CN111929365B - 一种超声成像检测显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声成像检测显示方法。这种超声成像检测显示方法通过将一维线阵相控阵探头虚拟为二维阵列相控阵探头进行三维成像的过程，突破了原先单一的平面投影显示模式，实现了超声成像检测图像显示的革新，当检测存在多个缺陷分布的情况时，能够同时对这些缺陷进行3D成像重构，避免某些缺陷被其他缺陷的阻挡而无法全部显示出来，避免漏检。

Description

一种超声成像检测显示方法
技术领域
本发明涉及超声无损检测技术领域，特别涉及一种超声成像检测显示方法。
背景技术
目前，超声成像是用超声波获得物体可见图像的方法。由于超声波可以穿透很多不透光的物体，所以利用超声波可以获得这些物体内部结构声学特性的信息，超声成像技术将这些信息变成人眼可见的图像。物体的超声成像可提供直观大量的信息，直接显示物体内部情况，且可靠性、复现性高，可以对缺陷进行定量动态监控。目前，无损检测领域常用的超声成像检测显示方法包括B型投影显示、C型投影显示和D型投影显示。B型投影显示为工件端面投影图显示，即主视图，图像中横坐标表示扫描的宽度，纵坐标表示扫描的深度；C型投影显示为工件平面投影图显示，即俯视图，图像中横坐标表示平行线扫查移动的距离，纵坐标表示扫描的宽度；D型投影显示为工件侧面投影图显示，即侧视图，图像中横坐标表示平行线扫查移动的距离，纵坐标表示深度。然而，上述B型投影显示、C型投影显示与D型投影显示均为平面投影显示，当检测存在多个缺陷分布的情况时，同时对这些缺陷进行投影显示，容易造成某些缺陷被其他缺陷的阻挡而无法全部显示出来，不易观察，容易造成漏检。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种超声成像检测显示方法，这种超声成像检测显示方法能够在一维线阵相控阵探头的扫查基础上进行3D成像重构，避免某些缺陷被其他缺陷的阻挡而无法全部显示出来，避免漏检。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种超声成像检测显示方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）采用一维线阵相控阵探头在工件上进行扫查，一维线阵相控阵探头包括沿X方向线性排列的n个阵元，n≥2，各个阵元的有效激发宽度沿Y方向延伸；
（2）将每个阵元的振动虚拟为m个小阵元的振动的合成，m≥2，每个阵元虚拟为由m个沿Y方向排列的小阵元构成，步骤（1）中的一维线阵相控阵探头虚拟为n*m个小阵元构成的二维阵列相控阵探头；
（3）数据采集：在一维线阵相控阵探头的n个阵元中，任一阵元激发实际超声波，所有n个阵元均接收回波信号，获得n条A扫波形数据，依次历遍n个阵元的发射，获得n*n条A扫波形数据；
（4）数据扩展：按照步骤（2）的虚拟，在步骤（3）的数据采集中，任一阵元激发实际超声波是由m个小阵元发出的m个虚拟超声波合成，而接收回波的共有m*n个小阵元，则获得m*m*n条A扫波形数据；依次历遍n个阵元的发射，则获得m*m*n*n条A扫波形数据；
（5）图像重构显示：将步骤（4）中的m*m*n*n条A扫波形数据利用全聚焦成像算法进行3D成像重构并进行显示。
上述X方向与Y方向一般相垂直，当然也可以具有一夹角。
作为本发明的优选方案，所述步骤（2）中将整个阵元振动虚拟为若干个小阵元振动的合成，是根据惠更斯原理，每个完整阵元振动产生超声波的效果等效于将阵元细分成多个小阵元产生振动的叠加的原理得出的。
作为本发明的优选方案，所述步骤（4）中的m个小阵元发出的m个虚拟超声波，其中虚拟超声波的合成振幅与实际超声波的振幅相同。
