曲面构件相控阵超声成像检测技术研究

发布时间：2017-07-07 16:21

  本文关键词：曲面构件相控阵超声成像检测技术研究

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【摘要】：曲面构件已在航天航空、交通运输、电力、医疗器械等行业的关键部件得到广泛应用,超声无损检测对提高其制造质量及服役安全具有重要意义。由于曲面构件几何形状复杂,如何实现对曲面构件的缺陷进行定量及定性分析,成为近年来研究热点。超声相控阵技术通过控制延时时间实现灵活的声束控制,具有声束可达性好、检测效率高等优点。本文针对曲面构件超声相控阵检测时存在的成像质量低、缺陷提取及量化困难等问题,开展了成像参数优化及缺陷提取量化等技术研究。第一章阐述了论文背景及意义,从曲面构件的检测方法、超声相控阵技术、曲面构件声场仿真等方面分析了国内外研究现状及存在问题。引出论文研究内容及章节安排。第二章研究了超声相控阵基本原理及关键技术。阐述了超声相控阵及声束控制的基础原理,分析了超声相控阵偏转与聚焦模型,推导了声束控制延时时间的计算方法,为研究超声相控阵曲面构件待测区域聚焦及偏转扫查奠定了基础。第三章为解决超声相控阵检测成像质量低等问题,研究了超声相控阵换能器辐射声场原理及特性,分析了换能器辐射声场中阵元数、中心轴线处声压特性、界面情况及脉冲宽度等声场特性参数对检测成像质量的影响。并基于时域有限差分法运用WAVE2000软件对曲面构件相控阵声场进行了仿真,并通过采集聚焦点处声压幅值系统分析了阵元数、阵元间距及阵元宽度等几何参数对成像质量影响,获得了参数优化结果。第四章针对理论分析结果,通过控制变量法对轮辋试块及RB-3试块进行超声相控阵检测,得到了超声相控阵检测参数及其他因素对轮辋试块检测成像质量的影响规律。第五章针对检测成像质量低、缺陷提取及量化困难的问题,提出了迭代法与数学形态学相结合提取缺陷的图像处理方法,并与传统迭代法、Otsu法、Bernsen法进行对比,研究了各种方法在不同检测孔径下提取的缺陷面积、周长及长短轴等缺陷特征值。结果显示迭代法与数学形态学相结合具有更好的缺陷提取效果及量化精度,且增加换能器孔径尺寸能降低缺陷量化的相对误差。最后对全文工作进行总结,并对后期研究进行了展望。
【关键词】：曲面构件 超声相控阵技术 参数优化 图像处理
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB553
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 相关文献综述11-16
• 1.2.1 曲面构件无损检测技术11-13
• 1.2.2 超声相控阵检测技术研究现状13-15
• 1.2.3 超声波声场模拟研究现状15-16
• 1.3 论文研究背景及意义16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-18
• 第二章 超声相控阵检测技术基础18-24
• 2.1 超声相控阵原理18-21
• 2.1.1 超声相控阵发射与接收18-19
• 2.1.2 聚焦扫查方式19-21
• 2.2 超声相控阵声束控制21-23
• 2.2.1 声束偏转21-22
• 2.2.2 声束聚焦22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 曲面构件超声相控阵检测声场分析24-41
• 3.1 超声相控阵换能器辐射声场原理及特征24-25
• 3.2 超声相控阵换能器指向性25-28
• 3.3 超声相控阵声场分析28-33
• 3.3.1 超声相控阵声场特性28-30
• 3.3.2 曲界面及耦合情况30-31
• 3.3.3 超声相控阵聚焦特性31-32
• 3.3.4 阵元激发脉冲宽度32-33
• 3.4 曲面构件声场仿真33-39
• 3.4.1 超声有限差分法基础33-34
• 3.4.2 曲面构件延时计算34-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 曲面构件超声相控阵检测实验分析41-50
• 4.1 超声相控阵检测实验系统组成41-42
• 4.2 超声相控阵检测参数对成像影响实验42-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 曲面构件超声相控阵检测图像缺陷提取及量化50-64
• 5.1 超声相控阵检测图像预处理50-51
• 5.2 超声相控阵检测图像二值化处理51-53
• 5.2.1 全局阈值法52
• 5.2.2 局部阈值法52-53
• 5.3 算法分析及缺陷提取原理53-58
• 5.3.1 Otsu算法分析53-54
• 5.3.2 迭代法分析54-55
• 5.3.3 Bernsen算法分析55-57
• 5.3.4 迭代法与数学形态学相结合57-58
• 5.4 缺陷特征参数提取58-59
• 5.5 实验结果分析59-62
• 5.6 本章小结62-64
• 结论与展望64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 附录A（攻读学位期间取得研究成果）73-74
• 附录B（攻读学位期间参与的课题项目）74

【参考文献】

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1 胡宏伟;王哲;倪培君;王向红;;超声相控阵检测成像质量影响因素实验分析[J];兵器材料科学与工程;2015年02期

2 喻飞;吴文焘;李平;;楔块中脉冲声场及相控阵成像自检研究[J];应用声学;2014年06期

3 李海森;鲁东;周天;;基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法[J];振动与冲击;2014年03期

4 余亮;陈玉华;黄春平;戈军委;柯黎明;;搅拌摩擦焊焊缝缺陷的超声相控阵检测技术[J];焊接学报;2014年01期

5 郭宏川;;超声相控阵技术在小曲率锻件超声检测上的应用[J];石油和化工设备;2013年12期

6 王平;邹强鑫;王林泓;王思奇;;一种融合动态孔径的聚焦延迟参数压缩方法[J];仪器仪表学报;2013年09期

7 刘松平;刘菲菲;史俊伟;李乐刚;白金鹏;刘勋丰;;复合材料冲击损伤高分辨率超声成像检测与损伤行为分析[J];机械工程学报;2013年22期

8 田云飞;曹宗杰;;红外检测在老龄飞机蒙皮搭接结构腐蚀检测中的应用分析[J];飞机设计;2013年03期

9 张元良;张洪潮;赵嘉旭;周志民;王金龙;;高端机械装备再制造无损检测综述[J];机械工程学报;2013年07期

10 郑阳;何存富;吴斌;周进节;;采用超声导波阵列技术研究板类结构大面积检测[J];声学学报;2013年01期

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本文编号：530949