管节点焊缝超声相控阵检测成像系统技术方案

本发明专利技术提供的是管节点焊缝超声相控阵检测成像系统。该系统由计算机、超声相控阵电路系统、扫查装置、相控阵探头和检测成像软件系统组成。该系统具有控制超声波发射接收、控制声束偏转聚焦、控制扫查器运动方式、采集缺陷信息和位置信息、重构缺陷图像以及提供检测报告的功能。该超声相控阵检测成像系统具有体积小、重量轻，携带方便，安装容易，参数设置灵活、操作简单等优点，可适用于支管壁厚１６ｍｍ～２６ｍｍ范围内管节点焊缝检测，适于产业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种超声检测成像装置。具体地说是一种用于管节点焊缝无损探伤的超声相控阵检测成像系统。
技术介绍
海洋平台结构处于海水环境，长期承受波浪、风暴潮与海流等疲劳载荷的影响，船舶碰撞、直升机起落与地震或海啸的冲击。这些因素共同作用将导致海洋平台结构产生疲劳破坏、脆性断裂、腐蚀减薄与静动负载失稳等现象，其中管节点焊缝是缺陷最易产生的部位。由于管节点焊缝形式复杂，其焊缝截面的形状随着其相贯线上的位置不同而发生变化，加之主支管的壁厚较大，难以用射线照相法进行，目前国内外主要采用单探头超声波手工探伤方法进行检验。因此许多因素取决于探伤人员的经验和技术，从重复性和可靠性来看存在问题。而且在海洋平台结构管节点焊缝手工超声探伤中，存在探测不到的“死区”。“死区”大小与探头的折射角有关，折射角增大，“死区”1区变小2区变大。因此采用不同折射角探头可以减少“死区”面积，但普通单探头做不到角度的转变；且传统超声检测系统只能给出缺陷信号的A扫描波形，不能直观显示缺陷图像，不利于对缺陷进行定量分析。而超声相控阵技术本身就可以通过电子方法控制声束的偏转和聚焦，采用一个超声相控阵探头即可以发射多种不同角度的声束，配置机械扫查装置，大大减少了扫描行走时间，简化了扫描模式，且能实时成像，非常适用于海洋平台结构复杂管节点形式检测的需求。由于相控阵阵元的延迟时间可动态改变，所以使用超声相控阵技术探伤主要是利用它的两大特点声束偏转和动态聚集。由于实现了超声波声束角度、焦距、焦点尺寸的控制，与常规超声波检测技术相比，超声相控阵检测技术具有如下优点实现了复杂结构和盲区位置缺陷的检测；可实现高速电子扫描；配置机械夹具，可对试件进行高速、全方位、多角度检测；在分辩力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。从90年代起超声相控阵技术已广泛地应用于核工业、航空航天工业、石油化工及土木工程等工业领域无损检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工作效率高，能减少管节点焊缝检测“死区”存在的面积，检测精确性、重现性及检测结果的可靠性高，能增强检测的实时性和直观性的管节点焊缝超声相控阵检测成像系统。本专利技术的目的是这样实现的它包括计算机、超声相控阵电路、扫查装置、相控阵探头和检测成像软件；计算机通过USB数据总线与超声相控阵电路相连，超声相控阵电路通过同轴电缆与超声相控阵探头相连，超声相控阵电路通过接插件与扫查装置的控制箱相连，超声相控阵探头安装在扫查器的探头夹上，检测成像软件安装在计算机上。本专利技术还可以包括这样一些特征1、计算机、检测成像软件及超声相控阵电路构成系统控制部分，根据检测需求，检测成像软件进行参数设置，由计算机给出指令，超声相控阵电路给出控制信号。2、扫查装置由扫查器和电气控制系统组成，扫查装置和超声相控阵探头构成系统扫查部分，操作面板和控制器组成一个部分，安装于扫查器的控制箱内，携带超声相控阵探头的扫查器机械本体部分安装在被检管节点的支管上。3、超声相控探头为工作频率5MHz，64阵元的线阵，由换能器、壳体、电缆及其附件组成。4、超声相控阵电路由一块主板、一块主控板和八块超声触发/接收板组成，主板上有10个插槽，主控板和八块超声触发/接收板分别接插在主板上，超声相控阵探头使用同轴电缆通过连接器和主板，分别与八块超声触发/接收板相连。5、扫查器为沿轨道的运动、垂直于轨道的运动和两个摆动运动的四自由度机器人，由行走小车、伸缩探头架、柔性轨道和摆动头组成。6、扫查器电控系统组成包括安装于扫查器机械本体上的直流电机及其同轴旋转编码器和电气控制箱两个部分。