CN102636575A - 一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置及方法，所述装置包括三维智能扫查器，该三维智能扫查器具有三个方向的扫查；所述方法包括：对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。本发明具有简单全覆盖路径规划算法和简单变密度随机采样策略的功能。该扫查方法首先对待覆盖区域进行粗扫，发现缺陷区域后进行细扫，对疑似缺陷区域进行微扫，同时在数据采集和存储的过程中，只对缺陷区域进行处理，而对非缺陷区域用背景区域代替。通过将此方法应用于超声成像检测系统中的扫查器中，可大大提高了扫查速度、减少了数据采集存储的空间，提高了成像的速度。

Description

一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置及方法

技术领域

本发明涉及超声无损检测领域，尤其涉及一种用于超声检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置及方法。

背景技术

无损检测技术在全面质量控制中具有举足轻重的作用，超声检测技术是应用广泛、使用频率高、发展快的一种无损检测技术，在无损检测中占有十分重要的地位。与其他成像技术相比，超声成像的优势在于：(1)相对安全，无辐射；(2)无创；(3)与X射线相比更加便携，可野外操作；(4)实时显示能力。但由于其工作模式、成像理论多年来都未有新的突破，当前的超声成像检测系统还有很多问题值得研究，其中扫描装置的扫查效率低下是一个非常重要的问题之一。

在超声成像检测系统中，扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果的正确性、可靠性都依赖于扫查装置。然而，现有的扫查器扫查策略单一、扫查效率非常低下，例如在超声水浸C-扫描成像检测系统中，缺陷区域在整个待扫查区域中只占很小的一部分，由于常用的扫查器需要在广阔的待扫查区域中获取大量的采集数据后成像，因此，成像扫描时间经常需要几十分钟、甚至数小时。事实上，在成像图像中，几乎90％以上的扫查区域和采集数据都是无用的，也就是说浪费了大量的扫描时间和存储空间对非缺陷区域进行扫描、采集和存储。值得一说的是，国内目前在扫查器研制方面的公司较少，基本上是根据项目的需要临时搭建一个，且主要面向低端产品，专业的扫查器开发公司几乎没有，因此扫查器价格一般非常昂贵。虽然近几年对自动扫查系统的研究越来越重视，但是关于扫查策略方面研究还很少。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种用于超声检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置及方法。所述技术方案如下：

一种用于超声检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置，包括：

所述装置包括三维智能扫查器，该三维智能扫查器具有三个方向的扫查，其中，

Z方向扫查，用于对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；

X方向和Y方向扫查，用于对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。

一种用于超声检测仪器的优化锯齿覆盖扫查方法，该方法包括：

A对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；

B对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

能够对待检测区域进行缺陷区域和非缺陷区域的划分，通过对不同区域实施不同的扫查策略，进而大大提高了扫查速度、减少了数据采集存储的空间，提高了成像的速度。

附图说明

图1是用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查方法流程图；

图2中a和b是分别是锯齿覆盖扫查方法和基于变密度采样策略的优化的锯齿覆盖扫查方法示意图；

图3是用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查算法流程图；

图4是用于超声成像检测仪器的优化锯齿权覆盖扫查算法演示界面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：

本实施例提供了一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查的装置，包括：所述装置包括三维智能扫查器，该三维智能扫查器具有三个方向的扫查，其中，

Z方向扫查，用于对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；

X方向和Y方向扫查，用于对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。

上述三维智能扫查器包括有多个。

如图1所示，本实施例还提供了一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查的方法，该方法包括：

步骤10对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；

步骤20对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。

上述步骤10通过智能扫查器Z方向扫查自动设定扫描范围和扫描点起始位置。也可以由人为设定扫描范围和扫描点的起始位置。

上述步骤20在确定扫描范围和扫描点起始位置后，在优化锯齿扫查之前要进行不完整的锯齿扫查，不完整的锯齿扫查过程和优化锯齿扫查过程皆由2个基本行为(直线行走和转弯)组成，如同在工件(如钢板)上划出等距离的平行线，探头沿列线扫查，一般列线间距为100mm，并垂直于压延方向。此为，若水浸自动探伤探头则移动速度以0.5～1m/s为宜。

在扫查过程中，为了防止漏检和保证检测质量，扫查过程中发现缺陷时，应通过程序中判定是否有缺陷信号，而不对该信号进行传输和存储。本实施例在扫描过程中拟采用相邻回波差求解L0范数的方法检测回波信号，如果求解L0范数值较大则表明该处可能存在缺陷，如果有缺陷则控制扫查器在其周围细探，以确定缺陷的面积，需要说明的是，对于每一个接收到的回波信号，都要通过程序判别是否是缺陷信号。

通过L0范数值确定了待扫查区域中的缺陷区域和非缺陷区域的划分后，扫查器对非缺陷区域进行粗扫甚至不扫查(超欠采样)，而对疑似缺陷区域进行精扫(近似全采样)(如图2中a和b)，对缺陷区域进行微扫(全采样)，同时在数据采集和存储过程中，只对缺陷区域进行处理，而对非缺陷区域用背景区域代替。

