基于超声回波数据的缺陷重构方法研究

发布时间：2020-09-01 14:51

　　缺陷检测一直是现实生活生产中一个热门的话题,无论是在天然气、石油的管道检测还是轮船、汽车的零部件都离不开缺陷检测。目前在工业中应用最广泛的缺陷检测技术就是无损检测,而在无损检测技术中应用最广泛的检测方法就是超声检测法。它可以在不破坏被检测物体内部结构的情况下对工件进行探测,探测被检测物体内是否存在杂质、气泡、孔洞、裂纹等缺陷,让工作人员能更好的对产品的性能进行分析和改进,提高产品率,避免由于工件损坏而造成的经济损失和安全事故。目前利用超声波检测法对工件内部进行缺陷检测,可以有效的检测出工件内的缺陷信息。由于超声波声束扩散、角度增大导致随着声波传播距离的增加其指向性变差,严重影响工业检测中队缺陷的性能判定。本文主要针对这一问题,同时考虑到不同重构空间分辨率对缺陷重构的影响,从超声回波数据的特点出发,在缺陷重构中提出两种解决方案:点云法和面云法。前者是超声波在重构空间分辨率较高的情况下,对缺陷重构提出的基本解决方法,后者则是在其空间分辨率较低时,在面云法的基础上进一步考虑到缺陷面反射特性所采取的重构措施。面云法认为各个反射点来自不同入射波的反射是各向异性的,根据反射特性重构缺陷类型。两种方法通过对四种不同缺陷的模拟仿真,结合全矩阵捕获(FMC)方法获取超声回波数据,利用希尔伯特变换对回波信号进行处理和分析。通过对比三种不同超声回波数据的后期处理算法:平面B扫法、聚焦B扫法和总聚焦法(TFM),最终选择效果较佳的总聚焦法(TFM)对回波数据进行后期处理,最后在MATLAB中实现不同缺陷的点云分布。面云法还根据超声反射定律,进一步计算回波反射角的大小和主反射方向,该方法的难点是如何寻找主反射方向并发现其中的反射规律。最后根据角度和主反射方向并结合有限元分析思想在MATLAB中利用插值近似函数来表达所求曲面的位置方程实现不同缺陷曲面的重构。论文主要围绕超声波检验中缺陷的重构技术展开研究,在研究分析点云法的重构效果的基础上,提出了面云法重构方法。通过寻找缺陷的主反射面,基本上实现了在较粗的网格划分前提下获得较高重构分辨率。这对于提高检验质量和检验效率起着抛砖引玉的作用。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB55
【部分图文】：

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3图 1-2 脉冲反射的基本工作原理方框图透射法射法是超声检测领域中应用最早的一种检测方法[15]。顾名透过被检测物体的能量变化来进行缺陷判断。它需要在被检，一侧作为超声波的发射探头另一侧作为超声波的接收探被检测物体内不存在缺陷，则它的回波与脉冲反射法相同则遇到缺陷的超声波会发生衍射现象，即超声波能绕过缺会接收到的声能低于正常情况下接受到的声能或根本接收射法而言，该方法的检测精度较低，适用的范围仅限于对检件较薄的场合。超声透射法检测的示意图和回波图如图 1-

示意图,距离衰减,示意图

声强透射系数：21212(coscos)4coscos ZZZZTi (2-19)2.5 超声波声能衰减问题1）距离衰减问题超声波在物体中传播过程中，由于声波传播距离的增加，使声束扩散角内垂直单面积上的声能出现衰减现象。应用在实际工业检测中，表现为在有一个缺陷的被检测体中，超声探头在距离缺陷不同位置（距离）时，所采集到的回波信号不一样，对同个反射体会出现不同回波幅值，此即距离衰减，如图 2-3 所示。距离衰减是声波的物特性，大部分能量在介质中传播都会受到材料介质的吸收、反射、散射[1]等因素而减导致声波能量耗损。超声换能器 1 和超声换能器 2 接收到的回波信号幅值如图 2-4 所明显换能器 2 的缺陷幅值要大于换能器 1 所接收到的缺席幅值，这就出现了对同一个陷反射点不同距离会出现不同的回波强度。

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【参考文献】