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基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法技术

技术编号:13329151 阅读:87 留言:0更新日期:2016-07-11 19:19
本发明专利技术涉及基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法,采用轴对称体超声检测系统,实现轴对称体的全面检测,利用超声应力波的传播规律和声场波数空间谱,通过有限差分迭代法计算得出反演声场和一个检测截面二维重构结果,最后利用体绘制法重构出缺陷的三维形状。本发明专利技术将所检测截面采用有限元法进行单元分割,将超声回波信号的反褶信号加载在超声阵元处,通过建立平面坐标x、y变量与声场波数kx,ky之间的二维傅里叶变换关系,根据应力波的传递原理,计算传播过程的声压,最终将所有阵元的声波传递声场进行叠加,重构出检测截面的缺陷形状;考虑了多阵元信号的相互作用,大大提高了重构精度,利用声场波数空间谱和快速傅里叶变换提高了运算速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轴对称体缺陷检测方法
,具体涉及一种基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法
技术介绍
轴对称结构是材料加工、产品生产的主要结构,轴对称体广泛应用于国防军工、航空航天、交通运输等领域,一般由金属或合金材料经温挤压或铸造工艺生产而成,在生产过程中由于温度的瞬间变化、介质与模具的摩擦、交变载荷等原因会造成工件内部和表面产生不同程度缺陷,这些缺陷会影响产品正常、安全的使用。因此需要在生产过程中和产品使用前对其进行无损检测和评价。超声波探伤方法具有指向性好、高灵敏度、性能稳定的特点,是金属和合金材料缺陷检测的常用方法,能够检测材料表面和内部的缺陷,对如何从众多的超声回波信号中提取缺陷信息,并对缺陷进行重构是该领域的难点。现有的方法一般是根据单一回波提取缺陷特征信号,并根据特征信号的时间延时和超声波的传播速度,计算得出缺陷的边界位置,最终把所有的缺陷表面连接起来就得到缺陷的最终轮廓。这种方法能够初略地重构出缺陷形状,但很难准确地进行重构,主要原因是超声波传播存在扩散现象,偏离传播中心线的缺陷也可能会有反射回波,但按照上述方法进行缺陷重构时却把缺陷的边界确定到传播中心线上,会带来很大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有轴对称体缺陷检测重构方法存在缺陷重构结果误差大的技术问题,提供一种基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案为:基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法,其采用以下的步骤进行轴对称体的缺陷检测重构:1)利用轴对称体超声检测系统,采集轴对称体每个位置的超声回波信号,截取有效区间[tmin,tmax]内的信号进行反褶运算得到反褶信号sz,θ(t),其中z表示轴向检测位置,θ表示圆周方向旋转角度,tmin和tmax分别为超声回波信号中的近表面回波开始位置和远表面回波结束位置,超声回波信号的采样间隔为Δt;2)按顺序对轴对称体其中一检测截面z=z0,采用有限元法进行单元分割,x、y方向的步长分别为Δx、Δy;初始化各有限元单元节点处的声压pz(x,y)=0,对于超声探头所在位置的声压,进行回波信号加载pz(x,y)=pz(x,y)+sz,θ(0);3)对各有限元单元节点处的声压pz(x,y)进行二维傅里叶变换得到声压波数空间谱Pz(kx,ky)=F[pz(x,y)],初始化应力波传播的初始密度并计算初始应变 u x ( 0 ) = Δ t ρ 0 · F - 1 [ jk x e jk x Δ x P ] ] , u y ( 0 ) = Δ t ρ 0 · F - 1 [ jk y e jk y Δ y P ] ; ]]>其中kx、ky分别为x、y方向的波数,c为纵波声速,p和P分别为pz(x,y)和Pz(kx,ky)的简写,j2=-1;4)通过有限差分迭代法计算下一时刻t+Δt时刻的应变 u x ( t + Δ t ) = λ · { λu x ( t ) - Δ t ρ 0 · F - 1 [ jk x e jk x Δ x P ]本文档来自技高网...
基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法

