[发明专利]一种基于斜入射的超声相控阵焊缝缺陷检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种用于焊缝检测的超声相控阵检测方法。

背景技术

传统超声焊缝检测时，一般需要移动换能器探头才能有效地进行缺陷检查，这要求探头移动区的表面粗糙度要理想；同时，由于入射角度过于垂直，使用波束垂直入射到试块表面时，只能检测到离试块检测面一定距离的缺陷，存在检测盲区。

现有技术中很少出现针对焊缝缺陷合成孔径成像中信号合成方式的优化，对比文件(201510219036.3)通过基于扫描坐标点的插值权重系数寻找采样点，但对信号获取后的信号合成相关计算并无研究。

另外，传统的合成孔径聚焦算法虽然通用性好，但具体运用往往存在瑕疵，比如，运算量较大，成像效果一般，分辨率偏低。

发明内容

本发明针对传统超声波无损检测存在的问题，提供一种成像质量更好，分辨率更高的超声相控阵检测方法。

本发明的技术方案是，提供一种基于斜入射的超声相控阵焊缝缺陷检测方法，其特征在于：所述焊缝缺陷检测方法包括超声相控阵检测系统和超声相控阵检测步骤，所述超声相控阵检测系统包括超声相控阵信号采集系统、超声相控阵换能器探头、有一定倾斜角度的有机玻璃楔块、连接有机玻璃楔块和试块表面以减少声波散射的水溶剂、连接相控阵超声换能器探头和有机玻璃楔块以减少声波散射的特殊耦合剂及用于计算超声相控阵信号采集系统数据的计算机，所述超声相控阵检测步骤为以下四个步骤：

(a)根据被检测焊缝试块的尺寸、材料、声波传播速度、焊缝缺陷范围选择合适的超声相控阵检测系统相关参数，该相关参数包含相控阵换能器的孔径大小、探头的频率、超声相控阵阵元宽度及间距、楔块斜楔角、晶片阵元的激发法则；

(b)根据超声相控阵系统相关参数确定相控阵探头在试块上放置的位置，激发超声相控阵阵元，通过信号采集系统收集回波信号；

(c)将收集的回波信号进行A/D转换，然后进行适当延时，再通过计算得到权重系数和累加信号；

(d)将回波信号和权重系数进行信号累加，得到成像图。

近一步地，在步骤(b)中超声相控阵换能器探头放置在一定角度的斜楔块上，而斜楔块放置在试块表面上。

进一步地，步骤(b)中的水溶剂为水，特殊耦合剂为机油、甘油和煤油中的一种

更近一步地，在步骤(b)中，采用多阵元合成孔径聚焦法则激励阵元，选用四组阵元同时发射、接收声波，得到回波信号：

其中S(t)为接收到的阵元信号，N为阵元数目，r为成像点距孔径中心距离，v为声波传播速度，t_n可近似表示为x_n为发射孔径距孔径中心的距离，θ为成像点与扫面线垂直的平面偏转角。

更近一步地，在步骤(c)中，适当延时的整数部分使用采样时间的位移得到，小数部分使用均匀采样的插修值法得到，插值法输出结果为：

S′[n]＝S[n]+a(S[n+1]-S[n])，

其中S[n]和S[n+1]都是数字阵列中的数字信号，S′[n]为S[n]和S[n+1]之间的插值信号，系数a为与采样频率有关的数据。

更近一步地，步骤(c)中的延时信号获得后，权重系数的输出结果为：

其中

S_delayed为延时信号，t为时间，为频率响应，j是虚数，k是空间频率指数，i是部分区域线性扫描次数，N是总线性扫描次数，M₀为低频范围指数。

再近一步地，在步骤(d)中，通过计算机对步骤(b)的回波信号和步骤(c)的权重系数进行信号累加并到成像图：

S_W＝ER(t)·S_SAFT(t)。

本发明的有益效果包括以下几点：

1、这种基于斜入射的超声相控阵焊缝检测方法利用有一定倾斜角度的楔块，超声波在接触面发生折射和波型转换，能够更好地检测缺陷，换能器探头小范围移动，就能够检测到试块更深部位，增大了波束覆盖范围，减小了检测盲区；

2、多阵元发射与多阵元接收同时进行的电子扫查功能可以提高检测鲁棒性和分辨率并可明显改善远场区的成像质量；

3、传统的合成孔径聚焦技术存在信噪比低、计算量大、旁瓣高、伪像等问题，本发明采用自适应权重加权处理可抑制旁瓣，提高成像分辨率，进一步提高缺陷检出率。

附图说明