CN113720914B - 超声波探伤系统及超声波探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超声波探伤系统，属于超声波探测技术领域，包括区域模块和监测分析模块；区域模块用于对工件的表面进行区域划分，得到扫描区域和探伤区域；监测分析模块包含采集单元、处理单元、计算单元和分析单元，超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，得到包含若干个划分图像的分割集，对分割集进行预处理，得到包含待分析图像的扫描信息；计算获取待分析图像的扫分值并对其进行匹配分析；本发明还公开了超声波探伤方法；本发明用于解决现有方案中超声波探测前以及探测过程中没有对工件的光洁情况进行分析和提示，导致超声波探测的结果不精准的技术问题。

Description

超声波探伤系统及超声波探伤方法

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，具体涉及超声波探伤系统及超声波探伤方法。

背景技术

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波自零件表面由超声波探头通至金属内部，遇到缺陷以及零件底面时发生反射波，并在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

超声波探测的结果受主观影响较大，缺陷的发现及评定，仅凭借仪器显示的脉冲发射波形，而波形信号的高度、位置和数量等信息，又取决于探伤人员对超声波仪器的调节和判断；并且，通常随着工件光洁度的提高以及投入能量的增加，会使得缺陷检出的效果增加；但是现有的超声波探测前以及探测过程中，没有对工件表面的光洁情况进行监测分析，使得工件表面的异物对超声波探测的结果造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供超声波探伤系统及超声波探伤方法，解决以下技术问题：如何解决现有方案中超声波探测前以及探测过程中没有对工件的光洁情况进行分析和提示，导致超声波探测的结果不精准的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

超声波探伤系统，包括区域模块和监测分析模块；区域模块用于对工件的表面进行区域划分，得到扫描区域和探伤区域；

监测分析模块包含采集单元、处理单元、计算单元和分析单元，超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，得到包含若干个划分图像的分割集，对分割集进行预处理，得到包含待分析图像的扫描信息；

计算获取待分析图像的扫分值；对扫分值进行匹配分析，得到包含第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号的匹配结果；其中，第一匹配信号和第二匹配信号均表示探测的工件表面光洁情况为合格状态；第三匹配信号表示探测的工件表面光洁情况为不合格状态；

根据匹配结果对超声波探头的探测进行调整。

优选的，还包括提示模块和探伤模块，提示模块用于对探伤的环境进行提示和预警；探伤模块包含超声波探头，用于对工件进行超声波探测。

优选的，对工件的表面进行区域划分的具体步骤包括：

获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据预设的增量对探伤半径进行提升，得到正方形的扫描边长，根据扫描边长得到扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域，将扫描区域的左上顶点和右上顶点分别设定为第一调节点和第二调节点，将扫描区域的左下顶点和右下顶点分别设定为第三调节点和第四调节点。

优选的，对扫描区域进行数据采集和处理的具体步骤包括：

超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，得到包含若干个划分图像的分割集，对分割集进行预处理，得到包含待分析图像的扫描信息。

优选的，对扫描图像进行分割的具体步骤包括：

将扫描图像上探伤区域左端、右端、上端和下端的象限点分别设定为第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点，将第一定位点与第一调节点和第三调节点的中点进行连接并分割，将第二定位点与第二调节点和第四调节点的中点进行连接并分割，将第三定位点与第一调节点和第二调节点的中点进行连接并分割，将第四定位点与第三调节点和第四调节点的中点进行连接并分割，得到左上的第一划分图像、右上的第二划分图像、左下的第三划分图像、右下的第四划分图像和中间的第五划分图像，第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像、第四划分图像和第五划分图像按顺序排列组合得到分割集。

优选的，对分割集进行预处理的具体步骤包括：

通过图像处理算法获取分割集中若干个划分图像的颜色及其对应的面积，若划分图像中的颜色只有一种，则将该图像设定为高级图像，并将高级图像对应的区域设定为高级区域；若划分图像中的颜色至少有两种，则将该划分图像设定为待分析图像，并将待分析图像对应的区域设定为待分析区域；对待分析图像进行计算和分析。

优选的，对待分析图像进行计算的具体步骤包括：

统计待分析图像中不同颜色的数量并标记为C1；将待分析图像的面积标记为C2；将待分析图像中面积最大的颜色设定为标准色，并将标准色对应的面积设定为标准面积，并标记为C3；将其它颜色对应的面积设定为Di，i=1，2,3，...，n；将标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过公式

