[发明专利]一种基于复合模式全聚焦的裂纹形貌重建方法

说明书

一种基于复合模式全聚焦的裂纹形貌重建方法，其属于无损检测技术领域。该方法采用相控阵超声检测仪、相控阵超声探头和倾斜楔块构成的相控阵超声检测系统，利用相控阵全矩阵捕捉模块采集包括21种模式波的A扫描信号矩阵；基于费马定理，计算21种模式波在楔块与被检试块界面处的折射点位置，得到被检区域内每种模式波的幅值信号；针对每一个重建点从上述21种模式波中选择能量最强信号；最后，通过复合叠加实现不同取向裂纹的形貌重建。该方法能够利用一套探头楔块组合，通过一次信号采集实现不同取向裂纹形貌重建，进而对裂纹长度、深度和取向精确定量；该方法可嵌入到探伤仪中，实现未知取向裂纹检出与定量，具有较高工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于复合模式全聚焦的裂纹形貌重建方法，其属于无损检测技术领域。

背景技术

裂纹定量、定位和定取向是无损检测领域始终关注的问题。常规相控阵超声检测技术具有对面积型缺陷敏感、成像检测结果显示直观、缺陷定量与定位准确等优点，被广泛用于裂纹检测。然而，常规相控阵超声技术仅能呈现裂纹端点特征，成像结果受裂纹取向影响，不能给出裂纹完整形貌信息，甚至可能引起缺陷性质误判，导致缺陷危害程度估计不足。

为解决上述问题，国内外学者结合成像处理技术改善图像质量，力求直观、全面和准确地呈现裂纹形貌特征信息。逆时偏移成像可以获得裂纹近似形貌，但方法适用性受噪声影响较大，且计算效率偏低。全聚焦方法利用相控阵超声各阵元依次激励声波，且所有阵元同时接收回波信号，以获得包含被检裂纹信息的全矩阵数据。该方法可以提升成像分辨力和信噪比，但不能完整表征裂纹形貌。在此基础上，考虑直接、半跨和全跨模式，共存在21种模式波。对于特定取向裂纹，可从上述21种模式波中选取指向性最好的一种进行延时叠加成像，从而给出该裂纹形貌特征。这种方法称为多模式全聚焦方法，其适用范围受楔块角度与裂纹取向的相对关系影响，每种模式波可表征的裂纹取向范围不超过20°。特别是待测缺陷取向未知时，难以明确成像所用模式波类型，检测效率和可靠性降低。

发明内容

本发明提供一种基于复合模式全聚焦的裂纹形貌重建方法，其目的是针对裂纹形貌完整表征困难、可能引起缺陷性质误判的问题，利用相控阵超声检测仪的全矩阵捕捉功能配合倾斜楔块采集A扫描信号矩阵，并对被检区域逐点进行21种模式波中能量最强信号的复合叠加，实现不同取向裂纹的完整形貌表征。

本发明采用的技术方案是：采用由相控阵超声检测仪、相控阵超声探头和倾斜楔块构成的检测系统，采集包括21种模式波的A扫描信号矩阵；基于费马定理，计算21种模式波在楔块与被检试块界面处的折射点位置，得到被检区域内每种模式波的幅值信号；针对每一个重建点，从上述21种模式波中选择能量最强信号；最后，通过复合叠加实现不同取向裂纹的形貌重建；所述方法采用下列步骤：

(a)相控阵超声检测参数选择

根据被检试块的材料、形状和尺寸信息选取相控阵超声检测参数，参数包括相控阵超声探头频率、阵元数量以及楔块型号；

(b)A扫描信号矩阵采集

基于选定的相控阵超声检测参数，利用相控阵超声检测仪全矩阵捕捉功能一次采集包括不同模式波的A扫描信号矩阵，并以txt格式保存；对于一个阵元数为n的相控阵探头，A扫描信号数量为n²；

(c)坐标系建立及图像重建区域网格划分

以楔块和被检试块界面为x轴，探头第一阵元中心位置到x轴的投影点为坐标原点，楔块前沿方向为x轴正向，试块深度方向为y轴正向建立坐标系，将被检区域划分成M×N个矩形网格，网格节点即为各图像重建点；

(d)模式波种类确定