CN104914164B - 一种基于dac曲线的超声波c扫描成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，本方法将检测时超声探伤系统所获得的回波高度与所拟合的DAC曲线相应声程处的高度进行对比，得出两者dB差值，根据其差值或者最高回波高度所位于的曲线区间进行颜色值调制，结合探伤系统扫查装置所处的工件位置生成C扫描图像。本方法采用了DAC曲线，可补偿材料衰减、近场效果、声速散射及表面粗糙等因素产生的影响，在定量分析时可避免后续C扫描图像的边缘检测、分割等处理，可根据调制C扫描图像时的颜色设定，直观的确定出工件缺陷当量大小或范围，从而省略缺陷分析时的像素统计步骤，降低检测结果处理的复杂性。

Description

一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法

技术领域

本发明属于超声波无损检测领域，涉及一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法。

背景技术

超声波C扫描成像方法是以工件检测时超声探测范围内与声束传播方向垂直的断面回波信息进行调制成像，该方法能够使缺陷的位置和尺寸直观地显示出来，进而可对缺陷进行定性和定量分析。但是传统的C扫描成像方法，如中国专利申请号201410305302.X中提出一种环形锻件自动超声波C扫描检测系统，直接将采集到的回波信息以灰度的形式连续显示出来，未对缺陷与探头之间对回波强度的影响进行考虑，且缺陷检测结果需对C扫描图像进行分析与处理，才能获得缺陷的面积并判定工件是否合格，实际操作起来复杂，对人员图像方面知识要求较高。

目前缺陷面积判定时主要采用的方法为阈值法，如无损检测2014年第二期公开的钎焊超声C扫描图像缺陷面积计算方法，对缺陷结果进行评定时，运用了多种不同阈值选取方法分割图形计算缺陷面积，其存在缺陷当量需要经过像素与实际尺寸转换，显示不直观等问题，实际检测效率不高，不便于现场应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，以补偿材料衰减、近场效果等因素对回波强度的影响，解决超声C扫描图像形成后图像处理过程复杂、当量尺寸显示不直观的技术问题。。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，具体步骤如下：

步骤1、选取与被检工件材料相同的试块，且所述试块具有3个以上同孔径、不同深度的缺陷。

步骤2、确定DAC曲线模式及曲线拟合方法，采集不同深度缺陷的回波波幅、声程数据，根据上述选择的DAC曲线模式及曲线拟合方法将不同深度缺陷的回波波幅、声程数据进行拟合，完成DAC曲线。

步骤3、用带有扫查装置的超声探伤系统对被检工件进行扫查，将超声探伤系统所获取到的超声回波信号与DAC曲线相应声程处的高度做比较，对C扫描像素值进行设定，再结合扫查装置所处位置，生成C扫描图像。

所述步骤3中的C扫描像素值设定方法为：根据检测到的超声回波信号声程和波幅信息，与所拟合DAC曲线相应声程处的高度进行比较，确定回波所在的DAC曲线区间，得出两者dB差值，根据回波所在的DAC曲线区间的像素值或两者dB差值进行像素值调制。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明利用了DAC曲线，可以补偿材料衰减、近场效果、表面粗糙等因素对回波强度的影响。

(2)本发明根据回波信息与所制作DAC曲线的比较结果确定C扫描图像相应位置的像素值，可不用进行像素尺寸转换，直观的显示出缺陷的当量范围，便于现场检测，提高了工件检测时的效率。

(3)本发明在实际应用中不需要繁琐的后续图像处理，不要求检测人员具备图像处理基础，在工业及国防生产中的锻件无损检测方面都有积极的作用和广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法的方法流程图。

图2是本发明的实施例一中利用Cubic Hermite插值法所生成的自定义模式DAC曲线示意图。

图3是本发明的实施例一中图2所示的DAC曲线拟合系数图表。

图4是本发明的实施例一中的像素颜色值确定流程图。

图5是本发明的实施例一所形成的超声波C扫描图像，其中(a)为对比用的常规C扫描检测图，(b)为本方法所获得的C扫描图像。

图6是本发明的实施例二中利用样条插值法所生成的ASME模式DAC曲线示意图。

图7是本发明的实施例二图6所示的DAC曲线拟合系数图表。

图8是本发明的实施例二所形成的超声波C扫描图像，其中(a)为对比用的常规C扫描检测图，(b)为本方法所获得的C扫描图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，具体步骤如下：