计算获取待分析图像的扫分值；其中，a1、a2和a3表示为不同的比例系数；对扫分值进行匹配分析，得到匹配结果。

优选的，对扫分值进行匹配分析的具体步骤包括：

将预设的扫分标准范围的最大值和最小值分别设定为S1和S2，将扫分值与预设的扫分标准范围进行匹配，若SF＞S1，则判定待分析图像对应的待分析区域符合探测的标准，且待分析区域的光洁情况为优秀状态，并生成第一匹配信号；若S1≥SF≥S2，则判定待分析图像对应的待分析区域符合探测的标准，且待分析区域的光洁情况为及格状态，并生成第二匹配信号；若SF＜S2，则判定待分析图像对应的待分析区域不符合探测的标准，并生成第三匹配信号；第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号构成匹配结果。

优选的，提示模块根据匹配结果中的第一匹配信号和第二匹配信号对探测的工件表面光洁情况进行合格提示；并根据匹配结果中的第三匹配预警对探测的工件表面光洁情况进行预警。

超声波探伤方法，具体的步骤包括：

获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据探伤半径获取扫描边长和扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域；

对扫描区域进行数据采集和处理，超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，得到包含若干个划分图像的分割集；

根据分割集中的若干个划分图像；并计算获取待分析图像的扫分值；对扫分值进行匹配分析，得到包含第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号的匹配结果；

根据匹配结果对超声波探头的探测进行提示以及预警和调整。

本发明的有益效果：

本发明中，对工件的表面进行区域划分，得到扫描区域和探伤区域，在进行超声波探测前，对扫描区域进行监测和分析，可以及时对不符合探测要求的工件表面进行预警，避免工件表面的异物对超声波的探测结果造成影响；通过扫分值获取杂质在工件表面的分布情况，对扫分值进行分析，进而可以获取到工件表面的扫描区域的光洁情况，在超声波探测过程中，可以对待探测的区域进行监测和分析，判定该区域能否继续探测；当待分析区域表面的光洁情况合格时，超声波探头的探测可以正常进行，当待分析区域表面的光洁情况不合格时，对超声波探头的探测进行预警并采取措施，从而可以提高超声波探测结果的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明超声波探伤系统的模块框图。

图2为本发明超声波探伤方法的流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本发明为超声波探伤系统，包括区域模块、监测分析模块、提示模块和探伤模块；区域模块用于对工件的表面进行区域划分，得到扫描区域和探伤区域，具体的步骤包括：

获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据预设的增量对探伤半径进行提升，得到正方形的扫描边长，其中，预设的增量可以为5cm，根据扫描边长得到扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域，将扫描区域的左上顶点和右上顶点分别设定为第一调节点和第二调节点，将扫描区域的左下顶点和右下顶点分别设定为第三调节点和第四调节点；其中，第一调节点和第二调节点以及第三调节点和第四调节点用于对后续采集的扫描图像进行分割，便于对扫描区域进行监测和分析；

本实施例中，通过对超声波探测的区域进行划分，得到扫描区域和探测区域，其中，扫描区域是在探测区域的基础上划分的，扫描区域的面积大于探测区域的面积，在进行超声波探测前，对探伤区域进行监测和分析，可以及时对不符合探测要求的工件表面进行预警，避免工件表面的异物对超声波的探测结果造成影响；探伤区域可以为圆形，扫描区域可以为正方形，且探伤区域位于扫描区域的正中心，探伤区域和扫描区域之间的区域为待分析区域，用于对工件表面的光洁情况进行监测和分析，在进行超声波探测过程中，对待分析区域进行监测和分析，当待分析区域表面的光洁情况为合格状态时，超声波探头的探测可以正常进行；当待分析区域表面的光洁情况为不合格状态时，对超声波探头的探测进行预警并采取措施，比如暂停探测操作，并对该待分析区域的表面进行清理，从而可以提高超声波探测结果的准确性。

