CN111624262B - 一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，包括：步骤一、左相控阵超声探头和右相控阵超声探头与工控机相连；初始参数设置，在工控机上分别形成焊缝的左、右超声扇扫图像；步骤二、工控机根据被测物体厚度H将超声扇扫图像的被测焊缝进行闸门分区；步骤三、不同的分区设置不同的超声波能量值X；步骤四、开始探伤检测，相控阵超声探头根据每个分区的不同的超声波能量值执行超声波探伤，在工控机上生成探伤的A扫曲线、超声检测带状曲线、C扫曲线和S扫曲线；步骤五、将超声检测带状曲线和C扫曲线进行合并，一一对应，得出焊缝缺陷准确信息。基于扇扫图像进行分区，采用相对简单实用的修正方法起到了满意的效果，能够准确得出焊缝缺陷的位置。

Description

一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法
技术领域
本发明涉及探伤检测技术领域，特别涉及一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法。
背景技术
超声相控阵技术已有近20多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域,医学超声成像中用相控阵换能器快速移动声束对被检器官成像；大功率超声利用其可控聚焦特性局部升温热疗治癌,使目标组织升温并减少非目标组织的功率吸收。最初,系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展,超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测,特别是在核工业及航空工业等领域。用相控阵探头对焊缝进行检测时，无需像普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后左右移动，而相控阵探头沿着焊缝长度方向平行于焊缝进行直线扫查，对焊接接头进行全体积检测。该扫查方式可借助于装有阵列探头的机械扫查器沿着精确定位的轨道滑动完成，也采用手动方式完成，可实现快速检测，检测效率非常高。
传统工业相控阵定量方法不具有角度、声程、晶片增益修正技术，多晶片探头通过楔块入射到工件内部时存在入射点漂移现象和能量分布变化。采用单一入射点校准方式与常规距离-波幅曲线修正，造成的扇形扫查区域中能量分布不均匀及测量误差等问题未能有效解决。而ISONIC-UPA相控阵设备具有角度补偿功能，能有效地解决此类问题。而上述的角度补偿及校准修正过程复杂。
在相控阵探伤的国产化应用过程中，我们发现沿着焊缝的厚度方向，在扇扫图像上设置闸门分区，不同分区设置不同的能量值，能够消除相控阵探伤的检测误差，不用复杂的算法，我们采用相对简单实用的修正方法起到了满意的效果，能够准确得出焊缝缺陷的位置。
发明内容
为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，1)基于扇扫图像进行闸门分区，采用相对简单实用的修正方法起到了满意的效果，能够准确得出焊缝缺陷的位置；2)将超声检测带状曲线和C扫曲线进行合并，能够让检测人员直观的查出缺陷的准确位置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，包括如下步骤：
步骤一、左相控阵超声探头和右相控阵超声探头与工控机相连；初始参数设置，在工控机上分别形成焊缝的左、右超声扇扫图像；
步骤二、工控机根据被测物体厚度H将超声扇扫图像的被测焊缝进行闸门分区；
步骤三、不同的分区设置不同的超声波能量值X；
步骤四、开始探伤检测，相控阵超声探头根据每个分区的不同的超声波能量值执行超声波探伤，在工控机上生成探伤的A扫曲线、超声检测带状曲线、C扫曲线和S扫曲线；
步骤五、将超声检测带状曲线和C扫曲线进行合并，一一对应，得出焊缝缺陷准确信息。
进一步地，所述的闸门是指相控阵超声波的回波抓取范围；所述的步骤二的闸门分区具体为：被测物体厚度H即反映了一个焊缝的厚度h，当：
1)被测物体厚度H为(≤6mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上只有一个区，不进行分区(虚线框为分区框，区框内包括前后焊缝的重叠部分)；
2)被测物体厚度H为(6mm-12mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成两个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；
3)被测物体厚度H为(12mm-20mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成三个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
4)被测物体厚度H为(20mm-30mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成四个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
5)被测物体厚度H为(30mm-40mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成五个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；
