[发明专利]一种基于相控超声波的缺陷分类方法

说明书

技术领域

本发明涉及相控超声波无损检测领域，尤其涉及一种基于相控超声波的缺陷分类方法。

背景技术

相控超声波成像技术在现代无损检测技术中，是一种令人瞩目的新技术，在无损缺陷探测领域具有光明的应用前景。传统的超声波检测方法，只能提供反映物体内部结构和物理性质的声学信息，不能提供直观的被检对象缺陷和内部结构的图像，所以传统超声波检测方法有很大的局限性。相控超声波成像技术提供的被检对象图像，可以作为材料性质和缺陷评价的依据，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在安全检测、核工业、航空工业等领域应用开来。

小波分析与傅里叶变换的频域分析方法不同，小波变换的时频窗在高频时自动变窄，在低频时又自动变宽，具有自动“聚焦”的功能，称为数字显微镜，所以，小波分析是一种信号和图像处理的好方法，广泛地应用于数值分析、电子工程、电气工程、通信工程和计算机工程等领域。

聚类分析是一种无监督学习的模式识别方法，它是将物理或抽象对象集合分组成为由类似对象组成的多个类的分析过程。聚类分析是按照某种距离算法对样本进行分类，欧式距离法就是其中一种常用的距离。聚类分析在计算机科学，统计学，生物学和经济学等领域应用广泛。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于相控超声波的缺陷分类方法。

一种基于相控超声波的缺陷分类方法的步骤如下：

步骤一：选择试块和楔块，对相控超声检测仪进行声速校准、楔块延时校准、灵敏度校准及编码器校准；

步骤二：利用相控超声检测仪分别对试块没有缺陷和有缺陷区域进行检测，分别采集试块没有缺陷区域的多张S扫描图，试块有缺陷区域的多张S扫描图，超声探头的扫描角度为30度-70度，聚焦深度100mm，抑制15%，增益-18dB；

步骤三：利用小波对试块没有缺陷和有缺陷区域的S扫描图进行三层小波分解，小波函数族的表达式如下：

式中，是小波函数的母小波函数，是由母小波函数平移和缩放构成的小波函数族，s为尺度因子，b为平移因子，通过对母小波函数平移与尺度缩放，使小波函数与分析对象在每一时刻逼近。采用sym4小波函数作为小波母函数，使用推荐参数alpha=1.5，对没有缺陷和有缺陷区域的S扫描图进行三层小波分解，并得到S扫描图的小波三层阈值；

步骤四：以试块没有缺陷和有缺陷区域S扫描图的小波各层阈值建立特征向量数据库X，用于缺陷分类，X的表达式如下：

式中，x_kp(k≤n，p≤3) 是数据库X中第k个S扫描图的第p层阈值；

步骤五：以特征向量数据库X为基础，利用欧式距离法对试块没有缺陷和有缺陷区域进行分类，特征向量数据库X中的样本x_i和x_j的距离可以用d_ij来表示，公式如下：

式中：x_ia和x_ja表示样本x_i和x_j在第a层的阈值。若样本间距离d_ij小于1.5，则被归为一类，样本间距离d_ij大于1.5，则被归为另一类。

本发明的有益效果：本发明在工业中应用广泛，结合相控超声波成像技术、小波变换、聚类分析能够实现试块缺陷的自动分类，且分类准确率达到100%，具有较高的应用价值。

附图说明

图1 是聚类分析效果图。

具体实施方式

一种基于相控超声波的缺陷分类方法包括以下步骤：

步骤一：选择试块(RB-2)和楔块(SA2-N55S)用于实验，相控超声探头中心频率5MHz，阵元数64；楔块的折射角度为55°, 使用交叉型网线连接相控超声检测仪和PC机；对相控超声检测仪进行声速校准、楔块延时校准、灵敏度校准及编码器校准，使用黄油作为探头和楔块之间的耦合剂，使用机油作为楔块和试块之间的耦合剂；