上述步骤（5）中的全聚焦成像方法一般包括二维面阵换能器和嵌入式处理芯片，使用二维面阵换能器实时采集待测工件内部三维空间的全矩阵波形信号，并利用嵌入式处理芯片的高速并行运算能力，实现对待测工件的实时3D全聚焦成像检测。这种全聚焦成像方法具体可以采用专利申请号为CN201810128020.5的发明专利申请文件中记载的一种实时3D全聚焦相控阵超声成像方法。
作为本发明的优选方案，所述步骤（5）中的3D成像重构的图形类型为单幅3D图像或连续3D图像。
作为本发明进一步的优选方案，所述单幅3D图像为：当一维线阵相控阵探头定位在待测工件上的某个位置时，利用图像重构显示以获得当前位置的3D图像。这种超声成像检测显示方法突破了原先B型显示的平面投影显示模式，使一维线阵相控阵探头检测显示出来的图像具有立体效果。
作为本发明更进一步的优选方案，所述连续3D图像为：将所述单幅3D图像的长高宽分别设置为L×H×W，当沿直线方向移动一维线阵相控阵探头进行扫查时，通过位置传感器反馈的坐标，将多个单幅3D图像按扫查的方向依次进行叠加。叠加原理为根据扫查的长度将一个个单幅3D图像进行叠加，生成的连续3D图像能够进行旋转、平移和缩放等功能操作，实现待测工件内的目标缺陷点的全方位观察和测量。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
这种超声成像检测显示方法通过将一维线阵相控阵探头虚拟为二维阵列相控阵探头进行三维成像的过程，突破了原先单一的平面投影显示模式，实现了超声成像检测图像显示的革新，当检测存在多个缺陷分布的情况时，能够同时对这些缺陷进行3D成像重构，避免某些缺陷被其他缺陷的阻挡而无法全部显示出来，避免漏检，能够应用于无损检测领域。
附图说明
图1是本发明具体实施例中一维线阵相控阵探头的形式示意图；
图2是本发明具体实施例中二维阵列相控阵探头的形式示意图；
图3是本发明具体实施例中惠更斯原理小阵元产生振动叠加的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行具体描述。
本实施例中的超声成像检测显示方法，包括下述步骤：
（1）采用一维线阵相控阵探头在工件上进行扫查，一维线阵相控阵探头包括沿X方向线性排列的n个阵元，n≥2，各个阵元的有效激发宽度沿Y方向延伸；
（2）将每个阵元的振动虚拟为m个小阵元的振动的合成，m≥2，每个阵元虚拟为由m个沿Y方向排列的小阵元构成，步骤（1）中的一维线阵相控阵探头虚拟为n*m个小阵元构成的二维阵列相控阵探头；
（3）数据采集：在一维线阵相控阵探头的n个阵元中，任一阵元激发实际超声波，所有n个阵元均接收回波信号，获得n条A扫波形数据，依次历遍n个阵元的发射，获得n*n条A扫波形数据；
（4）数据扩展：按照步骤（2）的虚拟，在步骤（3）的数据采集中，任一阵元激发实际超声波是由m个小阵元发出的m个虚拟超声波合成，而接收回波的共有m*n个小阵元，则获得m*m*n条A扫波形数据；依次历遍n个阵元的发射，则获得m*m*n*n条A扫波形数据；
（5）图像重构显示：将步骤（4）中的m*m*n*n条A扫波形数据利用全聚焦成像算法进行3D成像重构并进行显示。
上述X方向与Y方向一般相垂直，当然也可以具有一夹角。
上述步骤（1）中的一维线阵相控阵探头一次激发阵元数的有效长度和宽度，如图1所示，其中：
A——相控阵探头激发阵元总数的有效长度；
g——相邻阵元之间的间隙；
e——阵元宽度；
n——激发阵元数量；
p——相邻两阵元中心线间距；
w——相控阵探头激发阵元数的有效宽度。
上述步骤（2）中虚拟的二维阵列相控阵探头一次激发阵元数的有效长度和宽度，如图2所示，其中：
A——相控阵探头激发阵元总数的有效长度；
g——相邻阵元之间的间隙；
e——阵元宽度；
n——激发阵元数量；
p——相邻两阵元中心线间距；
w——相控阵探头激发阵元数的有效宽度；
m——一个阵元虚拟为小阵元的数量。
