[发明专利]一种基于双自发自收相控阵探头的未知缺陷轮廓重建方法

说明书

一种基于双自发自收相控阵探头的未知缺陷轮廓重建方法，其属于无损检测技术领域。该方法采用由相控阵超声检测仪、两个相控阵探头和匹配楔块构成的检测系统，从待检测区域两侧分别采集全矩阵信号；针对各重建点，从两组全矩阵信号中分别选取具有最大声程的全跨模式进行不同模式波的扩散校正；最后实施延时叠加处理，并复合两侧具有最强响应的模式波，从而实现未知缺陷的轮廓重建与定量检测。该方法可重建先验未知的体积型缺陷，以及规则和不规则面积型缺陷轮廓，缺陷特征辨识直观，且定量检测精度较高，具有较好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于双自发自收相控阵探头的未知缺陷轮廓重建方法，其属于无损检测技术领域。

背景技术

结构缺陷主要包括面积型缺陷和体积型缺陷两类。其中，以裂纹为代表的面积型缺陷尖端应力集中，易发生扩展而造成构件断裂，是危害最大的缺陷。现有的无损检测方法中，射线检测对面积型缺陷不敏感，且难以给出缺陷深度信息。与之相比，超声检测灵敏度和穿透力较高，检测范围大，适合于面积型缺陷的检出和定量。

随着各类超声信号后处理技术的发展，可通过呈现缺陷轮廓特征，实现构件内部面积型缺陷和体积型缺陷的识别与定量。相比之下，面积型缺陷的轮廓特征较难以获得。目前，相控阵超声检测技术和常规全聚焦方法仅能给出取向与入射声束方向接近垂直的面积型缺陷轮廓。当缺陷取向不合适时，从图像中只能得到缺陷端点，有可能将其误判为多个体积型缺陷(Jin S J,et al.Simulation on qualitative detection of defects withmulti-mode total focusing method.Far East NDT New TechnologyApplicationForum 2018.Xiamen,China)。在此基础上，可结合不同声束路径下的模式波进行不同取向面积型缺陷的轮廓重建，但实际缺陷信息往往未知，难以确定最优模式波(Jin S J,etal.Comparison of morphology characterization for regular cracks with multi-mode total focusing method.Far East NDT New TechnologyApplication Forum2019.Qingdao,China)。因此，从不同模式波中选择能量最强信号实施复合处理，有助于获取先验未知面积型缺陷的轮廓特征(金士杰等.基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测.仪器仪表学报.2021,42(1):183-190)。需要指出的是，上述研究均是针对规则的面积型缺陷，而自然缺陷形态复杂，往往存在多面特征。利用一个相控阵探头进行全矩阵信号采集，并将不同模式波进行加和处理，可以大致判断缺陷分支特征和扩展趋势，但轮廓重建结果不完整(Han X L,et al.Combination of direct,half-skip and full-skip TFM tocharacterize multi-faceted crack.2015IEEE International Ultrasonics SymposiumProceedings)。同时，不同模式波的传播声程和扩散衰减不一致，导致合成图像中不同缺陷面的能量幅值一致性降低，不利于不同缺陷面轮廓的同时呈现。因此，有必要发展一种适合于先验未知缺陷的轮廓重建方法，以实现缺陷性质识别和准确定量、定位检测。

发明内容

本发明提供一种基于双自发自收相控阵探头的未知缺陷轮廓重建方法，其目的是针对先验未知缺陷轮廓重建困难的问题，利用两个对称布置的相控阵探头分别进行全矩阵数据采集，通过对被检区域逐点实施模式波扩散校正、延时叠加和复合成像，实现面积型和体积型缺陷的完整轮廓重建和定量检测。

本发明采用的技术方案是：采用由相控阵超声检测仪、两个相控阵探头和匹配楔块构成的检测系统，从待检测区域两侧分别采集全矩阵信号；针对各重建点，从两组全矩阵信号中分别选取具有最大声程的全跨模式进行不同模式波的扩散校正；最后实施延时叠加处理，并复合两侧具有最强响应的模式波，从而实现先验未知缺陷的轮廓重建与定量检测；所述方法采用下列步骤：

(a)检测参数确定