7、检测成像软件是客户端/服务器模式的软件系统，包括调试模块、项目管理、控制模块、图象显示、缺陷分析和硬件驱动，调试模块由方案界面、参数界面、波形选择界面和波形界面组成。软件系统能够调用检测项目察看数据，可以生成新的检测方案和检测项目进行检查，能给出缺陷图像的四种显示方式，并可进行缺陷分析，自动生成缺陷报告。检测成像软件建立了管节点检测算法模型，在参数界面，输入状态参数、检测参数、楔块参数、声束参数、探头参数以及扫查设置等信息项，就可调出检测方案，发射声束，控制各阵元的延迟时间、阵元组合、增益、声程和闸门宽度。与传统超声检测仪器相比较，管节点焊缝超声相控阵检测成像系统具有以下优点1)使用扫查器携带超声相控阵探头检测管节点焊缝，可大大提高工作效率，大量地节省了检测时间和费用。2)采用一个超声相控阵探头发射多种不同角度的声束，实现了声束的偏转和动态聚焦，满足了复杂管节点焊缝超声检测的需求，减少了管节点焊缝检测“死区”存在的面积。3)与传统超声检测仪器相比，检测的精确性、重现性及检测结果的可靠性得到提高，检测的实时性和直观性得到了增强。4)可提供直观可视的扫描图像，利于缺陷分析定性。5)传统的检测技术对检测人员的素质要求很高，水下检测人员需具备潜水员与检测员双重资格，然而我国这类人才十分缺乏。海洋平台结构超声相控阵检测成像系统对探头的操作不敏感且不需要校准，对检测人员的要求大大降低，只需对非无损检测专业的潜水人员进行适当培训即可。下表列出了管节点焊缝超声相控阵检测成像系统性能指标 其中相控阵电路系统延迟精度1ns，达到了国际先进水平；超声相控阵探头性能达到了国际同类产品水平。附图说明图1管节点焊缝超声相控阵检测成像系统结构图2管节点焊缝超声相控阵检测成像系统实施图。(五)具体实施方案下面结合附图举例对本专利技术做更详细的描述结合图1，管节点焊缝超声相控阵检测成像系统包括计算机1，超声相控阵电路系统2，超声相控阵探头3和扫查装置4。计算机1通过USB数据总线与超声相控阵电路系统2相连，超声相控阵电路系统2通过同轴电缆与超声相控阵探头3相连，超声相控阵电路系统2通过接插件与扫查装置4的控制箱5相连，超声相控阵探头3安装在扫查器4上，检测成像软件安装在计算机1上。检测成像软件建立了管节点检测算法模型，在参数界面，输入状态参数、检测参数、楔块参数、声束参数、探头参数以及扫查设置等信息项，就可调出检测方案，发射声束，控制各阵元的延迟时间、阵元组合、增益、声程和闸门宽度。超声相控探头3为工作频率5MHz，64阵元的线阵，由换能器、壳体、电缆及其附件组成，防水、耐压，用水作耦合剂。根据管节点检测算法控制要求可以选择阵元，改变阵元发射延迟时间、接收延迟时间、发射允许和接收允许。超声相控阵电路系统2由一块主板、一块主控板和八块超声触发/接收板组成。主板是由10个插槽组成，其中9个插槽用来接插8块触发/发射板和主控制板，右边第一个插槽用来接插超声相控阵探头。主控板主要完成配制检测算法各超声触发/接收板的配制方案；产生各超声触发/接收板的同步信号；实现扫查器控制，包括行走速度，行走方向和行走使能控制，可以实现多种行走速度。8块超声触发/接收板具有相同的电路功能，每块超声触发/接收板能实现8路信号的触发和回波信号的采集。超声触发/接收板主要完成超声阵元的触发和超声回波信号的调理和采集工作。在该系统中，采用独特的阵元触发方案，使在相同条件下，可将超声强度提高约35％。在超声相控阵电路系统2中，各阵元回波信号的波形采用硬-软延迟技术，降低系统硬件复杂程度，提高信号处理的灵活性。利用硬-软延迟技术，该系统实现步进1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管节点焊缝超声相控阵检测成像系统，它包括计算机、超声相控阵电路、扫查装置、相控阵探头和检测成像软件；其特征是：计算机通过ＵＳＢ数据总线与超声相控阵电路相连，超声相控阵电路通过同轴电缆与超声相控阵探头相连，超声相控阵电路通过接插件与扫查装置的控制箱相连，超声相控阵探头安装在扫查器的探头夹上，检测成像软件安装在计算机上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧进萍，单宝华，王华，段忠东，王鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]