6)被测物体厚度H为(40mm-50mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成六个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
以上分区中：左相控阵超声探头和右相控阵超声探头各自分区，分区方式相同。
进一步地，还包括：
1)当分成2个区时，两个区由上至下分别位于全壁厚的0％～65％位置区、65％～100％位置区，含重叠部分；
2)当分成3个区时，三个区由上至下分别位于全壁厚的0％～45％位置区、40％～60％位置区、55％～100％位置区；
3)当分成4个区时，4个区由上至下分别位于全壁厚的0％～35％位置区、30％～55％位置区、45％～70％位置区、65％～100％位置区；
4)当分成5个区时，5个区由上至下分别位于全壁厚的0％～25％位置区、20％～45％位置区、40％～60％位置区、55％～85％位置区、80％～100％位置区；
5)当分成6个区时，6个区由上至下分别位于全壁厚的0％～25％位置区、20％～45％位置区、40％～55％位置区、45％～60％位置区、55％～80％位置区、75％～100％位置区；
以上分区占比均包含相邻区的重叠部分。
进一步地，所述的步骤三具体为：
1)当分成2个区时，X1>X2；
2)当分成3个区时，X2>X1>X3；
3)当分成4个区时，X2>X1>X3>X4；
4)当分成5个区时，X3>X2>X1>X4>X5；
5)当分成6个区时，X3>X2>X1>X4>X5>X6。
原理为：同一个探头，同一个位置，用不同的角度、声程对焊缝100％检测，因角度、声程不同，回波能量值不同，声程越短，回波能量值越高。
当分区数量大于2个时，超声波能量值X以中心区为最大，其次为上层区域，最后为下层区域为原则，具体为：X1～X6分别为从上至下的第1层至第六层的能量值。
进一步地，每个区的超声波能量值X的设置还与被测物体的材质相关，根据不同的材质调整能量值X。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)基于扇扫图像进行分区，采用根据焊缝厚度进行扇扫区焊缝上、中、下分区并根据不同的分区设置不同能量值的方法，能够准确得出焊缝缺陷的位置，实用效果很好；
2)将超声检测带状曲线和C扫曲线进行合并，能够让检测人员直观的查出缺陷的准确位置。
附图说明
图1是一种应用相控阵超声探头自动探伤设备的控制系统的实施例图；
图2是本发明的探伤检测方法的分区实施例一图；
图3是本发明的探伤方法的分区实施例二图；
图4是本发明的探伤方法的分区实施例三图；
图5是本发明的探伤方法的分区实施例四图；
图6是本发明的探伤方法的分区实施例五图；
图7是本发明的探伤方法的分区实施例六图；
图8是本发明的探伤方法的A扫图；
图9是本发明的探伤方法的超声检测带状曲线图；
图10是本发明的探伤方法的C扫图；
图11是本发明的探伤方法的S扫图；
图12是本发明的超声检测带状曲线+C扫合并图；
图13是未分区的探伤检测结果图；
图14是本发明实施例的扇扫分区后的检测结果图(上分区部分)；
图15是本发明实施例的扇扫分区后的检测结果图(下分区部分)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，是一种应用相控阵超声探头自动探伤设备的控制系统的实施例，包括左相控阵超声探头、右相控阵超声探头、参数设置系统和工控机；左相控阵超声探头、右相控阵超声探头、参数设置系统(人机界面)与工控机相连；左相控阵超声探头、右相控阵超声探头安装在机械臂上，由机械臂伺服驱动系统驱动，对被测物体的焊缝进行探伤。
一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，左相控阵超声探头和右相控阵超声探头在工控机上分别形成焊缝的超声扇扫图像，工控机通过参数设置得出厚度H：包括被测物体的板厚或管壁厚度；根据输入被测物体厚度H将超声扇扫图像的被测焊缝进行分区，不同的分区设置不同的超声波能量值X。
具体包括如下步骤：
步骤一、左相控阵超声探头和右相控阵超声探头与工控机相连；初始参数设置，在工控机上分别形成焊缝的左、右超声扇扫图像；
步骤二、工控机根据被测物体厚度H将超声扇扫图像的被测焊缝进行闸门分区；
步骤三、不同的分区设置不同的超声波能量值X；
步骤四、开始探伤检测，相控阵超声探头根据每个分区的不同的超声波能量值执行超声波探伤，在工控机上生成探伤的A扫曲线、超声检测带状曲线、C扫曲线和S扫曲线；
步骤五、将超声检测带状曲线和C扫曲线进行合并，一一对应，得出焊缝缺陷准确信息。
所述的闸门是指相控阵超声波的回波抓取范围；所述的步骤二的闸门分区具体为：被测物体厚度H即反映了一个焊缝的厚度h，当：
1)被测物体厚度H为(≤6mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上只有一个区，不进行分区(虚线框为分区框，区框内包括前后焊缝的重叠部分)；
2)被测物体厚度H为(6mm-12mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成两个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；