监测分析模块包含采集单元、处理单元、计算单元和分析单元，对扫描区域进行数据采集和处理，得到包含待分析图像的扫描信息；

其中，超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，具体的步骤包括：

采集单元将扫描图像上探伤区域左端、右端、上端和下端的象限点分别设定为第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点，将第一定位点与第一调节点和第三调节点的中点进行连接并分割，将第二定位点与第二调节点和第四调节点的中点进行连接并分割，将第三定位点与第一调节点和第二调节点的中点进行连接并分割，将第四定位点与第三调节点和第四调节点的中点进行连接并分割，得到左上的第一划分图像、右上的第二划分图像、左下的第三划分图像、右下的第四划分图像和中间的第五划分图像，第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像、第四划分图像和第五划分图像按顺序排列组合得到分割集，第五划分图像对应的区域即为探伤区域；

本实施例中，通过对采集的扫描图像进行分割，便于对工件表面不同的区域进行监测以及提示和预警，超声波探测前，首先对分割的若干个图像进行分析，对第五划分图像进行分析，若探伤区域的光洁情况为合格状态，则可以对该探伤区域进行超声波探测，但不进行移动探测；若探伤区域的光洁情况为不合格状态，则不对该探伤区域进行超声波探测，并进行预警；对第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像和第四划分图像进行分析，若第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像和第四划分图像对应的区域的光洁情况均为合格状态，则可以进行移动探测，当第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像和第四划分图像中对应的区域的光洁情况存在不合格状态，则不对该区域进行移动探测，光洁情况是否合格根据扫分值的匹配情况来分析得到；其中，首先对第五划分图像进行监测分析来判断是否立即进行超声波探测，但超声波探头的移动，取决于第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像和第四划分图像中对应的区域的光洁情况是否合格。

对分割集进行预处理，得到包含待分析图像的扫描信息；具体的步骤包括：

处理单元通过图像处理算法获取分割集中若干个划分图像的颜色及其对应的面积，若划分图像中的颜色只有一种，则将该图像设定为高级图像，并将高级图像对应的区域设定为高级区域；若划分图像中的颜色至少有两种，则将该划分图像设定为待分析图像，并将待分析图像对应的区域设定为待分析区域；对待分析图像进行计算和分析；

本实施例中，图像处理算法可以为申请号CN201410841622.7的发明公开的算法，划分图像中的颜色只有一种表示对应的工件表面绝对光洁，即不存在任何异物，属于理想的情况，这里只是作为分析的一种情况来进行说明，而不作为实际操作的准则；划分图像中的颜色至少有两种，则判定对应的工件表面存在异物，而异物的颜色与工件表面的颜色相同的特殊情况，这里不做考虑；不同数量以及面积的异物对超声波探测结果的影响不同，因此需要进一步分析异物是否会造成影响，以便对超声波探测的运行进行提示或者预警。

其中，对待分析图像进行计算的具体步骤包括：

计算单元统计待分析图像中不同颜色的数量并标记为C1；将待分析图像的面积标记为C2；将待分析图像中面积最大的颜色设定为标准色，标准色即为工件表面的颜色，并将标准色对应的面积设定为标准面积，并标记为C3；将其它颜色对应的面积设定为Di，i=1，2,3，...，n；

将标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过公式

计算获取待分析图像的扫分值；其中，a1、a2和a3表示为不同的比例系数；对扫分值进行匹配分析，得到匹配结果；

对扫分值进行匹配分析的具体步骤包括：

分析单元将预设的扫分标准范围的最大值和最小值分别设定为S1和S2，将扫分值与预设的扫分标准范围进行匹配；

若SF＞S1，则判定待分析图像对应的待分析区域符合探测的标准，且待分析区域的光洁情况为优秀状态，并生成第一匹配信号；

若S1≥SF≥S2，则判定待分析图像对应的待分析区域符合探测的标准，且待分析区域的光洁情况为及格状态，并生成第二匹配信号；

若SF＜S2，则判定待分析图像对应的待分析区域不符合探测的标准，并生成第三匹配信号；

第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号构成匹配结果；

本实施例中，扫分值用来表示杂质在工件表面的分布情况，对扫分值进行分析，进而可以获取到工件表面的扫描区域的光洁情况，即在超声波探测过程中，可以对待探测的区域进行监测和分析，判定该区域能否继续探测，预设的扫分标准范围可以基于现有的超声波探测时受到杂质的数量以及面积之和来进行设定，例如，面积为25cm²内的区域内，杂质数量为10个或者杂质分布的面积和为1cm²的情况下会对超声波的探测造成影响；符合探测的标准还分为优秀状态和及格状态，在该状态下工件表面的杂质不会对超声波的探测造成影响，因此超声波探测过程中可以往该区域移动并探测；

