一种焊缝侧壁未熔合自动超声成像与可视化方法技术

一种焊缝侧壁未熔合自动超声成像与可视化方法，利用超声相控阵B扫描图像中的四边形闸门法来重构工件任意截面内的缺陷图像，并利用计算机三维可视化技术，将任意截面内的缺陷检测结果对应显示在三维焊缝实体图形中。引入四边形闸门的确定方法，使超声波可以检测任意截面或者斜面的超声波检测图像，可以获得工件任意斜面的超声C扫描检测结果，同时应用计算机三维可视化技术，让检测结果更加直观地显示到工件三维几何图形中，方便检测人员定位和定量缺陷。

Automatic ultrasonic imaging and visualization method for welding seam side wall without fusion

A weld side wall fusion automatic ultrasonic imaging and visualization method to image reconstruction using cross section workpiece with arbitrary quadrilateral gate method of ultrasonic phased array B scans, and the use of computer 3D visualization technology, the defect detection results in any section of the corresponding display in 3D solid graphics in weld. The determination method of quadrilateral gate, the ultrasonic image detection can detect arbitrary cross section or inclined plane, ultrasonic C scan results can obtain the workpiece with arbitrary inclined plane, and at the same time, the application of computer 3D visualization technology, make the results more intuitive display of 3D geometry to the workpiece, to facilitate the detection of personnel positioning and quantitative defect.

