三维超声成像无损探伤系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三维超声成像无损探伤系统，用于工业产品及设备零部件内部缺陷的检测，以便对其缺陷定位、定量、定性，并可与其他系统交换数据，寻找缺陷成因，改善质量。其结构是在计算机平台上安装超声系统、机电执行系统、Ａ／Ｄ系统、信号处理系统、三维显示系统、自动控制系统和定时系统。运行时超声系统向工件发出超声脉冲，进行三维扫描，并接收其反射回波，通过Ａ／Ｄ系统对反射回波经过调理、转换成数字信号后送入计算机，由信息处理系统建立缺陷的三维数据库，然后由运用三维图形显示软件显示三维超声图像。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种无损探伤领域中的超声成像检测技术，具体的说是对工业设备及产品零部件的内部缺陷进行检测、监控的一种三维超声成像无损探伤系统。
技术介绍
目前我国对工业设备及产品的零部件内部缺陷的检测仍然普遍使用手工操作(即一维超声系统)，根本谈不上与生产同步检测、监控，也有一些单位开发了探头平面、旋转扫描探伤技术或螺旋扫描技术，有单位运用相控阵技术进行平面扫描，但这些都仅仅是某一个侧面的扫描图像，与三维成像相距甚远，也没有实现完整的空间信息后处理，难以保证信息不遗漏，不丢失和正确评判，更不能与其它系统进行数据交换，及时找出零部件内部的缺陷成因；另一方面，医用的三维超声成像技术，如专利号99125811.8、专利号00800476.5及专利号01133331.6均与工业用无损探伤技术的检测目标，声学特征及技术要求相距甚远，无法移植。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种将现代计算机技术与超声波无损探伤技术融合在一起，实现三维超声成像，将其工业设备及产品零部件的内部缺陷及时准确地定位、定性、定量，也便于与其他系统互连、实现与其他系统交换数据，可读取工件的三维计算机模型，进行相关分析，找出缺陷成因，及时将探测结果输出到有限元等分析系统进行分析的一种三维超声成像无损探伤系统。本专利技术由三大部分组成，第一部分是计算机平台，主要包括主板、CPU、内存、硬盘；第二部分是连接于计算机总线并受其控制的各个硬件系统，包括超声系统、A/D系统、定时系统、机电执行系统；第三部分是第一部分及第二部分系统上运行的三维超声成像系统软件，包括信号处理系统、三维显示系统、自动控制系统，其中自动控制系统实施对超声系统、A/D系统、定时系统、机电执行系统的控制，并接受A/D系统的数据。系统的扫描方式如采用普通探头扫描，机电执行系统带动单探头直接进行二维运动，实现三维扫描；如采用相控阵，运用二维相控阵扫描探头进行扫描可以实现探头前部锥形空间的探头三维无运动扫描，相控阵可以运用单环形、多环形也可以运用面型阵列，还可以运用一维相控阵探头加一维机械运动获得二维扫描。对于复杂或大型零件还可采用运用受计算机控制的复杂机械走行系统(机器人)系统带动相控阵探头，在相控阵完成其前步扫描之后移动相控阵探头，实现待扫描空间的完整覆盖。系统运行过程都以三维成像为目标。扫描探测无论用普通探头还是相控阵探头都是探测逐步扫描覆盖完整空间，获取待探测空间的完整三维数据。信息处理系统对探测数据进行定位，判断出缺陷位置，结合工件的三维计算机模型(CAD)进行几何校正、缺陷空间分布测量、统计、进行空间的相关分布数据的融合、缺陷性质判别、缺陷边界确定，建立缺陷的三维数据库。显示系统将此数据库以三维方式显示出来。当自动控制系统接到运行指令以后，首先启动超声系统向工件发出超声波，并与机电执行系统配合进行三维扫描，接收其反射回波；再通过A/D系统对反射回波经过调整、放大，然后将模拟信号转换成数字信号后送入计算机，由信息处理系统按照超声成像的规律，建立缺陷的三维数据库，然后由运用三维图形显示软件显示出缺陷的三维超声图像。软件可读取工件计算机辅助设计(CAD)的三维计算机模型，可将探测结果按照CAD文件格式输出，系统留有相关分析接口，供需要时进行相关分析之用。本专利技术不但对工业设备及产品零部件进行的探测切实全面，而且保留了一切有用信息，将缺陷位置、大小、数量、属性及时直观地显示、存储，并能与其他系统进行数据交换，从而使探测结果客观、全面、准确、及时，避免主观性、片面性，特别适合于一些需大规模、高质量生产的质量控制单位使用。