CN109085245A - 确定待测客体中缺陷的方法和超声波探伤仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种确定待测客体中缺陷的方法和超声波探伤仪，属于超声检测领域。所述方法包括：以第一预设百分比的幅度基准对扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；根据超声探伤仪的闸门设置对经灵敏度校准和TCG修正后的所述扫描图像进行过滤，以过滤掉闸门外的扫描图像；根据最邻近算法对过滤后的扫描图像进行分割，以确定缺陷的初始区域和数量；以及以每个初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。本发明上述技术方案能够自动识别扫描图像中的多个缺陷，并确定每个缺陷的精确区域，从而提高了探伤检测的效率和精度。

Description

确定待测客体中缺陷的方法和超声波探伤仪

技术领域

本发明涉及超声检测领域，具体地涉及一种确定待测客体中缺陷的方法和超声波探伤仪。

背景技术

超声波检测是无损检测方法之一，无损检测是在不破坏工件前提下，检查工件宏观缺陷或测量工件特征的各种技术方法的统称。运用超声检测的方法来检测的仪器称之为超声波探伤仪，其能利用超声波检查工件宏观缺陷或测量工件特征。以钢轨探伤为例，现在常采用多个通用超声探头利用超声相控阵技术并基于TB/T 2658.21-2007(钢轨焊缝超声波探伤作业标准)对钢轨的不同部位进行检测。其中，超声相控阵是通过控制探头内各阵元晶片的收发时间延迟，根据获取的数据转换成对应的超声图像的技术。可通过对探头的不同控制，形成线扫和扇扫图像，该线扫和扇扫图像能够一次覆盖整个待测区域(例如钢轨的焊缝区域)，从而在图像上即可观察待测区域的情况。然而，现有的相控阵钢轨探伤方式仅可以从图像上肉眼查看缺陷位置，没有提供自动识别缺陷的方案，并且在通过调节查看某一线A型回波进行测量时，现有方案每次仅能找到一个缺陷，检测效率低。

发明内容

为了至少部分地解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例的目的是提供一种确定待测客体中缺陷的方法和超声波探伤仪。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种确定待测客体中缺陷的方法，该方法基于超声波探伤仪进行，所述超声波探伤仪能够发出超声波对所述待测客体进行扫描，并通过接收回波来生成所述待测客体的扫描图像，所述方法包括：以第一预设百分比的幅度基准对所述扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；根据所述超声探伤仪的闸门设置对经灵敏度校准和TCG修正后的所述扫描图像进行过滤，以过滤掉所述闸门外的所述扫描图像；根据最邻近算法对过滤后的所述扫描图像进行分割，以确定所述缺陷的初始区域和数量；以及以每个所述缺陷的初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。

可选地，在过滤掉所述闸门外的所述扫描图像后，所述方法还包括：过滤掉所述扫描图像中回波幅度低于第三预设百分比的数据点。

可选地，所述方法还包括：计算所述缺陷的最终区域的面积以及所述最终区域内距离最远的两个数据点之间的长度；以及以所述最终区域的面积作为该缺陷的面积，以所述最终区域内距离最远的两个数据点的长度作为该缺陷的长度。

可选地，所述方法还包括：基于声线反射原理，将所述缺陷的最终区域内的数据点转换至所述待测客体的模拟图中的对应位置；以及根据所述缺陷的长度确定该缺陷的级别，并在所述模拟图上通过不同的符号对不同级别的缺陷进行标记。

可选地，所述超声波探伤仪的探伤工艺包括以下一者或多者：单探头探伤、双探头探伤和多探头探伤，所述方法还包括：在所述模拟图上，通过不同颜色对不同探伤工艺下确定的缺陷进行标记。

另一方面，本发明实施例还提供一种超声波探伤仪，用于确定待测客体中的缺陷，所述超声波探伤仪包括：探头，用于发出超声波对所述待测客体进行扫描，并接收回波；图像生成单元，用于基于所述回波生成所述待测客体的扫描图像；校准和修正单元，用于以第一预设百分比的幅度基准对所述图像生成单元生成的所述扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；闸门控制单元，用于对闸门进行设置，并根据所述设置对经灵敏度校准和TCG修正后的所述扫描图像进行过滤，以过滤掉所述闸门外的所述扫描图像；分割单元，用于根据最邻近算法对过滤后的所述扫描图像进行分割，以确定所述缺陷的初始区域和数量；以及确定单元，用于以每个所述缺陷的初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。