提示模块用于对探伤的环境进行提示和预警；根据匹配结果中的第一匹配信号和第二匹配信号对探测的工件表面光洁情况进行合格提示；并根据匹配结果中的第三匹配预警对探测的工件表面光洁情况进行预警，并停止超声波探头继续移动；

探伤模块包含超声波探头，用于对工件进行超声波探测。

本发明中的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量的数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。

实施例二

请参阅图2，超声波探伤方法，具体的步骤包括：

步骤一：获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据预设的增量对探伤半径进行提升，得到正方形的扫描边长，根据扫描边长得到扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域，将扫描区域的左上顶点和右上顶点分别设定为第一调节点和第二调节点，将扫描区域的左下顶点和右下顶点分别设定为第三调节点和第四调节点；

步骤二：将扫描图像上探伤区域左端、右端、上端和下端的象限点分别设定为第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点，将第一定位点与第一调节点和第三调节点的中点进行连接并分割，将第二定位点与第二调节点和第四调节点的中点进行连接并分割，将第三定位点与第一调节点和第二调节点的中点进行连接并分割，将第四定位点与第三调节点和第四调节点的中点进行连接并分割，得到左上的第一划分图像、右上的第二划分图像、左下的第三划分图像、右下的第四划分图像和中间的第五划分图像，第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像、第四划分图像和第五划分图像按顺序排列组合得到分割集，第五划分图像对应的区域即为探伤区域；

步骤三：通过图像处理算法获取分割集中若干个划分图像的颜色及其对应的面积，若划分图像中的颜色只有一种，则将该图像设定为高级图像，并将高级图像对应的区域设定为高级区域；若划分图像中的颜色至少有两种，则将该划分图像设定为待分析图像，并将待分析图像对应的区域设定为待分析区域；对待分析图像进行计算和分析；

步骤四：统计待分析图像中不同颜色的数量，获取待分析图像的面积，将待分析图像中面积最大的颜色设定为标准色，并将标准色对应的面积设定为标准面积，获取其它颜色对应的面积和；计算获取待分析图像的扫分值；

步骤五：将扫分值与预设的扫分标准范围进行匹配；若扫分值大于扫分标准范围的最大值，则判定待分析图像对应的待分析区域符合探测的标准，且待分析区域的光洁情况为优秀状态，并生成第一匹配信号；若扫分值不大于扫分标准范围的最大值且不小于扫分标准范围的最小值，则判定待分析图像对应的待分析区域符合探测的标准，且待分析区域的光洁情况为及格状态，并生成第二匹配信号；若扫分值小于扫分标准范围的最小值，则判定待分析图像对应的待分析区域不符合探测的标准，并生成第三匹配信号；第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号构成匹配结果；

步骤六：根据匹配结果中的第一匹配信号和第二匹配信号对探测的工件表面光洁情况进行合格提示；并根据匹配结果中的第三匹配预警对探测的工件表面光洁情况进行预警，并停止超声波探头继续移动。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.超声波探伤系统，包括区域模块和监测分析模块，其特征在于，区域模块用于对工件的表面进行区域划分，得到扫描区域和探伤区域；

监测分析模块对扫描区域进行数据采集和处理；其中，超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，得到包含若干个划分图像的分割集，对分割集进行预处理，得到包含待分析图像的扫描信息；包括：

统计待分析图像中不同颜色的数量C1；获取待分析图像的面积C2；将待分析图像中面积最大的颜色设定为标准色，并将标准色对应的面积设定为标准面积C3；将其它颜色对应的面积设定为Di，i＝1，2，3，...，n；计算获取待分析图像的扫分值；通过公式

计算获取待分析图像的扫分值；其中，a1、a2和a3表示为不同的比例系数；对扫分值进行匹配分析，得到包含第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号的匹配结果；其中，第一匹配信号和第二匹配信号均表示探测的工件表面光洁情况为合格状态；第三匹配信号表示探测的工件表面光洁情况为不合格状态，扫分值用来表示杂质在工件表面的分布情况，对扫分值进行分析，进而可以获取到工件表面的扫描区域的光洁情况；

