一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统及其检测方法，包括相控阵超声检测仪、相控阵超声导波探头和位置编码器，相控阵超声导波探头包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块的竖直侧面上开设有斜向矩形槽，相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，相控阵超声探头安装在超声导波楔块的斜面上，相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，阵列晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上。由于采用超声导波楔块以及阵列晶片进行大面积检测，提高了检测效率，检测区域边缘重叠覆盖，检测结果更加准确；通过开设斜向矩形槽，产生相配合的耦合监控信号和检测信号，对薄板工件的缺陷进行判断，进一步提高检测结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统及其检测方法
本专利技术涉及一种超声检测装置，尤其涉及一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统及其检测方法。
技术介绍
对于薄板工件，采用横波斜入射一次波及二次波探伤，或者纵波垂直入射探伤等传统的超声波探伤方法是很困难的，而超声导波却非常适合薄板工件的大面积快速检测，超声导波的产生机理是超声波在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。进行导波检测的关键部件超声导波探头，传统的超声导波探头为单晶片探头结构，由单晶片探头产生一束导波，检测的覆盖范围是一条声束线，通过移动单晶片探头实现面积的覆盖，无法同时观测一定面积的扫查图像；或者是采用环状多晶片探头，探头全部晶片同时激励产生多束导波，对一定面积范围内进行检测，但该应用主要用于管道检测，同时该检测一般不采用相控阵聚焦的方式。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统及其检测方法，这种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统能够更准确检测薄板工件的缺陷，而且检测效率更高。采用的技术方案如下：一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统，包括相控阵超声检测仪、相控阵超声导波探头、位置编码器和成像软件，位置编码器安装在相控阵超声导波探头上，相控阵超声导波探头和位置编码器均与相控阵超声检测仪电连接，成像软件安装在相控阵超声检测仪中，其特征是：所述相控阵超声导波探头包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块具有底面、与底面相对的斜面，以及与底面、斜面相邻的竖直侧面；竖直侧面上开设有斜向矩形槽，斜向矩形槽的两端分别延伸至底面和斜面上；相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，阵列晶片包括多个条状矩形晶片；相控阵超声探头安装在超声导波楔块的斜面上，相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，相控阵超声探头中的阵列晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上，并且各个条状矩形晶片均处于斜向矩形槽的下方；斜向矩形槽的深度至少跨过8个条状矩形晶片的中心声束。上述相控阵超声探头的阵列晶片由复合材料制成，用机械方法切割成多个条状矩形晶片，每个条状矩形晶片可单独激发，阵列晶片形式为线性阵列。相控阵超声检测仪通过相控聚焦的方式激励相控阵超声导波探头，使相控阵超声导波探头产生超声导波和垂直入射进入工件的超声波，产生的超声导波用于薄板工件检测，产生的垂直进入工件的超声波用于探头耦合情况的监控，位置编码器随相控阵超声导波探头移动，相控阵超声检测仪同时采集相控阵超声导波探头接收的信号及位置编码器记录的探头位置信息，并通过成像软件在相控阵超声检测仪的显示器上显示，实现薄板工件的快速大面积的导波成像扫描检测。