可选地，所述超声波探伤仪还包括：过滤单元，用于在过滤掉所述闸门外的所述扫描图像后，再过滤掉所述扫描图像中回波幅度低于第三预设百分比的数据点。

可选地，所述确定单元还用于：计算所述缺陷的最终区域的面积以及所述最终区域内距离最远的两个数据点之间的长度；以及以所述最终区域的面积作为该缺陷的面积，以所述最终区域内距离最远的两个数据点的长度作为该缺陷的长度。

可选地，所述超声波探伤仪还包括：转换单元，用于基于声线反射原理，将所述缺陷的最终区域内的数据点转换至所述待测客体的模拟图中的对应位置；以及标记单元，根据所述缺陷的长度确定该缺陷的级别，并在所述模拟图上通过不同的符号对不同级别的缺陷进行标记。

可选地，所述超声波探伤仪的探伤工艺包括以下一者或多者：单探头探伤、双探头探伤和多探头探伤，所述标记单元还用于：在所述模拟图上，通过不同颜色对不同探伤工艺下确定的缺陷进行标记。

本发明上述技术方案能够一次性自动识别扫描图像中的多个缺陷，并确定每个缺陷的精确区域，从而提高了探伤检测的效率和精度。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的确定待测客体中缺陷的方法的流程图；

图2A、3A、4A是超声波探伤仪闸门宽度内的波形图；

图2B、3B、4B是超声波探伤仪所生成的扫描图像；

图5是本发明一种可选实施方式提供的待测客体的模拟图；以及

图6是本发明一种实施方式提供的超声波探伤仪的框图。

附图标记说明

10 探头 20 图像生成单元

30 校准和修正单元 40 闸门控制单元

50 分割单元 60 确定单元

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明一种实施方式提供的确定待测客体中缺陷的方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种确定待测客体中缺陷的方法，该方法基于超声波探伤仪进行，该超声波探伤仪能够发出超声波对待测客体进行扫描，并通过接收回波来生成待测客体的扫描图像，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤S101，以第一预设百分比的幅度基准对扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；

步骤S102，根据超声探伤仪的闸门设置对经灵敏度校准和TCG修正后的扫描图像进行过滤，以过滤掉闸门外的扫描图像；

步骤S103，根据最邻近算法对过滤后的扫描图像进行分割，以确定缺陷的初始区域和数量；以及

步骤S104，以每个所述缺陷的初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。

具体地，当需要对待测客体(例如钢轨、工件等)进行缺陷检测时，首先控制超声波探伤仪的探头各阵元晶片的收发时间延迟，以获取扫描图像。在获取扫描图像后，以第一预设百分比(例如80％)的幅度基准对经过滤后的扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正(即时间增益修正)。随后，根据所需选择的回波进行闸门设置以对经灵敏度校准和TCG修正后的所述扫描图像进行过滤，将闸门范围外的扫描图像过滤掉，留下闸门范围内的扫描图像。其中，灵敏度校准的目的在于对相同深度、不同声程处相同尺寸反射体的回波进行增益修正，使之达到相同幅值(例如达到缺陷回波波高的80％)；TCG修正的目的在于对不同声程处相同尺寸反射体的回波进行增益修正，使之达到相同幅值。

之后，根据最邻近算法对过滤后的扫描图像进行分割，以确定缺陷的初始区域和数量。其中，最邻近算法属于现有算法，基于该算法可以对扫描图像中的数据点分割，从而可以将扫描图像分割成与缺陷个数相对应的多个不重叠区域，该多个不重叠区域即为缺陷的初始区域。具体而言，超声探伤仪可以根据不同数据点的回波幅度确定扫描图像中的缺陷数据点(即回波幅度大于某一阈值的数据点)，随后可以根据各个缺陷数据点之间的位置关系，选取扫描图像中不同位置处的缺陷数据点作为样本数据点，并根据位置的不同对样本数据进行分组。将扫描图像中的其它数据点逐一与各个样本数据点进行比较，以确定与其最近的样本数据点，并将每个数据点和与其最近的样本数据点分到一组中，在完成扫描图像中全部数据点的分组后，按数据点的组别对扫描图像进行分割，从而将扫描图像分割成与缺陷个数相对应的多个不重叠区域。

