[发明专利]基于多模式声束合成孔径聚焦的缺陷二维形貌成像检测方法

摘要

一种基于多模式声束合成孔径聚焦的缺陷二维形貌成像检测方法，其属于无损检测技术领域。本方法采用相控阵超声检测仪、相控阵超声探头和倾斜楔块的相控阵超声检测系统，利用相控阵超声检测仪的电子扫查功能对被检试块实施信号采集，获得相控阵超声探头各孔径的A扫信号。依据各孔径激励声束在楔块与试块界面、试块底部和缺陷表面发生模式转换类型的不同，从8种声束传播模式中选择合适的多模式声束。基于SAFT成像原理和费马定理，计算各孔径多模式声束的传播延时，并进行幅值叠加处理，得到重建后的SAFT图像，从而完整表征缺陷二维形貌特征。本方法能够实现体积型和面积型缺陷的正确识别，进而对缺陷长度、深度和取向精确定量，具有较高的工程应用价值。

主权项

1.基于多模式声束合成孔径聚焦的缺陷二维形貌成像检测方法，其特征是，采用由相控阵超声检测仪、相控阵超声探头和倾斜楔块构成的检测系统，利用相控阵电子扫查模块对被检试块实施A扫信号采集；依据各孔径激励声束在楔块与试块界面、试块底部和缺陷表面发生模式转换类型的不同，选择合适的多模式声束；基于SAFT成像原理和费马定理，计算多模式声束在楔块与试块界面处的折射点位置，对A扫信号进行时间延迟计算和幅值叠加处理，获得重建后的SAFT图像，从而完整表征缺陷二维形貌特征，所述方法采用下列步骤：(a)相控阵超声检测参数选定根据被检试块的材料、形状和尺寸信息选取合适的相控阵超声检测参数，包括相控阵超声探头频率、探头孔径和孔径间距；(b)A扫信号采集基于选定的相控阵超声检测参数，利用相控阵电子扫查功能采集各孔径的A扫信号，并以txt格式保存下来；(c)坐标系建立及图像重建区域网格划分以楔块尖端位置为坐标原点，楔块和被检试块界面为x轴，深度方向为y轴，楔块前沿方向为x轴正向，试块深度方向为y轴正向建立坐标系，将被检区域划分成m×n个矩形网格，其网格节点即为各图像重建点；(d)折射点位置求解相控阵超声探头各孔径的激励声束将在楔块与试块界面、试块底部和缺陷表面发生反射/折射，以第i个孔径为例，其声束传播路径包括五部分：声程S_1i为相控阵超声探头孔径到楔块和试块界面第一折射点的距离，对应声速为c₁；声程S_2i为界面第一折射点与试块底面反射点的距离，对应声速为c₂；声程S_3i为底面反射点与图像重建点的距离，对应声速c₃；声程S_4i为图像重建点与试块和楔块第二折射点的距离，对应声速为c₄；声程S_5i为第二折射点到接收孔径的距离，对应声速c₅；对于被检试块中的传播声程S_2i、S_3i和S_4i，对应的声束模式是横波或纵波，因而共有8种声束传播模式，统称为多模式声束，实际检测中依据检测空间范围选择合适的多模式声束；因此，总的声程及声时分别为：S(x_0i)＝S_1i+S_2i+S_3i+S_4i+S_5i   (1)其中x_0i为第一折射点横坐标；最短声时满足费马定理，则折射点x_0i满足：(e)SAFT图像重建与缺陷二维形貌获取读取保存的各孔径A扫信号，依据折射点坐标计算每组激发孔径与图像重建点之间的相对时间延迟Δt_i；基于SAFT成像原理，逐点对A扫信号施加延迟并进行幅值叠加处理，得到各图像重建点的合成信号为：式中，I(m,n)为成像区域内网格点(m,n)的叠加幅值，f_i为第i个探头孔径获得的A扫信号，N为孔径数；对合成信号进行幅值归一化处理和SAFT图像重建，即从图像中获取缺陷二维形貌特征；(f)缺陷定性识别和定量检测直接依据缺陷在图像中的二维形貌特征，定性判断是面积型或体积型缺陷；对于体积型缺陷，读取缺陷成像区域的峰值坐标点，其纵坐标即为缺陷中心深度，利用‑6dB法即给出缺陷尺寸；对于面积型缺陷，读取缺陷成像区域峰值下降6dB的上、下坐标点，两坐标点之间的欧式距离即为缺陷长度，纵坐标即为缺陷两端点深度；依据图像重建点第k行幅值最高点坐标(x_k,y_k)，由式(5)得面积型缺陷的取向角θ：式中，M为图像重建点行数。