3)被测物体厚度H为(12mm-20mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成三个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
4)被测物体厚度H为(20mm-30mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成四个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
5)被测物体厚度H为(30mm-40mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成五个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；
6)被测物体厚度H为(40mm-50mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成六个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
以上分区中：左相控阵超声探头和右相控阵超声探头各自分区，分区方式相同。超声波能量值X为：
1)当分成2个区时，X1>X2；
2)当分成3个区时，X2>X1>X3；
3)当分成4个区时，X2>X1>X3>X4；
4)当分成5个区时，X3>X2>X1>X4>X5；
5)当分成6个区时，X3>X2>X1>X4>X5>X6。
原理为：同一个探头，同一个位置，用不同的角度、声程对焊缝100％检测，因角度、声程不同，回波能量值不同，声程越短，回波能量值越高。
当分区数量大于2个时，超声波能量值X以中心区为最大，其次为上层区域，最后为下层区域为原则，具体为：X1～X6分别为从上至下的第1层至第六层的能量值。
每个区的超声波能量值X的设置还与被测物体的材质相关，根据不同的材质调整能量值X。
具体实施例1
见图2，被测物体厚度H即反映了一个焊缝的厚度h，被测物体厚度H为(≤6mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上只有一个区，不进行分区(虚线框为分区框，区框内包括前后焊缝的重叠部分)。
具体实施例2
见图3，被测物体厚度H为(6mm-12mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成两个区：1区和2区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；两个区各自占65％。第一个区能量值：X1＝43db；第二个区能量值：X2＝32db。
具体实施例3
见图4，被测物体厚度H为(12mm-18mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成三个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；当分成3个区时，三个区由上至下分别位于全壁厚的0％～45％位置区、40％～60％位置区、55％～100％位置区，含重叠部分。第一个区能量值：X1＝30-35db；第二个区能量值：X2＝32-45db，第三个区能量值：X3＝27-33db。具体实施例4
见图5，被测物体厚度H为(18mm-24mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成四个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；当分成4个区时，4个区由上至下分别位于全壁厚的0％～35％位置区、30％～55％位置区、45％～70％位置区、65％～100％位置区，含重叠部分。第一个区能量值：X1＝35-42db；第二个区能量值：X2＝38-45db，第三个区能量值：X3＝32-40db，第四个区能量值：X4＝27-34db。
具体实施例5
见图6，被测物体厚度H为(24mm-32mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成五个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；当分成5个区时，5个区由上至下分别位于全壁厚的0％～25％位置区、20％～45％位置区、40％～60％位置区、55％～85％位置区、80％～100％位置区，含重叠部分；第一个区能量值：X1＝32-39围db；第二个区能量值：X2＝37-42db，第三个区能量值：X3＝41-52db，第四个区能量值：X4＝30-38db，第五个区能量值：X5＝27-32db。
具体实施例6
见图7，被测物体厚度H为(32mm-42mm]时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成六个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；当分成6个区时，6个区由上至下分别位于全壁厚的0％～25％位置区、20％～45％位置区、40％～55％位置区、45％～60％位置区、55％～80％位置区、75％～100％位置区，含重叠部分；第一个区能量值：X1＝33-41db；第二个区能量值：X2＝37-48db，第三个区能量值：X3＝41-50db，第四个区能量值：X4＝30-39db，第五个区能量值：X5＝28-35db，第六个区能量值：X6＝25-32db。
