本發(fā)明設(shè)計(jì)缺陷定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是改進(jìn)了一種常規(guī)超聲不容易解決的小于半波長(zhǎng)微小缺陷以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)試件的后處理算法。

背景技術(shù)：

超聲相控陣技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)，特別是在核工業(yè)及航空工業(yè)等領(lǐng)域。如核電站主泵隔熱板的檢測(cè)；核廢料罐電子束環(huán)焊縫的全自動(dòng)檢測(cè)及薄鋁板摩擦焊縫熱疲勞裂紋的檢測(cè)。隨著超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)的不斷普及，使得成像算法的研究越來(lái)越得到廣泛的關(guān)注。其中HOMLES提出的全聚焦成像算法，使各陣元聲束在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的劃分的每一個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行聚焦，因此對(duì)于常規(guī)超聲相控陣不容易解決的小于半波長(zhǎng)的微小缺陷可以進(jìn)行高精度識(shí)別。全聚焦成像提供了幾種傳播模式(直接或間接成像)。對(duì)于傳統(tǒng)的全聚焦算法來(lái)說(shuō)，一般直接采用直接成像，而實(shí)際檢測(cè)中常常會(huì)由地面回波反射到缺陷上間接成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于全聚焦成像算法改進(jìn)邊緣缺陷檢測(cè)的方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于全聚焦成像算法改進(jìn)邊緣缺陷檢測(cè)的方法，包括以下步驟：

(1)采集超聲陣列全矩陣數(shù)據(jù)：依次激發(fā)超聲陣列探頭的N個(gè)陣元發(fā)射超聲波信號(hào)，每個(gè)陣元發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)，全部陣元同時(shí)接收超聲回波信號(hào)；將發(fā)射陣元i、接收陣元j采集的超聲回波信號(hào)記為S_ij(i＝1,2,…,N；j＝1,2,…,N)；

(2)劃分試塊的檢測(cè)區(qū)域，并將檢測(cè)區(qū)域離散化；根據(jù)超聲相控陣檢測(cè)的檢出率劃分聚焦點(diǎn)類型，對(duì)于檢出率高于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的聚焦點(diǎn)，執(zhí)行步驟3；對(duì)于檢出率低于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的聚焦點(diǎn)，執(zhí)行步驟4；

(3)建立二維直角坐標(biāo)系Oxz，坐標(biāo)原點(diǎn)O設(shè)置在楔塊下表面中心，利用延時(shí)規(guī)則將換能器中所有發(fā)射-接收陣元組合的超聲回波信號(hào)在該聚焦點(diǎn)疊加，獲得表征該聚焦點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的幅值I(x,z)；分別獲得被測(cè)區(qū)域內(nèi)每一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的幅值，完成整個(gè)被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的檢測(cè)，I(x,z)的表達(dá)式如下：

其中t_ij(x,z)為得到該幅值的延遲時(shí)間，包括從陣元i傳播到聚焦點(diǎn)P的時(shí)間，以及從聚焦點(diǎn)P傳播到陣元j的時(shí)間，具體如下：

式中，(x_i,0)、(x_j,0)分別為發(fā)射陣元和接收陣元的坐標(biāo)，c為超聲波在試塊中的傳播速度；

(4)建立二維直角坐標(biāo)系Oxz，坐標(biāo)原點(diǎn)O設(shè)置在楔塊下表面中心；根據(jù)擴(kuò)散衰減系數(shù)重新定義幅值強(qiáng)度；利用延時(shí)規(guī)則將所有可能間接傳播到聚焦點(diǎn)產(chǎn)生的幅值和直接傳播到聚集點(diǎn)產(chǎn)生的幅值進(jìn)行疊加，獲得表征該聚焦點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的幅值I(x,z)；分別獲得被測(cè)區(qū)域內(nèi)每一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的幅值，完成整個(gè)被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的檢測(cè)；

在直接傳播過(guò)程中傳播到聚焦點(diǎn)的擴(kuò)散衰減系數(shù)k_d：

在間接傳播過(guò)程中傳播到聚集點(diǎn)的擴(kuò)散衰減系數(shù)k_i：

其中，h為試塊的檢測(cè)厚度；

聚焦點(diǎn)(x,z)的幅值I(x,z)表示為：

其中，

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開(kāi)了一種基于全聚焦成像算法改進(jìn)邊緣缺陷檢測(cè)的方法，現(xiàn)在的全聚焦成像算法僅僅考慮當(dāng)陣列換能器的波之間發(fā)射到缺陷位置上，忽略了當(dāng)陣列換能器的波傳播到試塊底部，反射到缺陷上產(chǎn)生的回波信號(hào)，本發(fā)明在考慮到多模型的全聚焦算法的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)型的全聚焦成像算法，在考慮到波衰減的情況下，加進(jìn)了底面反射回波對(duì)缺陷成像的影響，本發(fā)明方法能更加精確的仿真真實(shí)超聲相控陣檢測(cè)，提高邊緣缺陷檢測(cè)的精確度。

