CN103472140A - 一种超声相控阵成像探伤强度标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声相控阵成像探伤强度标定方法，该方法包括以下步骤：根据相控阵系统对探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号；根据对扫描线回波信号进行归一化处理，获取不同角度相同深度刻槽和相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果；根据不同角度相同深度刻槽和相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果对相控阵超声成像结果进行标定。本发明可以完成对不同角度和不同深度表面上的刻槽进行超声像控阵成像标定，从而可以通过超声相控阵成像结果，对缺陷进行当量分析，定量评估缺陷大小，减少人员参与导致的主观检测问题，提高超声相控阵成像检测缺陷的检测率和检测效率。

Description

一种超声相控阵成像探伤强度标定方法

技术领域

本发明涉及超声相控阵成像技术，尤其涉及一种超声相控阵成像探伤强度标定方法。

背景技术

在常规超声检测中，需要对超声灵敏度进行标定，通过标定结果，对比实际超声检测目标缺陷的回波强度，才能够得到超声检测目标缺陷的大小、形成等物理参数。常规超声通常利用一定距离的平底孔或平面反射来完成对特定超声换能器及系统的灵敏度的标定，然而对于超声相控阵，常规的标定方法无法使用。

由于采用超声相控阵换能器，不同角度和不同当量的裂纹缺陷等，所反映的超声后向散射强度不一样，需要一个有效的方法，对不同角度的等当量缺陷和相同角度的不同当量的缺陷进行归一化或标定，才能够利用超声相控阵实现对不同角度、不同当量的缺陷进行定量评估。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种超声相控阵成像探伤强度标定的方法，用于完成对不同角度、不同深度上的刻槽进行超声相控阵成像标定。

为实现上述目的，本发明提供了一种超声相控阵成像探伤强度标定方法，该方法利用超声相控阵系统和探伤试块，对探伤试块上不同角度和不同深度的刻槽进行标定，探伤试块上每隔一段水平距离具有一组深度不同的刻槽，刻槽的位置相对于超声相控阵系统具有不同的角度，不同组刻槽之间的水平间隔按照相控阵系统角度的要求设置，该方法包括以下步骤：根据相控阵系统对探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号；根据对扫描线回波信号进行归一化处理，获取不同角度相同深度刻槽和相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果；根据不同角度相同深度刻槽和所述相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果对相控阵超声成像结果进行标定。

本发明可以完成对不同角度和不同深度表面上的刻槽进行超声像控阵成像标定，从而可以通过超声相控阵成像结果，对缺陷进行当量分析，定量评估缺陷大小，减少人员参与导致的主观检测问题，提高超声相控阵成像检测缺陷的检测率和检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例中的刻槽试块图；

图2为本发明实施例中相控阵系统安装成像示意图；

图3为本发明实施例提供的一种超声相控阵成像探伤强度标定方法流程图；

图4为角度-相对散射强度曲线示意图；

图5为深度尺寸-相对散射强度曲线示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的一种超声相控阵成像探伤强度标定方法是利用超声相控阵系统和专门制作的试块，对不同角度和不同深度的刻槽进行标定。

以下根据需要探测的目标物体，制作试块。图1为本发明实施例中的钢制刻槽试块图，如图1所示，在试块的一端制作不同深度的刻槽。由于超声相控阵成像探伤系统需要检测的缺陷深度在0.1mm至5mm范围，所以需要在这个深度范围内进行制作刻槽。为了能够对较小裂纹进行探测，主要制作深度在0.1mm至1mm之间的刻槽，其刻槽深度步进为0.2mm，刻槽之间的水平间隔为2mm，把深度从0.1mm到1mm的刻槽归为一组，然后每隔15mm，重复制作。试块的高度根据探伤目标物体的高度进行制作，优选地，试块采用高度为180mm的矩形试块。

试块制作好后，利用超声相控阵系统对试块进行成像。图2为本发明实施例中相控阵系统安装成像示意图，如图2所示，超声相控阵系统的探测角度为30°-70°，试块的长度可以根据试块的高度和最大的探测角度计算得到。探测区域需要覆盖相对于相控阵系统具有不同角度的所有刻槽，并且深度种类齐全。

图3为本发明实施例提供的一种超声相控阵成像探伤强度标定方法流程图。如图3所示，该方法包括步骤301-303：

在步骤301，根据相控阵系统对探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号。

具体地，超声相控阵系统发射超声纵波，通过楔块（有机玻璃制作，功能是使纵波斜入射）将入射超声纵波转换为横波，利用横波对试块中的刻槽进行探测，获取不同角度的所有刻槽的扫描线回波信号，从而得到不同角度和不同刻槽深度的标定曲线。

需要说明的是，本发明实施例不仅仅适用于横波，同样适用于超声相控阵纵波成像。横波能够探测的角度范围相对较大，所以本发明实施例以横波探测为例进行说明。

在步骤302，根据对扫描线回波信号进行归一化处理，获取不同角度相同深度刻槽和相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果。

具体地，超声相控阵系统根据不同角度相同深度的刻槽的回波最高点，得到该角度上回波的散射强度，绘制角度——相对散射强度曲线。例如，取不同位置上深度为1mm刻槽的回波最高点，得到该角度上的散射强度。这样就可以绘制出如图4所示的第一曲线（角度——相对散射强度曲线）。

图4所示的角度——相对散射强度曲线的制作过程包括以下步骤：

1）对超声相控阵系统接收的具有不同角度的回波信号进行带通处理，去除带外噪声和干扰；

2）提取不同角度的相同深度刻槽的回波信号，对回波进行解调，得到信号的包络最大值，即为该角度——相对散射强度点；

3）对角度——相对散射强度点进行样条拟合，得到角度——相对散射强度曲线。

同样，超声相控阵系统根据相同角度或邻近角度范围内不同深度的刻槽的回波最高点，得到不同深度刻槽对于相同入射角超声的散射强度，绘制出如图5所示的第二曲线（深度尺寸——相对散射强度曲线）。