最后，在各缺陷的初始区域中计算其最大回波幅度的数据点作为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。例如，假设某最大回波幅度的数据点的回波幅度为100％，可以根据-6dB法则(该判定法则可根据实际情况进行选择)，以该点位置为中心获取其临近的回波幅度超过50％的数据点组成的图像作为缺陷的最终区域，该最终区域的面积即是缺陷的面积，缺陷长度即为该最终区域内最远两个数据点的距离。

本发明上述技术方案能够一次性自动识别扫描图像中的多个缺陷，并确定每个缺陷的精确区域，从而提高了探伤检测的效率和精度。

在本发明一种可选实施方式中，在过滤掉闸门外的扫描图像后，所述方法还可以包括：继续过滤掉扫描图像中回波幅度低于第三预设百分比的数据点。例如，若图像以80％幅度基准做灵敏度校准和TCG修正，则可以根据-6dB法则(该判定法则可根据实际情况进行选择)，将扫描图像的数据点中回波幅度低于40％的图像数据过滤掉。

此外，现有的超声相控阵探伤方式还存在以下缺陷：现有探伤方式仅能从图像上肉眼查看缺陷位置，并且具体到缺陷的长度都是用手工通过测量线卡在图像上测量的，存在一定的误差。另外，现有的相控阵探伤方式仅可以通过调节查看某一线A型回波进行测量，但该方法每次仅能找到一个缺陷，无法一次性对所有缺陷进行测量。

为解决现有技术的上述缺陷，以能够对扫描图像完全自动化处理，自动计算出缺陷的面积和长度，在本发明一种可选实施方式中，所述方法还包括：计算缺陷的最终区域的面积以及最终区域内距离最远的两个数据点之间的长度，并以最终区域的面积作为该缺陷的面积，以最终区域内距离最远的两个数据点的长度作为该缺陷的长度。

具体地，图2A、2B、3A、3B、4A和4B示出了通过确认最终区域内距离最远的两个数据点的长度来确定缺陷长度的过程。如图2A和2B，图2B中是通过移动扫描线(图2B中扇形区域中的射线)找到扫描图像上最大回波幅度的数据点位置，从其对应的曲线图图2A可以知道该位置缺陷的波幅高度H为101％。图3B是通过移动扫描线向上找到其波幅下降一半(-6dB)的幅度点位置，从图3A上可以知道该位置缺陷的波幅高度H为52％，该位置的缺陷深度MD1为44.29mm。图4B是通过移动扫描线向下找到其波幅下降一半(-6dB)的幅度点位置，从图4A上可以知道该位置缺陷的波幅高度H为49％，该位置的缺陷深度MD2为48.50mm，从而可以计算得到该缺陷长度△MD为4.22mm。另外，在通过本发明实施方式确定缺陷的精确区域后，根据缺陷区域得到该区域的面积值可以通过多种已知算法实现，因此于此不再赘述。

图5是本发明一种可选实施方式提供的待测客体的模拟图。如图5所示，在本发明一种可选实施方式中，还可以预先生成待测客体的模拟图，随后基于声线反射原理，将扫描图像中的缺陷的最终区域内的数据点转换至待测客体的模拟图中的对应位置，然后根据缺陷的长度确定该缺陷的级别，并在模拟图上通过不同的符号对不同级别的缺陷进行标记。具体地，本发明实施方式在每个缺陷的初始区域范围内搜索其回波幅度最高的数据点，根据该点获取缺陷的最终区域，根据声线反射原理，将该最终区域转换成待测客体模拟图中的相应的位置，计算该缺陷的长度，在模拟图上的相应位置上标记缺陷。其中，图5所示的为钢轨的模拟图，如图5，当待测客体为钢轨时，缺陷标记的标准可以根据《铁路线路修理规则》规定执行，特重伤用红色▲▲▲标识，重伤用红色△△△标识，发展伤用橙色△△标识，轻伤用黄色△标识。