步骤1、选取与被检工件材料相同的试块，且所述试块具有3个以上同孔径、不同深度的缺陷。

步骤2、确定DAC曲线模式及曲线拟合方法，采集不同深度缺陷的回波波幅、声程数据，根据上述选择的DAC曲线模式及曲线拟合方法将不同深度缺陷的回波波幅、声程数据进行拟合，完成DAC曲线。

步骤3、用带有扫查装置的超声探伤系统对被检工件进行扫查，将超声探伤系统所获取到的超声回波信号与DAC曲线相应声程处的高度做比较，对C扫描像素值进行设定，再结合扫查装置所处位置，生成C扫描图像。

所述步骤3中的C扫描像素值设定方法为：根据检测到的超声回波信号声程和波幅信息，与所拟合DAC曲线相应声程处的高度进行比较，确定回波所在的DAC曲线区间，得出两者dB差值，根据回波所在的DAC曲线区间的像素值或两者dB差值进行像素值调制。

实施例一

一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，具体步骤如下：

步骤1、选取与被检工件材料相同的试块，且试块具有3个以上同孔径、不同深度的缺陷：

被检工件的材料为铝合金为例，首先选取铝合金材料的试块，试块平底孔的当量为1.2mm，且平底孔为规则反射体，平底孔具有8个不同深度，分别2.5mm、7.5mm、30mm、50mm、70mm、90mm、110mm、120mm。

步骤2、确定DAC曲线模式及曲线拟合方法，采集不同深度缺陷的回波波幅、声程数据，根据上述选择的DAC曲线模式及曲线拟合方法将波幅、声程数据进行拟合，完成DAC曲线：

DAC曲线具有多种类型，即ASME、ASME-III、JIS、20-80定量规范模式以及自定义模式，本例选取自定义模式，即选用评定线dB值为-15，该处当量为0.5mm，定量线dB值为0，该处当量值为1.2mm，判废线dB值为+9，该处当量为1.5mm，采用Hermite插值法对曲线进行拟合，DAC曲线最终拟合结果如图2所示，自上而下分别是判废线、定量线、评定线。曲线拟合完成后，以拟合系数的方式对曲线进行保存，其拟合系数如图3所示，其格式为：

DAC所取点数为N，系数数组将包含N-1行Hermite插值多项式系数，如图3中，

第0行是超声探伤系统所获取到的声程值；

第1至第N-1行是DAC曲线—判废线的拟合系数；

第N至第2N-2行是DAC曲线—定量线的拟合系数；

第2N-1至3N-3行是DAC曲线—评定线的拟合系数。

步骤3、用带有扫查装置的超声探伤系统对被检工件进行扫查，将超声探伤系统所获取到的超声回波信号与DAC曲线相应声程处的高度做比较，对C扫描像素值进行设定，再结合扫查装置所处位置，生成C扫描图像：

以DAC模式对被检工件进行检测，超声探伤系统根据检测到的回波声程、波幅信息，与相同声程处的DAC曲线高度进行比较，对其像素值进行设定。以最高回波为例进行说明，以下回波高度、回波声程均特指最高回波，其过程如图4所示，设图中计算所得回波声程处判废线、定量线、评定线高度为P(a1)、P(a2)、P(a3)，通过回波高度与各曲线相应声程高度比较确定缺陷所处区间。

缺陷当量值计算则通过公式(1)与公式(2)计算得出

其中，H_φ为工件内缺陷的回波高度，D_φ为缺陷当量直径，H_y为相应声程处DAC曲线波高，D_y为DAC所代表缺陷当量值。

本发明像素颜色值以三色制进行说明，当回波高度介于P(a2)与P(a3)之间时，缺陷位于弱信号评定区，视为危害性小或无的缺陷，像素灰度值设置为240；当回波高度介于P(a2)与P(a1)之间时，缺陷位于长度评定区，可根据检测对象和指示长度判断其缺陷程度，像素设置值为128；当回波高度高于P(a1)时，位于判废区，则视为不可忽视的危害性缺陷，像素设置值为32，再结合扫查装置在被检工件上的位置获得C扫描图像，如图5(b)所示，对比常规C扫描图像5(a)。