图5所示的深度尺寸——相对散射强度曲线的制作过程包括以下步骤：

1）对超声相控阵系统接收到的某个固定角度或其邻近角度范围内的不同深度刻槽目标回波信号进行带通处理，去除带外噪声和干扰；

2）提取该固定角度或其邻近角度范围内的不同深度刻槽的回波信号，对回波信号进行正交解调，得到解调信号包络的最大值，即为该固定角度所对应的深度尺寸——相对散射强度点；

3）对深度尺寸——相对散射强度点进行样条拟合，得到深度尺寸——相对散射强度曲线。

在步骤303，根据所述不同角度相同深度刻槽和所述相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果对相控阵超声成像结果进行标定。

具体地，根据步骤302中获得的两个曲线对超声相控阵成像结果进行标定。其标定的过程如下：

对于原始的相控阵超声回波信号，首先进行角度标定，对于不同角度得到的回波信号进行预处理（包括带通滤波及包络解调等），然后利用单位深度的刻槽得到的角度——相对散射强度曲线，例如1mm深度刻槽得到的曲线，对超声成像结果进行标定。标定过程是对超声成像的每一个回波信号乘以相应角度下相对散射强度的倒数，使得不同角度的典型刻槽回波强度一致，从而达到了去除超声相控阵系统对于不同角度，缺陷后向散射强度不一致带来了成像结果不一致的影响。

然后进行刻槽深度标定，对某一个的固定角度刻槽的回波，利用图4的深度尺寸——相对散射强度曲线进行标定。标定过程是对某一个固定角度或其相邻角度范围内的回波信号进行预处理，然后对该回波曲线的不同幅度值乘以相应曲线值的倒数，然后映射到相对应的缺陷尺寸，这样就标定了目标缺陷的尺寸。

本发明实施例对于超声相控阵成像系统进行标定，然后对实际探测工件进行成像，可以得到不同角度、不同深度刻槽的标定成像结果。以此结果作为评定工件缺陷的标准。

本发明实施例可以完成对不同角度和不同深度表面上的刻槽进行超声像控阵成像标定，从而可以通过超声相控阵成像结果，对缺陷进行当量分析，定量评估缺陷大小，减少人员参与导致的主观检测问题，提高超声相控阵成像检测缺陷的检测率和检测效率。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (8)

1.一种超声相控阵成像探伤强度标定方法，该方法利用超声相控阵系统和探伤试块，对所述探伤试块上不同角度和不同深度的刻槽进行标定，所述探伤试块上每隔一段水平距离具有一组深度不同的刻槽，所述刻槽的位置相对于所述超声相控阵系统具有不同的角度，不同组刻槽之间的水平间隔按照相控阵系统角度的要求设置，其特征在于：根据所述相控阵系统对所述探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号；根据对所述扫描线回波信号进行归一化处理，获取不同角度相同深度刻槽和相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果；根据所述不同角度相同深度刻槽和所述相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果对相控阵超声成像结果进行标定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据所述相控阵系统对所述探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号步骤包括：

超声相控阵系统发射超声纵波，通过楔块将入射超声纵波转换为横波，利用横波对试块中的刻槽进行探测，获取不同角度的所有刻槽的扫描线回波信号，所述超声相控阵系统的探测角度为30°至70°。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据所述相控阵系统对所述探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号步骤包括:

取不同角度相同深度的刻槽的回波最高点，得到该角度上回波的散射强度，并绘制第一曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述相控阵系统对所述探伤试块上的刻槽进行探测，获取扫描线回波信号步骤包括:

取相同角度或邻近角度范围内不同深度的刻槽的回波最高点，得到不同深度刻槽对于相同入射角超声的散射强度，并绘制第二曲线。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述绘制第一曲线的步骤包括：

对超声相控阵系统接收到的不同角度的回波信号进行带通处理，去除带外噪声和干扰；

提取不同角度相同深度的刻槽的回波信号，对回波进行正交解调，得到正交解调信号包络的最大值，即为该角度对应的相对散射强度点；

对角度——相对散射强度点进行拟合，得到第一曲线。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述绘制第二曲线的步骤包括：

对超声相控阵系统接收到的某个固定角度或其邻近角度范围内的不同深度刻槽目标回波信号进行带通处理，去除带外噪声和干扰；

提取该固定角度或其邻近角度范围内的不同深度刻槽的回波信号，对回波进行正交解调，得到正交解调信号包络的最大值，即为该深度尺寸所对应的相对散射强度点；

对深度尺寸——相对散射强度点进行拟合，得到第二曲线。

7.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于：所述根据所述不同角度相同深度刻槽和所述相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果对相控阵超声成像结果进行标定步骤包括：

根据第一曲线对超声成像结果进行角度标定，所述角度标定包括：对不同角度得到的原始相控阵超声回波信号进行预处理，对超声成像的每一个回波信号乘以相应角度下相对散射强度值的倒数，使得不同位置的单位深度刻槽回波强度一致。

8.根据权利要求4或6所述的方法，其特征在于：所述根据所述不同角度相同深度刻槽和所述相同角度不同深度刻槽的回波的强度标定结果对相控阵超声成像结果进行标定步骤包括：

根据第二曲线对超声成像结果进行刻槽深度标定其中，所述刻槽深度标定包括：对某一固定角度或其邻近角度范围内的回波信号进行预处理，对回波曲线的不同幅度值乘以相应曲线值的倒数，然后映射到所对应的深度尺寸。

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