一种相控阵超声检测系统和方法技术方案

本申请公开了一种相控阵超声检测方法，使用超声相控阵检测角接结构，在被检测物和超声相控阵阵元表面之间进行介质填充，使来自阵元表面的超声波通过介质材料导波作用到达被检测物，通过超声成像识别角接结构内的材料突变。本申请还包含用于实现所述方法的系统。本申请解决金属角接结构不易实现超声检测探伤的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵超声检测系统和方法


[0001]本申请涉及超声检测
，尤其涉及一种操控机械臂进行相控阵超声检测的无损检测系统。

技术介绍

[0002]相控阵超声检测技术(PAUT)是近年来超声无损检测领域发展起来的新技术，其通过改变阵列换能器中各压电晶片发射/接收声波的相位延迟来实现超声波束在介质中的偏转、聚焦，从而进行无损缺陷检测。与传统单/多通道超声检测相比具有声束灵活可控、扫查速度快、检测精度高、分辨力强等优点，可以做到少移动探头的情况下进行大面积区域电子扫查。
[0003]但是，超声相控阵检测多采用超声波直接入射检测，金属复杂结构焊接区域结构复杂、被焊零件厚度薄、可探测空间小、焊缝窄且缺陷小。例如，薄板角接结构的焊缝区域厚度较薄，缺陷微小，传统超声检测方法声波偏转角度过大、传播路径复杂、缺陷信号信噪比低。

