[发明专利]一种自动定位成像的三维超声无损检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测装置和方法技术领域，尤其涉及一种自动定位成像的三维超声无损检测系统及方法。

背景技术

在现代化智能制造过程中，无损检测作为最重要的检测环节，已成为控制产品质量、保证设备安全运行的重要技术手段。超声波无损检测利用超声波在介质中的传播对材料内部情况进行检测的技术，具有灵敏度高、成本较低、操作方便灵活等优点，因此成为应用最广泛的无损检测技术。国内外应用的超声检测技术几乎都为手持式超声波单点扫描形式，但由于依靠手工移动探头对材料逐点检测，易受到人为差异或操作失误而影响到检测结果。因此手持式对于无损检测人员的专业操作技能要求较高，极大阻碍了超声检测向自动化、智能化、图像化等方向发展。

近年国内外开始研究利用数控工作台或者机械手带动超声波探头在二维平面上扫描并进行自动定位，从而构建三维超声检测图像。但是由于工作台或机械手的加入，使得检测系统成本较高而且失去了手持式超声波单点扫描的方便性与灵活性。然而，随着新型复合材料(例如碳纤维与玻璃纤维)以及新型3D打印材料的广泛应用，对无损检测的自动化程度与检测效果的要求也越来越高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种既能自动定位检测位置，又能保持手持式超声波单点扫描的方便性与灵活性的三维超声波无损检测系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，包括一体化超声波探头、数据线、超声波信号发生与接收器、USB接口线和计算机数据处理系统，所述一体化超声波探头的一部分信号连接线经一部分所述数据线与所述超声波信号发生与接收器的一端连接，所述一体化超声波探头的另一部分信号连接线经另一部分数据线与USB接口线的一部分接线端连接，所述超声波信号发生与接收器的另一端与USB接口线的另一部分接线端连接，所述USB接口线与所述计算机数据处理系统连接，所述一体化超声波探头采集的数据传输至计算机数据处理系统进行处理，得出被检测物体的立体超声波无损检测图像，并显示被检测物体内部缺陷或损伤的尺寸与位置。

进一步的技术方案在于：所述一体化超声波探头包括里程计、超声波探头、外壳和惯性测量仪，所述里程计设置在一体化超声波探头的外壳的下端，所述超声波探头内嵌在所述外壳内，所述惯性测量仪固定在所述外壳的上端，所述里程计以及惯性测量仪的信号输出端通过部分所述数据线与所述USB接口线连接，所述超声波探头通过另一部分信号线与所述超声波信号发生与接收器的一端连接。

优选的：所述超声波探头的直径为22mm。

优选的：所述里程计设置在所述超声波探头外侧的壳体上。

本发明实施例还公开了一种自动定位成像的三维超声无损检测方法，包括以下步骤:

对惯性测量仪所测量的加速度数据进行二次积分得到航推位移信息；同时，利用里程计测量探头的移动距离，即探头的相对移动位移，然后通过卡尔曼滤波器进一步地融合惯性测量仪测量的航推位移信息与里程计测量的相对位移信息，计算机数据处理系统结合位置信息与方向信息输出探头相对于起点的横向XY平面坐标；

由超声波信号发生与接收器向超声波探头输出电信号，紧贴在被测材料上移动的超声波探头产生超声波信号，对材料内部反射回来的超声波信号进行处理，得到被测材料在Z方向的超声波图像，计算机数据处理系统结合探头相对于起点的横向XY平面坐标以及被测材料在Z方向的超声波图像，得到被测材料带三维位置信息的立体超声波无损检测图像。

进一步的技术方案在于：所述方法还包括：计算机数据处理系统对超声波图像进行处理，显示材料内部缺陷或损伤的尺寸与位置的步骤。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述系统和方法将惯性定位导航技术与手持式超声波单点扫描的无损检测技术相结合，既能自动定位检测位置，又能保持手持式超声波单点扫描的方便性与灵活性，能够有效地解决了手持式单点超声波检测仪定位困难的问题、解决人为因素对检测效果的影响以及有效地协助构建三维超声检测图像，是一种具有自动定位功能的新型手持式三维超声波无损检测系统。

本发明所述系统对材料的检测速度快，方便灵活，在设备上显示直观，能够降低检测误差、提高检测精度与检测速度。在可靠性、自动化程度以及检测操作的稳定性等各项技术指标，均超过传统的手持式超声波单点扫描，对社会带来的效益不仅仅是材料的检测，而且涉及航空、国防、经济等重大社会效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述检测系统的结构示意图；