在本发明一种可选实施方式中，所述超声波探伤仪的探伤工艺可以包括：单探头探伤、双探头探伤和多探头探伤，所述方法还可以包括：在所述模拟图上，通过不同颜色对不同探伤工艺下确定的缺陷进行标记。本发明通过将不同探伤工艺确定的缺陷同时在钢轨模拟图上用不同颜色标识出来，可以知道钢轨中哪些缺陷为重复的缺陷，减少缺陷的重复判定。

在本发明上述实施方式具体实施时，以待测客体为钢轨为例，用户可以根据《TB/T2658.21-2007》将各待检测部位的相控阵工艺设置好。依次将探头摆放在各个工艺设置的位置，启动扫查，软件根据编码器采集图像，采集过程中依据超声波衰减原则、最邻近算法和《铁路线路修理规则》将缺陷自动识别并绘制在钢轨模拟视图(例如工型图和侧视图)。在使用探伤仪对新钢轨进行探伤检测时，由于不同工艺扫查出的缺陷在同一模拟视图上显示，因此需要将之前绘制的缺陷清除后再开始检测新的钢轨。

本发明上述技术方案能够对相控阵生成的线扫和扇扫图像进行缺陷判别，自动将扫描图像中的缺陷提取出来，根据声线在待测客体模型(例如钢轨模型)中的传播路径计算出缺陷位置和长度，同时在模拟图上自动标出缺陷位置和缺陷长度，根据缺陷的回波幅度及缺陷长度用不同的颜色和符号标明该缺陷为轻伤、发展伤还是重伤。

图6是本发明一种实施方式提供的超声波探伤仪的框图。如图6所示，本发明实施方式提供一种超声波探伤仪，用于确定待测客体中的缺陷，所述超声波探伤仪包括：探头10，用于发出超声波对所述待测客体进行扫描，并接收回波；图像生成单元20，用于基于所述回波生成所述待测客体的扫描图像；校准和修正单元30，用于以第一预设百分比的幅度基准对图像生成单元20生成的扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；闸门控制单元40，用于对闸门进行设置，并根据所述设置对经灵敏度校准和TCG修正后的扫描图像进行过滤，以过滤掉闸门外的扫描图像；分割单元50，用于根据最邻近算法对过滤后的扫描图像进行分割，以确定缺陷的初始区域和数量；确定单元60，用于以每个缺陷的初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。

在本发明一种可选实施方式中，所述超声波探伤仪还包括：过滤单元(图中未示出)，用于在过滤掉闸门外的扫描图像后，再过滤掉扫描图像中回波幅度低于第三预设百分比的数据点。

在本发明一种可选实施方式中，确定单元60还用于：计算缺陷的最终区域的面积以及最终区域内距离最远的两个数据点之间的长度；以最终区域的面积作为该缺陷的面积，以最终区域内距离最远的两个数据点的长度作为该缺陷的长度。具体地，本发明实施方式中，超声波探伤仪能够根据获取的扫描图像，依据超声波衰减原理对闸门宽度内的图像数据进行处理，并通过最邻近算法，将扫描图像上的各个缺陷分割开来，计算出缺陷的个数，并在各个缺陷的初始区域中获取最大回波幅度的数据点，在该数据点附近寻找其波幅降超过预设百分比的位置为缺陷边缘，从而计算缺陷的面积和长度。

在本发明一种可选实施方式中，超声波探伤仪还包括转换单元(图中未示出)和标记单元(图中未示出)。其中，转换单元用于基于声线反射原理，将缺陷的最终区域内的数据点转换至待测客体的模拟图中的对应位置；标记单元用于根据缺陷的长度确定该缺陷的级别，并在模拟图上通过不同的符号对不同级别的缺陷进行标记。

在本发明一种可选实施方式中，超声波探伤仪的探伤工艺包括以下一者或多者：单探头探伤、双探头探伤和多探头探伤。其中，标记单元还用于在模拟图上，通过不同颜色对不同探伤工艺下确定的缺陷进行标记。

