[发明专利]一种基于柔性超声阵列换能器的多声束自动扫描成像方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于柔性超声阵列换能器的多声束自动扫描成像方法。

背景技术

现有的复合材料等大型结构超声自动扫描成像方法主要采用超声穿透法和反射法，利用探测声束对被检测材料或结构进行逐行扫描，然后提取每一个扫描行中检测位置的超声信号，按照逐行扫描顺序和检测点位置对检测结果进行成像显示，实现超声扫描成像。通常超声换能器按预先设定的步进量和扫描速度，由超声检测设备控制换能器对被检测零件进行逐行逐点覆盖扫描。对于超声穿透法扫描成像，主要是采用单通道扫描；对于反射法扫描成像，为了提高扫描成像效率，也有利用超声相控阵换能器实现多声束扫描，超声相控阵换能器采用整体移动逐行扫描，以手工扫查为主，因曲面接触耦合困难、分辨率低、盲区大等原因，目前在复合材料等工程结构上尚难以推广应用。

目前复合材料等大型结构超声扫描方法主要是基于单声束扫描原理，采用逐行扫描逐点检测方式，对于工业批生产中的大型复合材料等结构，其显著不足是扫描效率很低。另一种扫描方法是基于超声相控阵方法，实现多声束扫描，以提高扫描效率，其显著不足是：(a)因其普通超声相控阵换能器采用刚性设计，而复合材料等工程结构型面复杂，难以实现有效可靠的声波耦合；(b)难以实现大型复合材料等结构的超声自动扫描，而且分辨率和表面检测盲区大(一般在1mm左右)；(c)不能实现插补扫描。

目前采用的复合材料等结构反射式超声自动扫描成像方法中的结果显示，主要采用一维信息(如幅值信号)成像，其明显不足是：对于非等厚结构，因难以有效区分来自厚度变化和缺陷存在引起的超声反射信号，难以有效实现扫描成像，而对于航空等许多工业领域，被检测工程结构以变厚度为主，这种声束扫描成像方法几乎难以实现正确的扫描成像显示。而采用超声穿透法声束扫描成像方法，其不足是：不能得到被检测零件中缺陷的深度信息，检测灵敏度和分辨率不如反射法高，对于复合材料等整体结构，难以实现超声穿透法扫描成像，而且扫描成像效率低。

现有的超声扫描成像方法中的结果显示主要是通过计算机显示器进行显示，实际被检测复合材料等大型结构往往比计算机物理显示器显示区大得多，而且复合材料等大型结构超声检测的信息量往往又非常大，采用传统的压缩成像显示方法，信息丢失严重，易造成显示漏检。

发明内容

本发明的目的是提出一种扫描成像效率高、成像质量和准确性好，改善扫描分辨率，以实现大型工程结构高效扫描成像检测与缺陷量化评估的一种基于柔性超声阵列换能器的多声束自动扫描成像方法。本发明的技术解决方案是，

(1)多声束自动插补扫描

利用超声检测系统，对被检测零件进行自动插补扫描；

(2)多声束扫描成像信息提取与重构

通过超声检测系统中的信号采集单元提取多声束扫描成像位置信息和超声信息，进行成像位置信号解调和成像超声信号重构，

①成像位置信号解调方法

对于第k个扫描行中的第i个检测点，扫描声束阵列中的第r行的第c列扫描声束的坐标位置信息中的坐标位置可表示为：

xr,ck,i=i×ΔL+b+(r-1),]]>r＝1，2，...，R，