附图说明图1三维超声成像无损伤探伤系统图；图2A/D系统框图；图3自动控制系统信号流程图；图4信息处理流程图；图5相控阵探头收发原理图；图6三维显示软件流程图；图7相控阵探头控制原理图；图8普通探头收发原理图；图9三维相控阵扫描示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明本专利技术由三大部分组成。第一部分是计算机平台(11)，即通用计算机平台，包括为各种信息传输提供通道的总线(6)。通用微型计算机所采用的CPU的运算能力应当尽可能大(每个通道需要奔腾III 1GMHz或相当的运算能力)，以适应增加通道数的要求；所采用的主板应采用标准32位或64位PCI总线，PCI的频率可选用不低于33MHz(如33MHz、66MHz或100MHz甚至更高)，以适应多通道高数据传输速率要求，其上的PCI槽数应当不少于4条，以适应多通道数的要求，主板应支持磁盘阵列RAID；其内存应不小于256M、速度不低于PC800；显示卡要支持Open GL；为保证数据的可靠性，硬盘数量不小于两块，按照RAID(磁盘阵列)方式1或0+1连接于主板。为适应工业现场的要求，通用微型计算机硬件平台的可靠性-平均无故障工作时间应不低于5×104小时，为达到这一指标，除了其本身应当具有大于平均无故障工作时间应5×104小时以外，还要进行电源隔离即采用多重隔离的UPS提供电源，电磁隔离即进行静电屏蔽和电磁屏蔽，环境隔离即提供空调恒温环境并不与外界交换空气。微型计算机软平台的操作系统可选用WIN2000、VxWorks、Linux等之一，要求具有实时性或抢先式的多任务能力。第二部分为与总线相连的各个硬件系统，包括超声系统(2)、A/D系统(3)、定时系统(4)、机电执行系统(5)。除定时系统(4)外，其共同的特征是其运行上都接受自动控制系统的控制；结构上除机电执行系统的步进电机及相关机械部分外，包括步进电机的驱动电路全都做成连接于总线的插卡或模块。超声系统(2)是产生、发射超声波和接收其反射回波的主系统。A/D系统(3)主要是将模拟信号经过信号调理放大变换成数字信号，并将转换后的数据传送给信息处理系统，其中在程控放大部分还要进行DAC补偿(距离-幅值补偿)，保证相同的缺陷在不同深度具有相同的反射波高或幅值。定时系统(4)提供各系统高精度可编程定时，控制整个系统运行时间，向超声系统(2)提供所需深度对应时间的定时和一定深度间距的位置定时，向A/D系统提供超声采集完毕进行DMA(直接存储器读写)的定时指令，向机电执行系统(5)提供到位保护定时、越界保护定时(防止步进电机驱动电路受到干扰，偏离预定位置造成误差太大)。可采用硬件定时，其电路原理是采用石英晶体的高频振荡电路运用多个计数器对其进行计数，到达设定数量立即发出信号，实现定时。各种定时数据的设定数值由软件写入相应的计数器。也可采用高分辩率的软件定时，此时采用对计算机平台的系统钟频进行计数定时，由于系统钟频很高，因而也可以获得较高的定时精度。机电执行系统(5)是配合超声系统运行，由步进电机带动探头及工件按照指定的探测路线进行探测的系统。它分别驱动步进电机各轴，带动超声系统(2)的探头沿着自动控制系统指定的探测轨迹，逐点进行探测，探测完毕，带动探头再前移一步继续探测。对于需要直接到达的区域，步进电机连续运动，直到到达由步进数决定的位置，相应定时信号为保护性信号，避免干扰造成较大误差。对于简单要求的探伤系统，机电执行系统(5)是由步进电机驱动相应的机构实现一维或二维直线运动或转动，对于复杂曲面系统，机电执行系统(5)的步进电机实现探头各种扫描的三坐标到五坐标运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维超声成像无损探伤系统，其特征在于：由三大部分组成，第一部分是计算机平台（１１），主要包括主板、ＣＰＵ、内存、硬盘；第二部分是连接于计算机总线并受其控制的各个硬件系统，包括超声系统（２）、Ａ／Ｄ系统（３）、定时系统（４）或用软件定时、机电执行系统（５）；第三部分是第一部分及第二部分系统上的三维超声成像系统软件，包括信号处理系统（７）、三维显示系统（８）、自动控制系统（９），其中自动控制系统（９）实施对超声系统（２）、Ａ／Ｄ系统（３）、定时系统（４）、机电执行系统（５）的控制，并接受Ａ／Ｄ系统（３）的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：许水霞，
申请(专利权)人：许水霞，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]