本发明上述技术方案能够结合超声波衰减原理判断缺陷是否存在并将图像上几个缺陷分割开来，再根据-6dB法则将缺陷面积和长度计算出来，快速有效的记录缺陷个数。并且，本发明能够将不同探伤工艺的缺陷同时在钢轨模拟图上用不同颜色标识出来，可以知道钢轨中哪些缺陷为重复的缺陷，减少缺陷的重复判定。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种确定待测客体中缺陷的方法，该方法基于超声波探伤仪进行，其特征在于，所述超声波探伤仪能够发出超声波对所述待测客体进行扫描，并通过接收回波来生成所述待测客体的扫描图像，所述方法包括：

以第一预设百分比的幅度基准对所述扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；

根据所述超声探伤仪的闸门设置对经灵敏度校准和TCG修正后的所述扫描图像进行过滤，以过滤掉所述闸门外的所述扫描图像；

根据最邻近算法对过滤后的所述扫描图像进行分割，以确定所述缺陷的初始区域和数量；以及

以每个所述缺陷的初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在过滤掉所述闸门外的所述扫描图像后，所述方法还包括：

过滤掉所述扫描图像中回波幅度低于第三预设百分比的数据点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述缺陷的最终区域的面积以及所述最终区域内距离最远的两个数据点之间的长度；以及

以所述最终区域的面积作为该缺陷的面积，以所述最终区域内距离最远的两个数据点的长度作为该缺陷的长度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于声线反射原理，将所述缺陷的最终区域内的数据点转换至所述待测客体的模拟图中的对应位置；以及

根据所述缺陷的长度确定该缺陷的级别，并在所述模拟图上通过不同的符号对不同级别的缺陷进行标记。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述超声波探伤仪的探伤工艺包括以下一者或多者：单探头探伤、双探头探伤和多探头探伤，所述方法还包括：

在所述模拟图上，通过不同颜色对不同探伤工艺下确定的缺陷进行标记。

6.一种超声波探伤仪，用于确定待测客体中的缺陷，其特征在于，所述超声波探伤仪包括：

探头，用于发出超声波对所述待测客体进行扫描，并接收回波；

图像生成单元，用于基于所述回波生成所述待测客体的扫描图像；

校准和修正单元，用于以第一预设百分比的幅度基准对所述图像生成单元生成的所述扫描图像内的数据点进行灵敏度校准和TCG修正；

闸门控制单元，用于对闸门进行设置，并根据所述设置对经灵敏度校准和TCG修正后的所述扫描图像进行过滤，以过滤掉所述闸门外的所述扫描图像；

分割单元，用于根据最邻近算法对过滤后的所述扫描图像进行分割，以确定所述缺陷的初始区域和数量；以及

确定单元，用于以每个所述缺陷的初始区域内的回波幅度最大的数据点为中心点，选取该中心点和该中心点周围回波幅度大于该中心点回波幅度第二预设百分比的数据点的集合作为该缺陷的最终区域。

7.根据权利要求6所述的超声波探伤仪，其特征在于，所述超声波探伤仪还包括：

过滤单元，用于在过滤掉所述闸门外的所述扫描图像后，再过滤掉所述扫描图像中回波幅度低于第三预设百分比的数据点。

8.根据权利要求6所述的超声波探伤仪，其特征在于，所述确定单元还用于：

计算所述缺陷的最终区域的面积以及所述最终区域内距离最远的两个数据点之间的长度；以及

以所述最终区域的面积作为该缺陷的面积，以所述最终区域内距离最远的两个数据点的长度作为该缺陷的长度。

9.根据权利要求8所述的超声波探伤仪，其特征在于，所述超声波探伤仪还包括：

转换单元，用于基于声线反射原理，将所述缺陷的最终区域内的数据点转换至所述待测客体的模拟图中的对应位置；以及

标记单元，根据所述缺陷的长度确定该缺陷的级别，并在所述模拟图上通过不同的符号对不同级别的缺陷进行标记。

10.根据权利要求9所述的超声波探伤仪，其特征在于，所述超声波探伤仪的探伤工艺包括以下一者或多者：单探头探伤、双探头探伤和多探头探伤，所述标记单元还用于：

在所述模拟图上，通过不同颜色对不同探伤工艺下确定的缺陷进行标记。