每个区的超声波能量值X的设置还与被测物体的材质相关，根据不同的材质调整能量值X。
见图8-11，分别是本发明实施例形成的A扫曲线、超声检测带状曲线、C扫曲线和S扫曲线图，超声检测带状曲线中，红色的是缺陷报警部分，但是这种显示波形是动态的，很难准确抓住缺陷的准确位置。见图12的下图是与C扫合并后的超声检测带状曲线图(上图是同位置的C扫图)，虽然从图片上看与图9没什么区别，但是这张图是静态的，能够与C扫的缺陷位置准确对应，能够让检测人员直观的查出缺陷的准确位置。
如图13所示，是未分区的探伤检测结果图；图14是本发明实施例的扇扫分区后的检测结果图(上分区部分)；图15是本发明实施例的扇扫分区后的检测结果图(下分区部分)，对比可见，分区前很难识别缺陷的种类、位置、当量，误报率特高，检出率极低；分区后，清晰识别缺陷的种类、位置、当量信息，误报率0，检出率100％。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (3)

1.一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、左相控阵超声探头和右相控阵超声探头与工控机相连；初始参数设置，在工控机上分别形成焊缝的左、右超声扇扫图像；
步骤二、工控机根据被测物体厚度H将超声扇扫图像的被测焊缝进行闸门分区；
步骤三、不同的分区设置不同的超声波能量值X；
步骤四、开始探伤检测，相控阵超声探头根据每个分区的不同的超声波能量值执行超声波探伤，在工控机上生成探伤的A扫曲线、超声检测带状曲线、C扫曲线和S扫曲线；
步骤五、将超声检测带状曲线和C扫曲线进行合并，一一对应，得出焊缝缺陷准确信息；
所述的闸门是指相控阵超声波的回波抓取范围；所述的步骤二的闸门分区具体为：被测物体厚度H即反映了一个焊缝的厚度h，当：
1）被测物体厚度H为≤6mm时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上只有一个区，不进行分区；
2）被测物体厚度H为6mm-12mm时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成两个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；
3）被测物体厚度H为12 mm-20mm时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成三个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
4）被测物体厚度H为20mm-30mm时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成四个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
5）被测物体厚度H为30mm-40mm时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成五个区，并且两个区之间的相邻部分留有重叠部分；
6）被测物体厚度H为40mm-50mm时，在扇扫图像的一个被测焊缝厚度上由上至下分成六个区，并且每两个相邻区之间的相邻部分留有重叠部分；
以上分区中：左相控阵超声探头和右相控阵超声探头各自分区，分区方式相同；
所述的步骤三具体为：
当分区数量大于2个时，超声波能量值X以中心区为最大，其次为上层区域，最后为下层区域为原则，具体为：X1~X6分别为从上至下的第1层至第六层的能量值；
1）当分成2个区时，X1>X2；
2）当分成3个区时，X2>X1>X3；
3）当分成4个区时，X2>X1>X3>X4；
4）当分成5个区时，X3>X2>X1>X4>X5；
5）当分成6个区时，X3>X2>X1>X4>X5>X6。
2.根据权利要求1所述的一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，其特征在于，还包括：
1）当分成2个区时，两个区由上至下分别位于全壁厚的0%~65%位置区、35%~100%位置区，含重叠部分；
2）当分成3个区时，三个区由上至下分别位于全壁厚的0%~45%位置区、40%~60%位置区、55%~100%位置区；
3）当分成4个区时，4个区由上至下分别位于全壁厚的0%~35%位置区、30%~55%位置区、45%~70%位置区、65%~100%位置区；
4）当分成5个区时，5个区由上至下分别位于全壁厚的0%~25%位置区、20%~45%位置区、40%~60%位置区、55%~85%位置区、80%~100%位置区；
5）当分成6个区时，6个区由上至下分别位于全壁厚的0%~25%位置区、20%~45%位置区、40%~55%位置区、45%~60%位置区、55%~80%位置区、75%~100%位置区；
以上分区占比均包含相邻区的重叠部分。
3.根据权利要求1所述的一种基于相控阵超声扇扫分区的探伤检测方法，其特征在于，每个区的超声波能量值X的设置还与被测物体的材质相关，根据不同的材质调整能量值X。
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