对于待扫查区域较为复杂的情况，采用基于地图的全覆盖路径规划的方法，全覆盖任务为：扫查探头从待扫查区域中任意一点出发，沿尽可能短的路线或用尽可能短的时间完成整个区域的扫查工作。本实施例采用栅格建模的方法实现对扫描区域电子地图的构造，通过电子地图区分出待扫查区域中的缺陷区域和非缺陷区域。需要说明的是，为了提高扫查效率，在电子地图建立的过程中，扫查器只采集而不对采集数据存储，在电子地图建立后，扫查器定位到每个缺陷区域进行精细扫查，并进行数据的存储和处理，对非缺陷区域数据以其中某一个的数值或0代替。

下面对栅格建模、电子地图建模和电子地图的建立进行详细说明：

栅格建模

栅格法进行地图表达是把整个待扫查区域采用二维矩形栅格标示，并给每个栅格编号，准备两种标记，一种代表缺陷，另一种代表非缺陷。每个矩形栅格有一个累积值CV值(通过超声回波判断缺陷存在的可能性)，表示此方位中存在缺陷的可信度，高的CV值表示存在缺陷的可能性高。方法如下：

设待扫查区域的最大长度为L，宽度为W，网格的尺度长和宽均为b，则网格数为

待扫查区域E由网格g_ij构成：

E＝{g_ij|g_ij＝0或1，i，j正整数}                 (1)

其中g_ij＝0表示该格为缺陷，g_ij＝1为非缺陷。

电子地图

电子地图是待扫查区域的更为具体的标示，采用矩形网格的形式，每个网格代表一个实际物理区域，并对应了可以描述这一区域情况的数据：是否为缺陷，是否扫查以及是否碰到标记物。这样确立了如下四维矢量的扫描形式：

V(i，j)＝(0，1，2，4)                        (2)

式中：i，j表示网格中的位置；0表示缺陷；1表示非缺陷；2表示已扫查；4表示碰到标记物(安装在工件上，用于识别工件)。

首先，建立实际位置参数(x，y)和网格位置参数(I，j)的对应关系：

$\left\{\begin{array}{c}x=i\×b\\ y=j\×b\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：x，y为定位系统计算出的位置参数；b为单位网格的边长。

公式(3)将待扫查区域进行离散化处理，生成了一个矩形网格。则矩形边长L和宽W分别为：

$\left\{\begin{array}{c}L=x_{\max }b\\ W=y_{\max }b\end{array}\right.---\left(4\right)$

然后建立一个映射关系，将存储空间地址和实际扫描点的位置联系起来。通过这个映射关系可以根据位置坐标访问相应的存储器地址，进行一定的操作，比如对各标志进行查询和写入。

电子地图的建立

电子地图的建立需要两个步骤，一个是初始扫描位置的空间自动定位，实际上就是探测工件，使探头从任意起始位置按照既定程序找到初始扫描点开始扫描，扫描完成后判断所有列是否扫描完毕，如果是，则移动到结束点，结束程序；否则，扫描下一列如图3所示。另一个就是锯齿扫查，当扫描装置探测到工件以后，则开始锯齿扫查。在扫描过程中每扫描一格，即步进电机的固定的一个步数，则在电子地图上进行一次标示，当扫描完成后，工件中的缺陷在电子地图中就全部呈现出来，基于地图的全覆盖路径规划算法防真如图4所示其中1代表工件、2代表已扫描区域、3代表控制面板、4代表电子地图创建过程演示区域、5代表待清扫区域、6代表缺陷、7代表主要参数显示区域。

在设计中，栅格大小的选取直接影响着算法的性能，栅格大小的选取与传感器的性能有关，如果传感器精度高而且速度快，栅格可以选的小些。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置，其特征在于，所述装置包括三维智能扫查器，该三维智能扫查器具有三个方向的扫查，其中，

Z方向扫查，用于对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；

X方向和Y方向扫查，用于对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。

2.根据权利要求1所述的用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置，其特征在于，所述优化锯齿覆盖扫查前包括：对待扫查区域进行不完整的锯齿扫查，并通过不完整的锯齿扫查获取超声回波信号及对获取的超声回波信号是否存在缺陷进行判断。

3.根据权利要求2所述的用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置，其特征在于，对所述超声回波信号是否存在缺陷的判断是在扫查过程中采用相邻回波差求解L0的范数来判断。

4.根据权利要求3所述的用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查装置，其特征在于，通过判断超声回波信号存在缺陷与不存在缺陷来划分待扫查区域中的缺陷区域和非缺陷区域，并对缺陷区域进行采样扫查，对非缺陷区域进行超欠采样扫查或不扫查。

5.一种用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查方法，其特征在于，所述方法包括：

A对待扫查区域进行垂直定位及声速聚焦；

B对待扫查区域锯齿或优化锯齿覆盖的扫查。

6.根据权利要求5所述的用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查的方法，其特征在于，所述方法在执行步骤B优化锯齿覆盖扫查前还包括：

对待扫查区域进行不完整的锯齿扫查，并通过不完整的锯齿扫查获取超声回波信号及对获取的超声回波信号是否存在缺陷进行判断。

7.根据权利要求6所述的用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查的方法，其特征在于，所述判断超声回波信号是否存在缺陷是在测量过程中采用相邻回波差求解L0的范数来判断。

8.根据权利要求5所述的用于超声成像检测仪器的优化锯齿覆盖扫查的方法，其特征在于，通过判断超声回波信号存在缺陷与不存在缺陷来划分待扫查区域中的缺陷区域和非缺陷区域，并对缺陷区域进行采样扫查，对非缺陷区域进行超欠采样扫查或不扫查。

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