附圖說(shuō)明

圖1為檢測(cè)區(qū)域離散化結(jié)果示意圖；

圖2為檢出率高于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的聚焦點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的幅值計(jì)算示意圖；

圖3為檢出率低于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的聚焦點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的幅值計(jì)算示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提出的一種基于全聚焦成像算法改進(jìn)邊緣缺陷檢測(cè)的方法，該方法包括以下步驟：

(1)采集超聲陣列全矩陣數(shù)據(jù)：依次激發(fā)超聲陣列探頭的N個(gè)陣元發(fā)射超聲波信號(hào)，每個(gè)陣元發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)，全部陣元同時(shí)接收超聲回波信號(hào)；將發(fā)射陣元i、接收陣元j采集的超聲回波信號(hào)記為S_ij(i＝1,2,…,N；j＝1,2,…,N)；S_ij是一組包含了每個(gè)時(shí)間采樣點(diǎn)接收信號(hào)的幅值的數(shù)據(jù)。

(2)劃分試塊的檢測(cè)區(qū)域，并將檢測(cè)區(qū)域離散化，以規(guī)則的矩形試塊為例，離散化結(jié)果如下圖1所示；根據(jù)超聲相控陣檢測(cè)的檢出率劃分聚焦點(diǎn)類型，對(duì)于檢出率高于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的聚焦點(diǎn)(位置在沒(méi)有用實(shí)線連接起來(lái)的中間區(qū)域)，執(zhí)行步驟3進(jìn)行更為精確的定位；對(duì)于檢出率低于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的聚焦點(diǎn)來(lái)說(shuō)(除最外側(cè)方框外，用方框框起來(lái)的位置)，受邊界回波的影響，執(zhí)行步驟4；檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可以選擇90％。

(3)如圖2所示，建立二維直角坐標(biāo)系Oxz，坐標(biāo)原點(diǎn)O設(shè)置在楔塊下表面中心，利用延時(shí)規(guī)則將換能器中所有發(fā)射-接收陣元組合的超聲回波信號(hào)在該聚焦點(diǎn)疊加，獲得表征該聚焦點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的幅值I(x,z)；分別獲得被測(cè)區(qū)域內(nèi)每一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的幅值，完成整個(gè)被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的檢測(cè)，I(x,z)的表達(dá)式如下：

其中t_ij(x,z)為得到該幅值的延遲時(shí)間，包括從陣元i傳播到聚焦點(diǎn)P的時(shí)間，以及從聚焦點(diǎn)P傳播到陣元j的時(shí)間，具體如下：

式中，(x_i,0)、(x_j,0)分別為發(fā)射陣元和接收陣元的坐標(biāo)，c為超聲波在試塊中的傳播速度；

(4)針對(duì)圖1所示，用矩形框框起來(lái)的聚焦點(diǎn)來(lái)說(shuō)，考慮到實(shí)際檢測(cè)中常常會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的全聚焦模型，除了直接傳播到P點(diǎn)的波，一部分波會(huì)直接傳播到試塊底部，再反射回來(lái)，所以對(duì)于傳統(tǒng)的全聚焦來(lái)說(shuō)，缺少了這一部分的值。但直接傳播和間接傳播，波衰減程度不一致，所以擴(kuò)散衰減系數(shù)在區(qū)分這兩部所得到的幅值，起到了重要作用。

如圖3所示，建立二維直角坐標(biāo)系Oxz，坐標(biāo)原點(diǎn)O設(shè)置在楔塊下表面中心；根據(jù)擴(kuò)散衰減系數(shù)重新定義幅值強(qiáng)度；利用延時(shí)規(guī)則將所有可能間接傳播到聚焦點(diǎn)產(chǎn)生的幅值和直接傳播到聚集點(diǎn)產(chǎn)生的幅值進(jìn)行疊加，獲得表征該聚焦點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的幅值I(x,z)；分別獲得被測(cè)區(qū)域內(nèi)每一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的幅值，完成整個(gè)被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的檢測(cè)。

在單一介質(zhì)的二維模型中，使用距離平方根的反比來(lái)表示擴(kuò)散衰減系數(shù)，故在直接傳播過(guò)程中傳播到聚焦點(diǎn)的擴(kuò)散衰減系數(shù)k_d：

在間接傳播過(guò)程中傳播到聚集點(diǎn)的擴(kuò)散衰減系數(shù)k_i：

其中，h為試塊的檢測(cè)厚度；

聚焦點(diǎn)(x,z)的幅值I(x,z)表示為：

其中，