明提供一种用于焊缝检测的超声成像方法，不同于上述传统的超声成像方法，本发明针对焊缝检测的特殊性，采用直达波及多次反射波联合检测，采用以单阵元依次发射，全孔径采集数据，对每一成像点都实现收发聚焦。并针对使用斜楔块产生横波的情形，精确地计算各个阵元经过斜楔块传播至检测点的延时，并进行逐点成像，结合焊缝的物理尺寸及位置，进行自动识别及标注，以提高对焊缝中的小型缺陷检测的灵敏度及效率。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种用于焊缝检测的超声成像方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1)根据待测工件的形状、尺寸和焊缝在工件上的位置，结合超声相控阵探头的几何尺寸，确定超声相控阵探头的位置、超声波的波型、检测的回波次数及目标检测区域的成像范围；
[0009] 步骤2)将步骤1)中确定的成像范围通过网格划分成若干像素，以每个像素的中心坐标作为聚焦点的位置坐标；
[0010] 步骤3)根据步骤1)中确定的超声相控探头的位置放置探头，激发超声相控阵中每一个阵元依次单独发射超声波，并利用全部阵元同时接收该超声波的回波信号；
[0011] 步骤4)根据每个阵元和像素的相对位置，将步骤3)中获得的回波信号进行逐点聚焦成像处理，得到各像素所对应的回波强度；
[0012] 步骤5)根据步骤4)中获得的各像素对应的回波强度，进行归一化、对数压缩、动态范围限制处理后得到超声检测图像；
[0013] 步骤6)根据步骤1)中确定的超声相控阵探头的位置、超声波的波型和目标检测区域的成像范围，通过几何位置标记位于步骤5)中得到的超声检测图像中的焊缝区域，以确定焊缝区域中的缺陷图像并显示。
[0014] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤4)中的逐点聚焦成像处理过程具体包括以下步骤：
[0015] 步骤401)将所述的回波信号进行滤波；
[0016] 步骤402)记录每一个阵元依次单独发射的超声波的发射路径，及由各阵元单独接收该超声波的回波信号的接收路径；
[0017] 步骤403)根据步骤402)中得到每一个阵元依次单独发射的超声波的发射路径，及其对应的回波信号的接收路径计算传输延时；
[0018] 步骤404)根据步骤403)中计算得到的传输延时，将与该传输延时对应的经步骤401)滤波后的回波信号进行相干叠加，并取包络后得到各像素对应的回波强度。
[0019] 作为上述技术方案的进一步改进，所述超声波的波型为横波或纵波。
[0020] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的超声相控阵探头贴附于靠近焊缝的工件表面，或贴附于设有的供超声波传输的斜楔块的一侧，该斜楔块的另一侧与工件表面接触，所述的斜楔块用于改变超声波的传播方向和通过界面折射实现波型转换。
[0021] 本发明的一种用于焊缝检测的超声成像方法在于：
[0022] 本发明针对焊缝超声相控阵检测情形，利用全阵列采集每一个阵元依次单独发射超声波的回波数据，并进行像素逐点聚焦成像处理，从而得到各像素所对应的回波强度，提高了焊缝检测的成像质量和对焊缝中的小型缺陷检测的灵敏度，进一步保证焊缝的超声无损检测的性能和可靠性，避免因为焊缝焊接质量不合格而带来的事故。
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