【技术保护点】
基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法,其特征在于:采用以下的步骤进行轴对称体的缺陷检测重构:1)利用轴对称体超声检测系统,采集轴对称体每个位置的超声回波信号,截取有效区间[tmin,tmax]内的信号进行反褶运算得到反褶信号sz,θ(t),其中z表示轴向检测位置,θ表示圆周方向旋转角度,tmin和tmax分别为超声回波信号中的近表面回波开始位置和远表面回波结束位置,超声回波信号的采样间隔为Δt;2)按顺序对轴对称体其中一检测截面z=z0,采用有限元法进行单元分割,x、y方向的步长分别为Δx、Δy;初始化各有限元单元节点处的声压pz(x,y)=0,对于超声探头所在位置的声压,进行回波信号加载pz(x,y)=pz(x,y)+sz,θ(0);3)对各有限元单元节点处的声压pz(x,y)进行二维傅里叶变换得到声压波数空间谱Pz(kx,ky)=F[pz(x,y)],初始化应力波传播的初始密度并计算初始应变ux(0)=Δtρ0·F-1[jkxejkxΔxP]],uy(0)=Δtρ0·F-1[jkyejkyΔyP];]]>其中kx、ky分别为x、y方向的波数,c为纵波声速,p和P分别为pz(x,y)和Pz(kx,ky)的简写,j2=‑1;4)通过有限差分迭代法计算下一时刻t+Δt时刻的应变ux(t+Δt)=λ·{λux(t)-Δtρ0·F-1[jkxejkxΔxP]},]]>uy(t+Δt)=λ·{λuy(t)-Δtρ0·F-1[jkyejkyΔyP]},]]>λ为边界匹配参数;计算t+Δt时刻的应变梯度Δuy=F-1[jkye-jkyΔyF[uy(t+Δt)]];]]>5)计算t+Δt时刻的密度ρx=λ(λ-Δuxρ0Δt)1+2ΔuxΔt,]]>ρy=λ(λ-Δuyρ0Δt)1+2ΔuyΔt,]]>并得出声压对于超声探头所在位置的声压,进行回波信号加载p=p+sz,θ(t+Δt),进行二维傅里叶变换得到声压波数空间谱P=F[p];6)循环执行步骤4)‑5),直到sz,θ(t)加载完毕,并对得到的最后声压图进行阈值分割,得到z=z0的二维重构结果;7)循环执行步骤2)‑6),得到所有截面的二维重构结果,采用体绘制法进行三维重构即得轴对称体缺陷的三维重构结果。...

【技术特征摘要】
1.基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法,其特征在于:采用以下的步骤
进行轴对称体的缺陷检测重构:
1)利用轴对称体超声检测系统,采集轴对称体每个位置的超声回波信号,截取有效区
间[tmin,tmax]内的信号进行反褶运算得到反褶信号sz,θ(t),其中z表示轴向检测位置,θ表示
圆周方向旋转角度,tmin和tmax分别为超声回波信号中的近表面回波开始位置和远表面回波
结束位置,超声回波信号的采样间隔为Δt;
2)按顺序对轴对称体其中一检测截面z=z0,采用有限元法进行单元分割,x、y方向的步
长分别为Δx、Δy;初始化各有限元单元节点处的声压pz(x,y)=0,对于超声探头所在位置
的声压,进行回波信号加载pz(x,y)=pz(x,y)+sz,θ(0);
3)对各有限元单元节点处的声压pz(x,y)进行二维傅里叶变换得到声压波数空间谱Pz(kx,ky)=F[pz(x,y)],初始化应力波传播的初始密度并计算初始应变
u x ( 0 ) = Δ t ρ 0 · F - 1 [ jk x e jk x Δ x P ] ] , u y ( 0 )...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈友兴赵霞吴其洲王召巴金永李海洋
申请(专利权)人:中北大学
类型:发明
国别省市:山西;14

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