本方法可以不经像素尺寸转换直观的得到缺陷的当量范围，且缺陷具有明显的边缘，避免分割等处理，实际检测时可快速判定工件是否合格，图5(b)中像素灰度值为32部分为工件所具有的台阶。

实施例二

一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，具体步骤如下：

步骤1、选取与被检工件材料相同的试块，且所述试块具有3个以上同孔径、不同深度的缺陷：

本发明实施例二被检工件的材料为镁合金，选取相同材料的试块，试块中规则反射体为平底孔，当量为1.2mm，具有7个不同深度，分别2.5mm、7.5mm、20mm、50mm、80mm、90mm、100mm。

步骤2、确定DAC曲线模式及曲线拟合方法，采集不同深度缺陷的回波波幅、声程数据，根据上述选择的DAC曲线模式及曲线拟合方法将不同深度缺陷的回波波幅、声程数据进行拟合，完成DAC曲线：

DAC曲线选取直接连接各参考缺陷峰值的ASME模式，该模式下仅含一条曲线，该曲线当量值为1.2mm，采用样条插值法对曲线进行拟合，DAC曲线最终拟合结果如图6所示。曲线拟合完成后，以拟合系数的方式对曲线进行保存，其拟合系数如图7所示，DAC所取点数为7，系数数组将包含6行样条插值多项式系数，拟合系数格式如下：

第0行是超声探伤系统所获取到的声程值；

第1至第6行是DAC曲线的拟合系数；

步骤3、用带有扫查装置的超声探伤系统对被检工件进行扫查，将超声探伤系统所获取到的超声回波信号与DAC曲线相应声程处的高度做比较，对C扫描像素值进行设定，再结合扫查装置所处位置，生成C扫描图像：

以DAC模式对被检工件进行检测，超声探伤系统根据检测到的回波声程、波幅信息，与相同声程处的DAC曲线高度进行比较，对其像素值进行设定，本实例像素颜色值以二色制为例进行说明，高于DAC曲线的灰度值设定为32，判定为缺陷，低于DAC曲线的灰度值设定为240，缺陷实际当量值依旧通过公式(1)与公式(2)计算得出。

本实例最后获得的C扫描图像如图8(b)所示，对比常规C扫描图像8(a)，本方法可直观的确定缺陷当量是否高于1.2mm，以此快速的判定缺陷是否合格，且缺陷具有明显的边缘，避免后续的图像处理过程。

本实例最后所获得的图像仅将扫查工件处的图像部分设定为两个灰度值，避免了图像常规的二值化处理无法对扫查轨迹进行直观的显示，丢失了工件平面形状等现象。

Claims (1)

1.一种基于DAC曲线的超声波C扫描成像方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、选取与被检工件材料相同的试块，且所述试块具有3个以上同孔径、不同深度的缺陷；

步骤2、确定DAC曲线模式及曲线拟合方法，采集不同深度缺陷的回波波幅、声程数据，根据上述选择的DAC曲线模式及曲线拟合方法将不同深度缺陷的回波波幅、声程数据进行拟合，完成DAC曲线；

步骤3、用带有扫查装置的超声探伤系统对被检工件进行扫查，将超声探伤系统所获取到的超声回波信号与DAC曲线相应声程处的高度做比较，对C扫描像素值进行设定，再结合扫查装置所处位置，生成C扫描图像；

所述步骤3中的C扫描像素值设定方法为：根据检测到的超声回波信号声程和波幅信息，与所拟合DAC曲线相应声程处的高度进行比较，确定回波所在的DAC曲线区间，得出两者dB差值，根据回波所在的DAC曲线区间的像素值或两者dB差值进行像素值调制。