[发明专利]基于合成孔径聚焦的超声渡越时间检测方法

摘要

基于合成孔径聚焦的超声渡越时间检测方法，它涉及板材及焊缝中缺陷的超声波无损检测领域，其目的是为了克服现有技术中采用超声渡越时间法无法准确定位和定量分析板材及其结构焊缝中的缺陷的问题。本发明利用超声渡越时间法获取原始B扫描图像，然后对B扫描图像进行线性化处理，再根据B扫描图像的形成过程、探头和缺陷位置的几何关系，建立了基于合成孔径聚焦的超声渡越时间法B扫描图像重建的数学模型，最后实现图像的线性化－合成孔径聚焦(L－SAFT)重建。本发明为构件的结构完整性、裂纹扩展情况及剩余寿命预测提供准确的数据。可对开口型以及内部埋藏型的缺陷进行定位定量测量。采用本发明L－SAFT重建图像的纵向时间分辨率可达0.01μs，横向距离分辨可达设定的最小扫描步长尺寸。

主权项

1、基于合成孔径聚焦的超声渡越时间检测方法，其特征在于所述检测方法按以下步骤进行：第一步、首先将板材及其结构焊缝的待检测区域置于发射探头和接收探头之间，先对被检测区域进行D扫描以确定缺陷的大概位置；设定探头的扫查步长，进行越过缺陷上方的B扫描，检测系统将接收探头的检测数据生成待处理的原始B扫描图像；其中，沿板材及结构焊缝的表面下较浅深度传播的侧向波对应B扫描图像上部的水平区域；缺陷的上端衍射波对应图像中上述水平区域下方的第一条抛物线状区域；缺陷的下端衍射波对应图像中上述水平区域下方的第二条抛物线状区域；板材及结构焊缝的底面反射波对应图像下部的水平区域；第二步、对第一步得到的原始B扫描图像进行线性化处理，将原始B扫描图像的侧向波水平区域处理为直线；将缺陷上、下端部衍射波的抛物线状区域分别处理为曲线；第三步、选择线性化处理之后的曲线为处理对象，打开处理对象的灰度值数字矩阵，并读出每列的最大及最小值；其中，对缺陷上端对应的曲线区域进行处理时读取每列像素点灰度值的最大值，对缺陷下端对应的曲线区域进行处理时读取每列像素点灰度值的最小值，在每读出一次所述最大值或最小值的时候，进行如下运算：a、读取最大或最小灰度值像素点所对应的时间位置，根据公式(1)计算缺陷端部的埋深尺寸，$d=\frac{1}{2}\sqrt{{\left(T_{D}C\right)}^2+{4T}_D\mathrm{CS}}-----\left(1\right)$ 上述公式(1)中，d表示缺陷端部的埋深尺寸，TD表示侧向波和缺陷端部衍射波的时差，S表示两探头声发射点间距的一半，C表示超声波在材料中的声速；b、根据公式(2)分别计算待处理的A扫描信号Xn两侧参与SAFT运算的各个A扫描信号的时移量，${\mathrm{\Delta T}}_i=(\sqrt{{(S-(n-i)\mathrm{\Delta S})}^2+d^2}+\sqrt{{(S+(n-i)\mathrm{\Delta S})}^2+d^2}-2\sqrt{S^2+d^2})/C-----\left(2\right)$ 上述公式(2)中ΔTi表示A扫描信号Xi的时移量，d表示缺陷端部的埋深尺寸，S表示两探头声发射点间距的一半，ΔS表示探头对的扫查步长，C表示超声波在材料中的声速；c、根据下述公式(3)进行求和及取平均值运算，$X_n\left(T_n\right)=1/(N+1)\underset{i=n-N/2}{\overset{n+N/2}{\Sigma }}{X}_i(T_i-{\mathrm{\Delta T}}_i)----\left(3\right)$ 上述公式(3)中，Xn(Tn)是衍射波到达时刻为.Tn的A扫描信号Xn经过SAFT处理后的返回信号，N为参与SAFT运算的Xn两侧的A扫描信号的个数，Xi(Ti-ΔTi)为衍射波到达时刻为Ti的A扫描信号Xi经时移后的返回信号；d、输出计算结果，集合所有计算结果，完成图像的SAFT重建，将上述的曲线图像重建为聚焦图像。