根据匹配结果对超声波探头的探测进行调整；

对工件的表面进行区域划分的具体步骤包括：获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据探伤半径获取正方形的扫描边长以及扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域，对扫描区域的四个顶点分别进行设定，得到第一调节点、第二调节点、第三调节点和第四调节点；

对扫描图像进行分割的具体步骤包括：根据扫描图像上探伤区域的四个象限点得到第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点，根据第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点以及第一调节点、第二调节点、第三调节点和第四调节点对扫描图像进行分割，得到第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像、第四划分图像和第五划分图像；

对分割集进行预处理的具体步骤包括：通过图像处理算法获取分割集中若干个划分图像的颜色及其对应的面积，若划分图像中的颜色至少有两种，则将该划分图像设定为待分析图像，并将待分析图像对应的区域设定为待分析区域；对待分析图像进行计算和分析；

对扫分值进行匹配分析的具体步骤包括：将预设的扫分标准范围的最大值和最小值分别设定为S1和S2，将扫分值与预设的扫分标准范围进行匹配，若SF＞S1，则生成第一匹配信号；若S1≥SF≥S2，则生成第二匹配信号；若SF＜S2，则生成第三匹配信号；第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号构成匹配结果。

2.根据权利要求1所述的超声波探伤系统，其特征在于，还包括提示模块和探伤模块，提示模块用于对探伤的环境进行提示和预警；探伤模块包含超声波探头，用于对工件进行超声波探测。

3.根据权利要求2所述的超声波探伤系统，其特征在于，提示模块根据匹配结果中的第一匹配信号和第二匹配信号对探测的工件表面光洁情况进行合格提示；并根据匹配结果中的第三匹配预警对探测的工件表面光洁情况进行预警。

4.超声波探伤方法，其特征在于，具体的步骤包括：获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据探伤半径获取扫描边长和扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域；

对扫描区域进行数据采集和处理，超声波探头对工件表面上的探伤区域进行探测前，获取扫描区域的扫描图像，对扫描图像进行分割，得到包含若干个划分图像的分割集；

根据分割集中的若干个划分图像的分割集；通过公式

计算获取待分析图像的扫分值，a1、a2和a3表示为不同的比例系数，C1表示为待分析图像中不同颜色的数量；C2表示为待分析图像的面积；C3表示为待分析图像中最大颜色对应的面积；Di表示为其它颜色对应的面积，扫分值用来表示杂质在工件表面的分布情况，对扫分值进行分析，进而可以获取到工件表面的扫描区域的光洁情况；

对扫分值进行匹配分析，得到包含第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号的匹配结果；

根据匹配结果对超声波探头的探测进行提示以及预警和调整；

对工件的表面进行区域划分的具体步骤包括：获取超声波探头工作时超声波的探伤面积，将工件表面上探伤面积对应的区域设定为探伤区域，根据探伤半径获取正方形的扫描边长以及扫描面积，将工件表面上扫描面积对应的区域设定为扫描区域，对扫描区域的四个顶点分别进行设定，得到第一调节点、第二调节点、第三调节点和第四调节点；

对扫描图像进行分割的具体步骤包括：根据扫描图像上探伤区域的四个象限点得到第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点，根据第一定位点、第二定位点、第三定位点和第四定位点以及第一调节点、第二调节点、第三调节点和第四调节点对扫描图像进行分割，得到第一划分图像、第二划分图像、第三划分图像、第四划分图像和第五划分图像；

对分割集进行预处理的具体步骤包括：通过图像处理算法获取分割集中若干个划分图像的颜色及其对应的面积，若划分图像中的颜色至少有两种，则将该划分图像设定为待分析图像，并将待分析图像对应的区域设定为待分析区域；对待分析图像进行计算和分析；

对扫分值进行匹配分析的具体步骤包括：将预设的扫分标准范围的最大值和最小值分别设定为S1和S2，将扫分值与预设的扫分标准范围进行匹配，若SF＞S1，则生成第一匹配信号；若S1≥SF≥S2，则生成第二匹配信号；若SF＜S2，则生成第三匹配信号；第一匹配信号、第二匹配信号和第三匹配信号构成匹配结果。

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