其中相控阵超声导波探头部分，从斜向矩形槽的一侧开始，对各个条状矩形晶片进行编号，例如，按顺序1、2、3、……、64进行排序；假设斜向矩形槽的深度跨过N个条状矩形晶片，采用相控阵方式激励相控阵超声导波探头时，第1次激励的晶片为序号1至N，第2次为2至N+1，第3次为3至N+2，……，每次激励均采用相同的聚焦法则，第1次至第N次激励产生的超声波经斜向矩形槽反射后垂直入射薄板工件，经薄板工件底面反射后作为耦合监控信号，耦合监控信号用于相控阵超声探头的耦合情况监控，而第N+1次至最后一次激励产生的超声导波经楔块直接入射薄板工件，没有经过斜向矩形槽反射，作为检测信号，这些检测信号用于判断薄板工件是否存在缺陷。由于采用超声导波楔块以及阵列晶片进行大面积检测，一方面大量减少相控阵超声导波探头在薄板工件表面上的移动次数，大幅度提高了检测效率，而且检测区域边缘的重叠覆盖，避免了缺陷的漏检测，使得检测结果更加准确；另外，通过在超声导波楔块的竖直侧面上开设斜向矩形槽，经斜向矩形槽反射后的信号作为耦合监控信号，没有经斜向矩形槽反射的检测信号，作为薄板工件是否有缺陷的判定信号，耦合监控信号与判定信号相配合对薄板工件的缺陷进行判断，进一步提高检测结果的准确性。作为本专利技术的优选方案，所述成像软件在显示器上建立如下图像区域：所述成像软件包括A扫描波形图像模块、耦合监控图像模块、导波扫描图像模块、耦合监控线及缺陷测量线图像模块；相应地，成像软件在显示器上建立如下图像区域：A扫描波形图像区域、耦合监控图像区域、导波扫描图像区域、耦合监控线及缺陷测量线图像区域；A扫描波形图像模块在A扫描波形图像区域上显示耦合监控图像或导波扫描图像中的某条声束对应的A扫波形，能够切换显示需要查看的声束波形；耦合监控图像模块在耦合监控图像区域上显示相控阵超声导波探头产生的用于耦合监控的图像；导波扫描图像模块在导波扫描图像区域上显示相控阵超声导波探头产生的用于薄板工件导波检测的图像；耦合监控线及缺陷测量线图像模块在耦合监控线及缺陷测量线图像区域上显示耦合监控线和缺陷测量线，耦合监控线根据耦合监控图像的波形情况绘制的判定探头是否耦合良好的线段，缺陷测量线根据导波扫描图像的波形情况绘制的缺陷长度测量线段，用于缺陷判定；导波扫描图像、耦合监控线及缺陷测量线的位置信息一一对应。作为本专利技术进一步的优选方案，所述斜向矩形槽的长度方向与所述底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块内的入射角。斜向矩形槽与底面的夹角根据Snell定律进行确定，即是，斜向矩形槽的长度方向与底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块内的入射角，使得超声波的声束入射到斜向矩形槽反射之后垂直入射进入薄板工件。作为本专利技术更进一步的优选方案，所述阵列晶片中条状矩形晶片的数量为64个，阵列晶片中各个条状矩形晶片之间的间距为0.6mm，超声导波楔块的斜向矩形槽的深度为5mm，斜向矩形槽的深度跨过8个条状矩形晶片的中心声束。优选所述条状矩形晶片的频率为5MHz。优选所述超声导波楔块的斜面上开设有4个安装定位孔，所述探头本体通过四个螺钉安装在超声导波楔块上。一种薄板工件相控阵超声导波成像检测方法，其特征在于采用所述的薄板工件相控阵超声导波成像检测系统进行检测，具体检测方法如下：（1）相控阵超声检测仪通过相控聚焦的方式激励相控阵超声导波探头，使相控阵超声导波探头产生超声波声束；（2）部分超声波声束直接通过超声导波楔块而形成超声导波，超声导波作为检测信号，检测信号用于判断薄板工件是否存在缺陷；部分超声波声束经过斜向矩形槽反射而形成垂直入射薄板工件的超声波，垂直入射薄板工件的超声波作为耦合监控信号，耦合监控信号用于相控阵超声探头的耦合情况监控；（3）位置编码器随相控阵超声导波探头移动，相控阵超声检测仪采集相控阵超声导波探头返回的检测信号、耦合监控信号，以及位置编码器所记录的相控阵超声导波探头的位置信息；（4）在相控阵超声检测仪中，通过成像软件进行处理并在显示器中显示A扫描波形图像、耦合监控图像、导波扫描图像、耦合监控线及缺陷测量线图像，实现薄板工件的快速大面积导波成像检测。作为本专利技术的优选方案，所述的相控阵超声探头的阵列晶片的各个条状矩形晶片在超声导波楔块上的排列序号为：从有斜向矩形槽的一侧开始，按1、2、3、……、64的顺序排列；所述的相控阵超声检测仪激励相控阵超声导波探头的方式为：第1次激励的条状矩形晶片序号为1至8，第2次激励的条状矩形晶片序号为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统，包括相控阵超声检测仪、相控阵超声导波探头、位置编码器和成像软件，位置编码器安装在相控阵超声导波探头上，相控阵超声导波探头和位置编码器均与相控阵超声检测仪电连接，成像软件安装在相控阵超声检测仪中，其特征是：