[发明专利]一种基于角域信号重构的水浸超声检测方法

权利要求书

1.一种基于角域信号重构的水浸超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：构建角域水浸自动超声检测装置，所述的装置包括将工件固定在其中的水槽，对工件进行超声检测的可X/Y/Z/A四轴运动的超声扫查装置以及处理超声数据的数据处理装置；

步骤二：对工件进行角域B扫查及角域信号采集，首先将工件置于水槽中，调整超声自动扫查装置的超声探头并使探头中心轴线与工件表面法线方向重合，并使探头中心距离工件表面距离为d，以此时探头中心作为原点O建立检测坐标系XOZ，然后根据在水中入射到工件的第一临界角，确定探头中心轴线与工件表面法线的夹角即入射角取值范围，根据成像分辨率需求及扫查装置控制精度确定探头X轴方向移动步距，然后探头由原点起对工件进行多次B扫查，每次均以入射角取值范围内即角域的不同入射角角度进行B扫查，并采集角域超声B扫查回波数据；

步骤三：计算角域信号渡越时间及位置偏移，首先由已知的或采用超声脉冲反射法测量得到的水中及待测工件中的声速，并根据斯涅尔折射定律计算得到声束在水及工件中的传播路径、声束折射角、声束在水中传播距离、声束在工件中传播距离，由此得到声束由探头中心传播到工件内成像点的渡越时间计算公式，最后根据检测坐标系内探头和工件几何位置关系及声束传播路径，得到工件内成像点与超声探头中心在X方向上的位置关系即位置偏移量计算公式；

步骤四：角域信号重构B成像，首先提取步骤二中得到的角域超声B扫查回波数据，采用Hilbert变换法对回波数据进行包络，然后根据步骤三中得到的渡越时间计算公式和位置偏移量计算公式，将回波数据转换为对应工件内的B扫查数据，最后进行角域信号重构，完成角域重构后的超声B扫查成像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述的装置中，超声扫查装置包括水槽、X/Y/Z/A四轴超声自动扫查架、超声换能器和运动控制装置，所述的数据处理装置包括超声脉冲发生接收仪、高频数据数据采集卡和工控机，所述的X/Y/Z/A四轴超声自动扫查架设置于水槽上方，超声换能器安装在X/Y/Z/A四轴超声自动扫查架上并由X/Y/Z/A四轴超声自动扫查架驱动沿X/Y/Z轴运动及绕A轴旋转，所述的运动控制装置的输出端连接X/Y/Z/A四轴超声自动扫查架的控制端，输入端连接工控机，超声脉冲发生接收仪接收超声换能器发出的信号并通过高频数据数据采集卡发送至工控机。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤二中，对工件进行角域B扫查及角域信号采集的步骤包括：

步骤1：将已知材料声学特性和几何结构参数的工件水平放置于水槽内，同时通过调整探头位姿，使得探头中心轴线与工件表面法线方向重合，此时探头中心轴线与工件表面法线的夹角即入射角α₀＝0°；通过超声测距法获取探头中心到工件表面垂直距离即水声距，调整Z轴运动使得水声距达到合适值d，d值由探头型号及工件Z方向厚度确定，以工件检测起点处对应的探头中心为原点O，建立检测坐标系XOZ；

步骤2：根据声束在水中入射到工件的第一临界角，确定探头中心轴线与工件表面法线的夹角取值范围[-α_max,α_max]，其中α_max小于第一临界角，将α_max划分为2n个等份，即选取2n+1个角度位置：α_-n,α_-n+1,…,α₀,…,α_n-1,α_n，确定B扫查的探头X方向移动步距Δx；Δx根据工件内缺陷大小及成像需求确定；

步骤3：以α_-n角度进行B扫查，调整A轴使探头中心轴线与工件表面法线成α_-n角度，即入射角为α_-n，并将超声探头中心调整到起始位置O，即调整X、Z轴使得探头中心P点即入射点与检测坐标系O点重合，并使入射点P到工件表面的水声距为d，根据设定的探头X方向移动步距Δx，控制扫查架在XZ平面内沿X方向运动，实现超声B扫查，由计算机实时将每个步距Δx所形成的检测点位置的超声回波信号进行保存，记为e(t,s,α_-n)，扫查完成后，控制探头回到起始位置O并继续进行入射角为α_-n+1的扫查，即依次获得e(t,s,α_-n)，…，e(t,s,α₀)，…，e(t,s,α_n)，其中t为渡越时间，s为探头入射点在X轴上的坐标。