【技术实现步骤摘要】
一种焊缝侧壁未熔合自动超声成像与可视化方法
本专利技术涉及超声波检测领域，具体涉及超声波焊缝检测技术在焊缝检测中的应用，即一种焊缝侧壁未熔合自动炒成成像与可视化方法。
技术介绍
超声相控阵技术的基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。相控阵雷达是由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制阵列天线中各单元的幅度和相位，调整电磁波的辐射方向，在一定空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的雷达波束。超声相控阵换能器由多个独立的压电晶片组成阵列,按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调节控制焦点的位置和聚焦的方向。超声相控阵技术已有近20多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域,医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像;大功率超声利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌,使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收。最初,系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展,超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测,特别是在核工业及航空工业等领域。如核电站主泵隔热板的检测;核废料罐电子束环焊缝的全自动检测及薄铝板摩擦焊缝热疲劳裂纹的检测。由于数字电子和DSP技术的发展，使得精确延时越来越方便，因此近几年,超声相控阵技术发展的尤为迅速。与传统的手工艺超声波探伤相比，相控阵具有以下的优势：1.检测速度快，现场检测时只需对环焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测，从准备到焊缝评定完毕，整个过程约需几分钟即可完成。2.缺陷定位准确，检测灵敏度高。3.到现场检测作业的劳动强度小。4.检测结果直观，可实现实时显示。在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判。也可打印、存盘，实现检测结果的永久性保存。5.对管道环焊缝、球罐、储罐等对接焊缝的检测，效率高、效果好。就目前应用的情况来说，现场应用超声相控阵还有一定的局限性：1.受客观影响大，工件表面光滑度，焊缝工艺完整性，轨道安装精度都会对检测结果产生影响。2.检测不同壁厚，不同规格和材料的焊缝，需要不同的试块来做校准。3.仪器调节过程复杂，调节准确性对检测结果影响大。4.对手工电弧焊的检测效果低于自动焊。5.检测对象有局限性。相控阵相对于常规的单探头超声检测具有明显的技术优势：速度：相控阵探头中被选择的晶片交替激发，使得电子扫描（E-扫描）能够实现高精度、快速的断面扫描（扇形S扫描）以及A扫描、滚动B扫描和L（线性）扫描，甚至能实现C扫描，能够非常快速地覆盖构件，要比常规单探头机械系统快得多，在相同时间里提供更好的覆盖。由于能够一次检测所有被检查部份，大大缩短了检测时间，相对节约成本，减少扫查时间，减轻监测人员的劳动强度，提高了检验精度和可靠性。适应性：设置可在几分钟内改变，能够适应很多构件的尺寸与几何形状变化，能够适合于形状复杂构件检验检验角度：取决于检测需要和阵列结构，所形成的波束能够在宽范围内选择波束角度（检验角度），使超声取向最佳化地垂直于预期的缺陷，例如焊缝中的未熔合波束控制（通常为扇形扫描，S-扫描）能以适当的和更多的角度扫描并绘出构件图形达到最佳探测概率。S扫描对于仅有很小扫查位置的情况也是有用的从而比常规探头检验更适应扫查接触面积受限的区域。电子聚焦可以使波束形状与尺寸在预期的缺陷位置达到最佳化，获得最大覆盖区域和最高分辨率，以及最佳的探测概率，获得最佳信号和高质量图象。聚焦明显地改善信噪比，而且可以允许在较低的脉冲电压下工作。成像：对缺陷检测和图形绘制具有高的分辨率，能够显示缺陷“真实深度”的图像，因而比常规的波形显示更容易解释，能够通过预先编程的专用软件对扫描采集的数据进行分析评价，减少检测人员因素的影响。数据可以保存和按需要重现，甚至可以视频方式记录和重放。相控阵超声检测系统还具备了编写检测报告、支持USB外部存储媒介以及网络传输等功能。相控阵超声检测系统通常由数据采集单元、脉冲发生单元、电机驱动单元、相控阵探头、工业计算机、显示器等组成。系统在Windows平台上运行专用的操作软件，完成对被检工件的扫查、实时显示和结果评判。就目前的相控阵技术发展阶段而言，较多的是采用比较简单的二维设置，复杂的三维设置还较少应用，因为目前的相控阵系统已经比常规的单通道系统昂贵得多。但是，随着更新型的便携式仪器的发展，采用复杂的三维设置将能具有更高的速度，更强的数据储存和显示，更小的扫查接触面积，以及更大的适应性，从而具备更高的应用价值。在超声检测中，压电晶片是用于收集数据的。在相控阵应用中，相互独立的压电晶片被包裹在一个标准探头盒内。其引线卷缆通常由良好屏蔽的微细同轴电缆捆扎组成，通过商品化的多通道连接器与仪器连接。压电元件通常以4到32组发射脉冲，相控阵探头上可以承受高达200V的发射电压。采集与分析软件可根据操作者输入的检验角度、焦距、扫查图形等设置来计算时间延迟。操作者也可以利用预先制备的文件。软件根据单独的“聚焦规则”，依据焦点和扫查组合的时间渡越来计算返回的时间延迟。相控阵仪器的时间延迟电路应能接近2ns精度以提供所需要的相位精度。在脉冲激发下，每个压电元件产生一个波束。这些波束因为叠加和相消干涉形成波前。相控阵仪器对各单独通道发射脉冲是具有时间延迟的，从而能按规定形成一个预先计算的波前。对于接收，仪器则有效地完成逆转。例如，仪器接收的信号具有预先计算的时间延迟，综合时间变化的信号，然后显示出来。综合得到并显示的波形与探伤仪具有同样角度、频率、聚焦孔径等的探头信号通道同样有效。相控阵仪器其中的一个非常重要的关键是软件。因为相控阵能提供相当可观的应用适应性，这取决于软件的多功能性。应用软件要能够强有力地管理超声检测信号的采集。除了处理计算聚焦规则以外，要求软件具有强大的编码能力和全数据储存、显示结果，具备良好的数据处理能力等。相控阵检验可以是手动，半自动，或者全自动，取决于应用，速度，预算等要求。软件能够节约用户的时间和精力。虽然对于初次设置准备时需要耗费一定的时间，但是信息被记录在文件中后可以第二次重新加载提取，而修改一个已制定的设置是很快速的，这与常规探头的调整是截然不同的，这也与目前越来越广泛使用的数字化超声探伤仪的使用程序是相同的道理。从实际应用的观点来看，超声相控阵仅仅是一种发生和接收超声波的方法。一旦超声波进入材料中，它就与发生方法无关，无论是压电，电磁，激光或者相控阵。因此，超声检验的许多细节是保留不变的。例如，对于常规超声，5MHz是最佳的检验频率，而相控阵也利用同样的频率，聚焦孔径尺寸，聚焦长度，以及入射角。和常规超声检测一样，相控阵也是利用扫查来采集数据。但是其激发电脉冲和超声波的接收则对于扫查图形的变化提供了重要的信息。超声相控阵是一种特殊的超声检测技术，类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用的原理。当然，超声波具有波长较短，模式变化，以及更多复杂成分的特性。应用于材料损评价（NDE）领域的工业超声相控阵技术来源于70年代医学诊断设备首先采用的相控阵技术。超声相控阵的关键是采用了全新的发生与接收超声波的方法，它利用精密复杂的多晶片阵列探头和功能强大的软件来控制高频声束，使其通过被检测材料，并显示保真的（或几何校正的）回波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊缝侧壁未熔合自动超声成像与可视化方法，其特征在于：利用超声相控阵B扫描图像中的四边形闸门法来重构工件任意截面内的缺陷图像，并利用计算机三维可视化技术，将任意截面内的缺陷检测结果对应显示在三维焊缝实体图形中；所述四边形闸门通过待测工件平面的几何位置和形状，利用镜像原理和传播声程来定量确定。

【技术特征摘要】
1.一种焊缝侧壁未熔合自动超声成像与可视化方法，其特征在于：利用超声相控阵B扫描图像中的四边形闸门法来重构工件任意截面内的缺陷图像，并利用计算机三维可视化技术，将任意截面内的缺陷检测结果对应显示在三维焊缝实体图形中；所述四边形闸门通过待测工件平面的几何位置和形状，利用镜像原理和传播声程来定量确定。2.根据权利要求1所述的一种焊缝侧壁未熔合自动超声成像与可视化方法，其特征在于：所述闸门确定步骤为：将检测焊缝图像按照底面镜像，在镜像后的图像中依据超声波的传播声程来选取闸门，闸门可以是...

【专利技术属性】
技术研发人员：路浩，赵新玉，石中年，高月欣，韩红玉，徐会庆，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37