基于虚拟仪器的超声成像软件设计及其在扁钢检测中的应用研究

发布时间：2017-09-19 11:09

  本文关键词：基于虚拟仪器的超声成像软件设计及其在扁钢检测中的应用研究

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【摘要】：弹簧扁钢是利用钢在淬火和回火状态下所具有的良好弹性而专门用于制造弹性元件的钢。弹簧扁钢是重要的工业用钢,广泛应用于航空、铁道车辆、汽车、摩托车等运输工具和其它工业产品上。弹簧扁钢在生产过程中会产生缺陷,如非金属夹杂物、裂纹、脱碳、组织结构不均匀等缺陷,这些缺陷对扁钢的疲劳性能影响很大。然而,目前对弹簧钢的无损检测方法还不成熟,主要采用破坏性的疲劳试验、金相试验和电解法对弹簧扁钢进行抽样检测,这些方法是破坏性的检测方法,其检测周期长、成本高、无法实现现场检测;且只能对少量产品的某个部位或某个切面进行检测,不能反映整块扁钢内部缺陷及组织结构分布情况。超声波传播特性有幅度、速度和衰减系数,本研究提出采用超声水浸C扫描检测方法并结合超声波传播特征对弹簧扁钢进行特征成像检测。该检测方法是无损检测,检测周期短、成本低,适合现场检测,且能实现对产品进行100%检测,成像结果能直观的反映整块扁钢内部缺陷及组织结构分布情况,为综合评价弹簧扁钢的质量提供了重要手段。然而,常用的商用超声无损检测设备一般只具有B扫和C扫成像功能,且大多是基于波形幅度的成像功能,这对于超声波传播特性的表达能力具有较大局限性。为了实现多种超声波传播特性的成像,更好的实现对弹簧扁钢进行综合超声成像检测,本研究采用虚拟仪器技术的模块化构建方式,设计了适用于弹簧扁钢组织结构与缺陷无损检测的成像分析软件,基于该软件开展了弹簧扁钢无损检测方法研究,主要研究内容包括:(1)基于超声传播特征参数的成像软件设计本研究开发了针对于弹簧扁钢内部缺陷及组织结构检测的超声特征成像软件,软件利用了超声波传播特性,如:幅度、速度、衰减系数,可实现B/C扫描成像、声速成像、衰减系数成像。基于幅度的C扫描成像可分析扁钢内部缺陷在扫描平面的分布情况并可测量缺陷尺寸,声速成像和衰减系数成像可得出扁钢内部组织结构均匀分布情况。(2)弹簧扁钢超声特征成像方法研究基于幅值C扫描成像检测的试验中,通过分析声束焦柱的直径对检测结果的影响,确定了C扫描图像中的缺陷边界,按缺陷直径方向幅度衰减至最高幅度的0.73倍确定缺陷边界(“红—蓝”边界)可准确测量缺陷尺寸。通过幅值C扫描成像检测方法对弹簧扁钢进行检测,试验结果表明,本研究设计的幅值成像软件可以直观的给出弹簧扁钢内部缺陷的分布,并且按“红—蓝”边界的测量方法可准确测量缺陷尺寸。通过声速和衰减系数成像检测方法对弹簧扁钢进行检测,试验结果表明,本研究设计的声速和衰减系数成像软件直观的给出扁钢内部组织结构不均匀分布情况。(3)三维成像软件设计及检测方法研究本研究开发了针对于弹簧扁钢内部缺陷检测的三维成像软件,该软件能够对多层C扫描数据进行重构,获得检测对象的三维内部结构图。在弹簧扁钢的三维成像的试验方法研究中,通过分析声束焦柱高度对检测结果的影响,确定了按声波幅度下降至最高幅度的90%测量的焦柱高度(5.9 mm)作为分层C扫描的扫描间隔。采用该扫描间隔对厚度为16mm的试样进行三次不同聚焦深度的C扫描检测,即可达到全厚度检测的目的,并利用本研究设计的三维成像软件对多层C扫描数据进行重构实现三维成像。试验结果表明,采用分层C扫描检测方法实现弹簧扁钢的全厚度检测,三维成像软件所得的三维内部结构图能够直观显示缺陷的三维空间分布。
【关键词】：弹簧扁钢 缺陷 超声波传播特性 C扫描 焦柱 三维成像 分层C扫描
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.285
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 弹簧扁钢无损检测技术现状11-16
• 1.1.1 弹簧扁钢概述11-13
• 1.1.2 缺陷的类型及特点13-14
• 1.1.3 无损检测技术现状14-16
• 1.2 基于虚拟仪器技术构建超声检测系统16-19
• 1.2.1 虚拟仪器的概念及优势16-17
• 1.2.2 采用虚拟仪器技术构建超声检测系统17-18
• 1.2.3 自主设计分析软件的优势18-19
• 1.3 主要研究内容及技术路线19-21
• 1.3.1 研究内容19
• 1.3.2 技术路线19-21
• 第2章 超声成像技术在扁钢检测中的应用21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 超声成像技术原理21-22
• 2.3 弹簧扁钢及其应用22-24
• 2.4 弹簧扁钢常见缺陷及检测方法24-28
• 2.4.1 弹簧扁钢常见缺陷及其形成原因24-27
• 2.4.2 弹簧扁钢常用的检测方法27-28
• 2.5 小结28-29
• 第3章 实验系统搭建及试验方法29-34
• 3.1 实验系统搭建29-31
• 3.2 试样制备31-32
• 3.3 试验方法32-33
• 3.4 小结33-34
• 第4章 弹簧扁钢二维特征成像软件设计及应用34-50
• 4.1 引言34
• 4.2 超声传播特征参数34-36
• 4.3 编程思路36-37
• 4.4 基于幅度的C扫描成像软件的设计及应用37-42
• 4.4.1 幅值成像软件的设计38-40
• 4.4.2 焦柱直径对检测结果的影响分析40-41
• 4.4.3 扁钢内部缺陷的C扫描成像41-42
• 4.5 声速、声衰减系数成像软件的设计及应用42-48
• 4.5.1 声速、声衰减系数成像软件的设计43-47
• 4.5.2 基于声速和声衰减的超声特征成像47-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第5章 弹簧扁钢三维层析成像软件设计及应用50-64
• 5.1 引言50
• 5.2 三维成像概述50-51
• 5.3 编程思路51-53
• 5.3.1 三维成像的层析数据采集方法51-52
• 5.3.2 编程方法52-53
• 5.4 三维层析成像软件的设计53-55
• 5.5 弹簧扁钢层析成像方法研究55-59
• 5.5.1 焦柱高度测量56-57
• 5.5.2 层析间隔分析与设置57-59
• 5.6 弹簧扁钢的三维层析成像检测59-62
• 5.6.1 对比试块的三维层析成像检测59-60
• 5.6.2 待测试样的三维层析成像检测60-62
• 5.7 本章小结62-64
• 第6章 结论64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况69-70
• 致谢70-71

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本文编号：881283