步骤（2）中将整个阵元振动虚拟为若干个小阵元振动的合成，是根据惠更斯原理，每个完整阵元振动产生超声波的效果等效于将阵元细分成多个小阵元产生振动的叠加的原理得出的。上述惠更斯原理中记载的将阵元细分成多个小阵元产生振动的叠加的过程如图3所示。
步骤（4）中的m个小阵元发出的m个虚拟超声波，其中虚拟超声波的合成振幅与实际超声波的振幅相同。
上述步骤（5）中的全聚焦成像方法一般包括二维面阵换能器和嵌入式处理芯片，使用二维面阵换能器实时采集待测工件内部三维空间的全矩阵波形信号，并利用嵌入式处理芯片的高速并行运算能力，实现对待测工件的实时3D全聚焦成像检测。这种全聚焦成像方法具体可以采用专利申请号为CN201810128020.5的发明专利申请文件中记载的一种实时3D全聚焦相控阵超声成像方法。
步骤（5）中的3D成像重构的图形类型为单幅3D图像或连续3D图像。
单幅3D图像为：当一维线阵相控阵探头定位在待测工件上的某个位置时，利用图像重构显示以获得当前位置的3D图像。这种超声成像检测显示方法突破了原先B型显示的平面投影显示模式，使一维线阵相控阵探头检测显示出来的图像具有立体效果。
连续3D图像为：将所述单幅3D图像的长高宽分别设置为L×H×W，当沿直线方向移动一维线阵相控阵探头进行扫查时，通过位置传感器反馈的坐标，将多个单幅3D图像按扫查的方向依次进行叠加。叠加原理为根据扫查的长度将一个个单幅3D图像进行叠加，生成的连续3D图像能够进行旋转、平移和缩放等功能操作，实现待测工件内的目标缺陷点的全方位观察和测量。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超声成像检测显示方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）采用一维线阵相控阵探头在工件上进行扫查，一维线阵相控阵探头包括沿X方向线性排列的n个阵元，n≥2，各个阵元的有效激发宽度沿Y方向延伸；
（2）将每个阵元的振动虚拟为m个小阵元的振动的合成，m≥2，每个阵元虚拟为由m个沿Y方向排列的小阵元构成，步骤（1）中的一维线阵相控阵探头虚拟为n*m个小阵元构成的二维阵列相控阵探头；
（3）数据采集：在一维线阵相控阵探头的n个阵元中，任一阵元激发实际超声波，所有n个阵元均接收回波信号，获得n条A扫波形数据，依次历遍n个阵元的发射，获得n*n条A扫波形数据；
（4）数据扩展：按照步骤（2）的虚拟，在步骤（3）的数据采集中，任一阵元激发实际超声波是由m个小阵元发出的m个虚拟超声波合成，而接收回波的共有m*n个小阵元，则获得m*m*n条A扫波形数据；依次历遍n个阵元的发射，则获得m*m*n*n条A扫波形数据；
（5）图像重构显示：将步骤（4）中的m*m*n*n条A扫波形数据利用全聚焦成像算法进行3D成像重构并进行显示。
2.根据权利要求1所述的超声成像检测显示方法，其特征在于：所述步骤（2）中将整个阵元振动虚拟为若干个小阵元振动的合成，是根据惠更斯原理，每个完整阵元振动产生超声波的效果等效于将阵元细分成多个小阵元产生振动的叠加的原理得出的。
3.根据权利要求1所述的超声成像检测显示方法，其特征在于：所述步骤（4）中的m个小阵元发出的m个虚拟超声波，其中虚拟超声波的合成振幅与实际超声波的振幅相同。
4.根据权利要求1所述的超声成像检测显示方法，其特征在于：所述步骤（5）中的3D成像重构的图形类型为单幅3D图像或连续3D图像。
5.根据权利要求4所述的超声成像检测显示方法，其特征在于：所述单幅3D图像为：当一维线阵相控阵探头定位在待测工件上的某个位置时，利用图像重构显示以获得当前位置的3D图像。
6.根据权利要求4所述的超声成像检测显示方法，其特征在于：所述连续3D图像为：将所述单幅3D图像的长高宽分别设置为L×H×W，当沿直线方向移动一维线阵相控阵探头进行扫查时，通过位置传感器反馈的坐标，将多个单幅3D图像按扫查的方向依次进行叠加。
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