[发明专利]一种基于自动扫描的非线性超声成像检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于自动扫描的非线性超声成像检测方法。

背景技术

随着复合材料及扩散焊等在航空航天、交通等核心工业领域的推广应用，需要对装机应用的复合材料及扩散焊连接界面进行无损检测，确保装机结构的质量和服役安全。由于复合材料及扩散焊中连接界面缺陷具有紧贴、细微特点，要求采用所有的检测方法具有足够高的检测灵敏度和检测分辨率，面向工程级的复合材料及扩散焊焊接结构制造过程中的实际零件的无损检测，主要是采用的超声方法：（1）利用超声手动扫描由检测人员根据超声检测仪器显示的A-显示信号进行缺陷判别；（2）利用超声自动扫描，通过超声扫描成像方法实现复合材料及扩散焊焊接结构连接界面缺陷的无损检测。突出的不足是：（1）这两种方法目前主要基于常规的线性超声检测原理，对连接界面紧贴性缺陷和微细缺陷不灵敏，分辨率差，尽管提高超声检测的频率，可以在一定程度上实现超声方法对连接界面紧贴性缺陷和微细缺陷检测灵敏和分辨率的提升，但检测频率的提高，声波的衰减剧烈，检测厚度受到限制，检测信号对高频超声换能器的耦合与姿态的异常敏感，直接影响检测的可靠性；（2）有些紧贴、微细连接缺陷对线性超声波在缺陷周围引起的大的振幅不敏感，容易引起漏检；（3）检测频率的提高会导致检测成本的急剧增加，甚至导致难以实现实际零件的超声检测。

发明内容

本发明的目的是针对复合材料及扩散焊焊接结构，提出一种基于自动扫描的非线性超声成像检测方法，实现复合材料及扩散焊焊接结构的非线性超声成像检测，改进超声检测的灵敏度和分辨率，提高对连接界面中的微细紧贴缺陷的检出能力和检测的可靠性。本发明的技术解决方案是，1）非线性超声单元

非线性超声单元包括超声自动扫描检测设备、发射换能器，接收换能器，超声单元，前置处理器，

发射换能器和接收换能器采用超声喷水式脉冲换能器，两个换能器分别安装在超声自动扫描检测设备中的扫描机构中的两换能器安装座上，发射换能器和接收换能器在超声自动扫描检测设备中的扫描机构控制下，实现对被检测零件的非线性超声自动扫描，发射换能器和接收换能器的频率根据被检测零件的材料声学特性、检测灵敏度要求进行选择，发射换能器与接收换能器的频率配对使用，发射换能器通过高频屏蔽线缆与超声单元的信号输出端连接，接收换能器通过高频屏蔽线缆与前置处理器的信号输入端连接；

超声单元提供宽带窄脉冲激励信号，激励发射换能器产生超声脉冲信号，通过耦合介质传播到被检测零件中，超声单元的激励信号带宽100MHz，幅值至少覆盖200V～400V，超声单元安装在超声自动扫描检测设备上；

前置处理器通过高频信号电缆与超声自动扫描检测设备中的信号处理单元进行信号连接，前置处理器为宽带窄脉冲放大电路，前置增益10dB～30dB，信号带宽100MHz；

2）非线性超声检测信号获取，

通过发射换能器与接收换能器获取非线性超声检测信号：

以发射换能器在被检测零件中形成的入射超声脉冲信号沿被检测零件厚度方向传播，则发射换能器在被检测零件中形成的超声脉冲信号，

接收换能器，获取来自被检测零件中所形成的超声脉冲信号，

然后通过前置处理器利用超声自动扫描检测设备中的信号处理单元，进行数字化处理，将接收换能器所提取的谐波信号转换为数字信号，送到超声自动扫描检测设备中的控制与成像计算机内存，用于后续的非线性超声成像；

3）非线性超声成像，

①成像位置数据构建

超声自动扫描检测设备控制发射换能器和接收换能器对被检测零件进行自动扫描，超声自动扫描检测设备中的信号处理单元的数字化处理后的谐波信号，按照扫描检测点位置矩阵序列方式，存储在超声自动扫描检测设备中的控制与成像计算机内存中，检测点位置矩阵中由R个扫描行、每行C个检测点构成R×C的检测点位置矩阵P，以此为序，存储谐波信号数据，形成成像位置数据矩阵Q，从而建立位置矩阵P与成像位置数据矩阵Q之间的一一对应关系，进行非线性超声自动扫描成像数据的管理；

②成像显示

根据构建的成像位置数据矩阵Q，按照选定的颜色/灰度码的调制方式，利用超声自动扫描检测设备中的控制与成像计算机，通过扫描成像将成像位置数据矩阵Q，转换为超声自动扫描检测设备中的成像显示单元可接受的显示颜色/灰度，从而实现对被检测零件的非线性超声成像；

自动扫描的非线性超声成像检测的步骤是，

①确定自动扫描方式