技术实现思路

[0004]本申请提出一种相控阵超声检测系统和方法，解决金属角接结构不易实现超声检测探伤的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提出一种相控阵超声检测方法，使用超声相控阵检测角接结构，当阵元表面无法接触被检测物时，在被检测物和超声相控阵阵元表面之间进行介质填充，使来自阵元表面的超声波通过介质材料导波作用到达被检测物，通过超声成像识别角接结构内的材料突变或气孔。
[0006]优选地，介质填充的方法为使用楔块，所述楔块至少一个表面与换能器阵元表面接触配合，所述楔块的其他至少2个相邻表面与检测区域共形并接触配合。
[0007]进一步地，所述介质的材料为液体或固体。优选地，所述楔快的材料为有机玻璃。
[0008]另一方面，为实现本申请任意一项实施例所述方法，本申请实施例还提供一种机械臂相控阵超声检测系统，包括：控制模块、收发模块、机械臂、换能器、楔块。
[0009]所述收发模块，用于产生超声波激励信号、对接收的回波信号进行处理，生成检测数据；
[0010]所述换能器，用于按照设定的相位延时激发超声波、接收超声波回波转换为回波信号；
[0011]所述机械臂，用于带动换能器与楔块；
[0012]所述楔块，是与超声换能器阵元表面和被测区域表面相耦合的介质材料，楔块的倾斜面与换能器表面固定连接，与倾斜面相对的棱、与棱相邻的表面与被测试区域共形；
[0013]所述控制模块，用于控制所述收发模块、机械臂工作。当机械臂带动换能器和楔块就位时，所述收发模块工作，激发换能器产生超声波，超声回波经换能器转换为电信号，在
经收发模块输出检测数据。
[0014]优选地，所述换能器表面带有阵元晶片，具有多个阵列压电晶片的平直探头。
[0015]进一步地，所述系统还包含数据处理装置，与所述控制模块、收发模块相连接；所述处理装置，用于输入工作参数、对检测数据进行处理，生成扫描图像。
[0016]进一步地，所述数据处理装置，包含设置模块、仿真模块、数据模块、成像模块；
[0017]所述设置模块，用于输入检测工艺参数、超声信号参数；
[0018]所述仿真模块，用于按照设定的工艺参数和超声信号参数，执行聚焦算法，生成仿真结果，其中包含回波信号大于设定阈值的扫描范围；
[0019]所述数据模块，用于存储仿真数据和检测数据；
[0020]所述成像模块，用于将检测数据转换为图像显示。
[0021]优选地，所述系统包含六自由度机械臂。
[0022]本申请还提出一种相控阵超声检测方法，使用本申请任意一项实施例所述系统，包含以下步骤：
[0023]硬件配置和参数设置；超声波产生和回波信号接收；根据检测数据生成扫描图形；对扫描图像进行缺陷识别，确定缺陷位置。
[0024]本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0025]本专利搭建的基于机械臂相控阵超声检测系统，与传统单/多通道超声检测系统相比具有声束灵活可控、探头小巧便携、扫查速度快、检测精度高、分辨力强等优点，可以利用机械臂移动探头进行大面积区域电子扫查，预先设置好参数后，可实现全自动化无损检测，具有重要的工程实际意义。
附图说明
[0026]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0027]图1为薄板角接结构示意图；
[0028]图2为机械臂相控阵超声检测系统组成结构的实施例；
[0029]图3为楔块的实施例示意图；
[0030]图4为换能器摆放位置及成像区域示意图；
[0031]图5为机械臂相控阵超声检测系统的软件运行模块实施例；
[0032]图6为本申请的系统检测方法的实施例流程图；
[0033]图7为缺陷位置检测结果。
具体实施方式
[0034]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0036]图1为薄板角接结构示意图。
[0037]本专利选取典型的薄板角接结构作为检测对象，薄板角接结构是一种金属复杂结构，其焊缝厚度薄缺陷小，该检测方式声波偏转角度过大、传播路径复杂、缺陷信号信噪比低。因此研究针对这类薄板角接结构焊缝的超声相控阵检测方案，具有重要意义。角接结构内的材料突变表现为，例如由于焊接工艺不良导致的不连续性，例如存在材料杂质、气孔等瑕疵。
[0038]图中显示了薄板角接结构，在局部放大图中包含试样人工缺陷示意图。例如，实验检测试样为采用激光钎焊工艺焊接而成的钛合金薄板角接结构工件，试样板厚3mm，在十字结构竖直焊缝上预埋矩形槽模拟缺陷，缺陷槽长1mm、槽宽0.2mm、槽深0.5mm，用来模拟微小气孔缺陷。其中槽长度方向沿焊缝延展方向(圈中为预埋模拟缺陷)。
[0039]图2为机械臂相控阵超声检测系统组成结构的实施例。
[0040]本申请的超声检测系统包括控制模块21、收发模块22、机械臂23、换能器24、楔块25。
[0041]所述收发模块，用于产生超声波激励信号、对接收的回波信号进行处理，生成检测数据。收发模块是整个超声检测系统的电子控制核心，用于操控换能器进行声波的发射与接收。其激励模块通过产生各种频率、幅度、相位延时的脉冲激励信号，来控制相控阵换能器中各阵元激发超声波，实现声束偏转、聚焦等相控效果。同时对各阵元接收的回波信号进行放大滤波处理，并进行A/D采集生成检测回波数据。例如，法国M2M公司生产的Pocket收发模块，该板卡最大支持发射/接收阵元数为64的相控阵探头，最大采样频率100MHz，最大激励电压96V，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵超声检测方法，使用超声相控阵检测角接结构，其特征在于，在被检测物和超声相控阵阵元表面之间进行介质填充，使来自阵元表面的超声波通过介质材料导波作用到达被检测物，通过超声成像识别角接结构内的材料突变或气孔。2.如权利要求1所述相控阵超声检测方法，其特征在于，介质填充的方法为使用楔块，所述楔块至少一个表面与换能器阵元表面接触配合，所述楔块的其他至少2个相邻表面与检测区域共形并接触配合。3.如权利要求1或2所述相控阵超声检测方法，其特征在于，所述介质的材料为液体或固体。4.如权利要求2所述相控阵超声检测方法，其特征在于，所述楔快的材料为有机玻璃。5.一种相控阵超声检测系统，用于实现权利要求1～4任意一项所述方法，其特征在于，包括：控制模块、收发模块、机械臂、换能器、楔块；所述收发模块，用于产生超声波激励信号、对接收的回波信号进行处理，生成检测数据；所述换能器，用于按照设定的相位延时激发超声波、接收超声波回波转换为回波信号；所述机械臂，用于带动换能器与楔块；所述楔块，是与超声换能器阵元表面和被测区域表面相耦合的介质材料，楔块的倾斜面与换能器表面固定连接，与倾斜面相对的棱、与棱相邻的表面与被测试区域共形；所述控制模块，用于控制所述收发模块、机械臂工作。当...

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，曹凯，王威，陈伟，宋金宝，翁大成，张文谦，杜康，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：