[发明专利]一种多界面粘接质量超声检测装置及方法

权利要求书

1.一种多界面粘接质量超声检测装置，其特征在于：包括多模超声探测单元、自动扫查单元和计算机，所述多模超声探测单元用于向工件发送超声波，并采集工件反射回的超声波信号，所述自动扫查单元用于带动工件旋转和带动多模超声探测单元进行轴向移动，从而实现对工件全面的扫查，所述计算机用于控制自动扫查单元的工作，通过超声采集卡对多模超声探头采集的超声波信号进行接收，并对其进行处理和成像。

2.根据权利要求1所述的一种多界面粘接质量超声检测装置，其特征在于：所述多模超声探测单元包括探头盒和位于探头盒中心的纵波探头，在所述纵波探头的左右两侧对称设置有横波探头，左右两个横波探头构成横波检测组合，在所述纵波探头的前后两侧对称设置有板波探头，前后两个板波探头构成板波检测组合，所述横波探头和板波探头均为倾斜设置，所述纵波探头、两个横波探头和两个板波探头的交叉点汇集于一点，所述纵波探头、横波探头和板波探头均安装在探头盒内。

3.根据权利要求1所述的一种多界面粘接质量超声检测装置，其特征在于：所述自动扫查单元包括工件支撑旋转结构和轴向移动结构，所述工件支撑旋转结构用于带动工件进行旋转，所述轴向移动结构用于带动多模超声探测单元进行轴向移动。

4.利用权利要求1所述装置的一种多界面粘接质量超声检测方法，其特征在于：主要包括如下步骤：

1)通过多模超声探测单元向工件某一圆周截面K中的某一点J同时发射纵波、横波和板波，并采集相应的纵波数字信号s(n)、横波数字信号h(n)和板波数字信号b(n)，其中n为采样点数，随即通过计算机分别对纵波数字信号s(n)、横波数字信号h(n)和板波数字信号b(n)进行信号处理，主要有以下步骤：

a)对纵波数字信号s(n)进行信号处理，首先生成大小为r(r＝2N+1，r≤n,N为正整数)的一维滤波信号模板A＝{a₁,a₂,…a_p,…a_r},其中(p＝1,2,…r),μ代表一维滤波信号模板A的均值，δ代表一维滤波信号模板A的标准差，将一维滤波信号模板A覆盖于纵波数字信号s(n)上，并从前往后依次滑动，当一维滤波信号模板A完全位于纵波数字信号s(n)范围内时，取出一维滤波信号模板A所覆盖的纵波信号序列S_i＝{s₁,s₂…s_i,…s_r}，si表示所覆盖的纵波信号序列中心的纵波信号幅度值，使用s_I’替换纵波信号序列S_i中的s_i，其中s_I’＝S_i×A’，从而实现对纵波数字信号s(n)的更新，随后一维滤波信号模板A依次向后滑动，对每个纵波信号幅度值进行更新，直至一维滤波信号模板A边缘超出纵波数字信号s(n)范围，最终得到信号处理后的纵波数字信号s(n)；

b)对横波数字信号h(n)进行信号处理，定义一个长度为L₁的横波窗口，L₁＝2D+1，D为正整数，L₁≤n,位于横波窗口内的横波信号序列为h(1)，…，h(D+1)，…，h(2D+1)，其中h(D+1)为位于横波窗口中心的横波信号幅度值，将横波窗口置于横波数字信号h(n)的上方，并从前往后依次滑动，当横波窗口完全位于横波数字信号h(n)的范围内时，开始对h(D+1)进行处理，具体的处理方法为：将横波窗口内的横波信号幅度值按从小到大的顺序排列，用顺序排列后得到的中位值代替原有的h(D+1)，实现横波数字信号h(n)的更新，处理完毕后，横波窗口依次向后滑动，对每个横波信号幅度值进行更新，直至横波窗口边缘超出横波数字信号h(n)的范围，最终得到信号处理后的横波数字信号h(n)；

c)对板波数字信号b(n)进行信号处理，定义一个长度为L₂的板波窗口，L₂＝2E+1，E为正整数，L₂≤n,板波窗口内的板波数字信号幅度值为b(1)，…，b(E+1)，…，b(2E+1)，其中b(E+1)为位于板波窗口中心的板波信号幅度值，将板波窗口置于板波数字信号b(n)的上方，并从前往后依次滑动，当板波窗口完全位于板波数字信号b(n)的范围内时，开始对b(E+1)进行处理，具体的处理方法为：将板波窗口内的板波信号幅度值求取平均值，用平均值代替原有的b(E+1)，实现板波数字信号b(n)的更新，处理完毕后，板波窗口依次向后滑动，对每个板波信号幅度值进行更新，直至板波窗口边缘超出板波数字信号b(n)的范围，最终得到信号处理后的板波数字信号b(n)；

2)对信号处理后的的纵波数字信号s(n)截取有效区间，求取这一区间的纵波回波信号积分幅度特征值S_K,J、对信号处理后的横波数字信号h(n)截取有效区间，求取这一区间的横波回波信号积分幅度特征值H_K,J，对信号处理后的板波数字信号b(n)截取有效区间，求取这一区间的板波回波信号积分幅度特征值B_K,J；

3)通过计算机向自动扫查单元发送相应的指令，工件支撑旋转结构带动工件开始旋转，同时轴向移动结构带动多模超声探测单元进行轴向移动，同时重复步骤1)和步骤2)，直至得出所有位置的纵波回波信号积分幅度特征值S_K,J，横波回波信号积分幅度特征值H_K,J和板波回波信号积分幅度特征值B_K,J，最后按照检测位置，重构出完整的纵波检测结果矩阵S、横波检测结果矩阵H和板波检测结果矩阵B；根据粘接良好回波信号积分幅度特征值A₁与脱粘回波信号积分幅度特征值A₂确定判定值，T＝CA₁+FA₂,其中C、F为调节系数，范围为0-1，通过调节相应的系数，分别得到相应纵波、横波和板波信号工件粘接情况的判别值T₁、T₂和T₃，将S、H和B中的元素分别与相应的判别值进行比较，并进行阈值分割后得到新的结果矩阵S₁、H₁和B₁；

4)对H₁与B₁对应的元素进行与操作后得到二界面结果矩阵H₂,对H₁与B₁对应的元素进行异或操作得到三界面结果矩阵B₂,对结果矩阵S₁进行二值化成像，得到一界面粘接质量检测图、对结果矩阵H₂进行二值化成像，得到二界面粘接质量检测图，对结果矩阵B₂进行二值化成像，得到三界面粘接质量检测图。