所述相控阵超声导波探头包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块具有底面、与底面相对的斜面，以及与底面、斜面相邻的竖直侧面；竖直侧面上开设有斜向矩形槽，斜向矩形槽的两端分别延伸至底面和斜面上；相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，阵列晶片包括多个条状矩形晶片；相控阵超声探头安装在超声导波楔块的斜面上，相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，相控阵超声探头中的阵列晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上，并且各个条状矩形晶片均处于斜向矩形槽的下方；斜向矩形槽的深度至少跨过8个条状矩形晶片的中心声束。

【技术特征摘要】
1.一种薄板工件相控阵超声导波成像检测系统，包括相控阵超声检测仪、相控阵超声导波探头、位置编码器和成像软件，位置编码器安装在相控阵超声导波探头上，相控阵超声导波探头和位置编码器均与相控阵超声检测仪电连接，成像软件安装在相控阵超声检测仪中，其特征是：所述相控阵超声导波探头包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块具有底面、与底面相对的斜面，以及与底面、斜面相邻的竖直侧面；竖直侧面上开设有斜向矩形槽，斜向矩形槽的两端分别延伸至底面和斜面上；相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，阵列晶片包括多个条状矩形晶片；相控阵超声探头安装在超声导波楔块的斜面上，相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，相控阵超声探头中的阵列晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上，并且各个条状矩形晶片均处于斜向矩形槽的下方；斜向矩形槽的深度至少跨过8个条状矩形晶片的中心声束；所述成像软件包括A扫描波形图像模块、耦合监控图像模块、导波扫描图像模块、耦合监控线及缺陷测量线图像模块；相应地，成像软件在显示器上建立如下图像区域：A扫描波形图像区域、耦合监控图像区域、导波扫描图像区域、耦合监控线及缺陷测量线图像区域；A扫描波形图像模块在A扫描波形图像区域上显示耦合监控图像或导波扫描图像中的某条声束对应的A扫描波形，能够切换显示需要查看的声束波形；耦合监控图像模块在耦合监控图像区域上显示相控阵超声导波探头产生的用于耦合监控的图像；导波扫描图像模块在导波扫描图像区域上显示相控阵超声导波探头产生的用于薄板工件导波检测的图像；耦合监控线及缺陷测量线图像模块在耦合监控线及缺陷测量线图像区域上显示耦合监控线和缺陷测量线，耦合监控线根据耦合监控图像的波形情况绘制的判定探头是否耦合良好的线段，缺陷测量线根据导波扫描图像的波形情况绘制的缺陷长度测量线段，用于缺陷判定；导波扫描图像、耦合监控线及缺陷测量线的位置信息一一对应。2.如权利要求1所述的薄板工件相控阵超声导波成像检测系统，其特征是：所述斜向矩形槽的长度方向与所述底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块内的入射角。3.如权利要求2所述的薄板工件相控阵超声导波成像检测系统，其特征是：所述阵列晶片中条状矩形晶片的数量为64个，阵列晶片中各个条状矩形晶片之间的间距为0.6mm，超声导波楔块的斜向矩形槽的深度为5mm，斜向矩形槽的深度跨过8个条状矩形晶片的中心声束。4.一种薄板工件相控阵超声导波成像检测方法，其特征在于采用如权利要求1所述的薄板工件相控阵超声导波成像检测系统进行检测，具体检测方法如下：（1）相控阵超声检测仪通过相控聚焦的方式激励相控阵超声导波探头，使相控阵超声导波探头产生超声波声束；（2）部分超声波声束直接通过超声导波楔块而形成超声导波，超声导波作为检测信号，检测信号用于判断薄板工件是否存在缺陷；部分超声波声束经过斜向矩形槽反射而形成垂直入射薄板工件的超声波，垂直入射薄板工件的超声波作为耦合监控信号，耦合监控信号用于相控阵超声探头的耦合情况监控；（3）位置编码器随相控阵超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：付汝龙，陈建华，林齐梅，林丹源，彭斯婷，詹红庆，陈伟，
申请(专利权)人：广东汕头超声电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44