一種基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法
2023-10-09 10:53:54 2
專利名稱：一種基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲檢測掃查路徑的優化方法，特別適用於有限空間下在役結構件的三維多變斷面的自動超聲檢測。
背景技術：
超聲波檢測以其對裂紋類缺陷敏感，對人體和環境無影響 ' 且成本低、方便快捷的特點被廣泛應用於航空航天、水利電力及核電站等工業設備的質量控制與安全檢測方面。在超聲檢查的實施過程中，探頭掃查路徑設計是影響檢測效率和檢出能力的關鍵。一種好的掃查路徑設計在保證超聲束覆蓋所有可能缺陷的同時，儘可能縮短探頭行走路徑以儘量減少進行數據採集和數據分析的工作量。傳統超聲檢測探頭掃查方式的設計是將探頭髮射的超聲波近似為一根主聲線，將探頭位置的改變而形成的主聲線移動範圍看作是發射聲場覆蓋範圍，並以此確定探頭在二維平面的行走路徑和步長。然而，由於探頭髮射的超聲波為具有一定擴散角的聲束，採用聲線近似法必然造成對不必要範圍的掃查和較小的掃查步長，效率較低。近年來，隨著超聲仿真技術的發展，超聲探頭髮射聲場計算分析軟體不斷出現。通過發射聲場覆蓋來確定探頭的掃查路徑在一定程度上提高了檢測效率。然而，對於複雜空間結構的檢測，為了減小漏檢的可能性，盲目的擴大掃查範圍，又降低了超聲檢測效率，所以一直都存在檢測能力和檢測效率難以兼顧的問題。隨著檢測自動化程度的不斷提高，對超聲檢測探頭掃查路徑的設計提出了更高的要求。另外，相控陣超聲檢測技術的發展，使得在不移動相控陣超聲探頭的情況下，通過控制組成所述相控陣超聲探頭的晶片的發射時間即可實現在相控陣超聲探頭長度方向的大範圍掃查，從而有望將常規超聲檢測所需要的二維掃查面減少到一維掃查。因此有必要建立一套科學的路徑優化設計方法，滿足相控陣超聲自動化檢測的要求，從而大大提高檢測系統的工作效率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提出一種相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，通過優化相控陣超聲探頭的掃查路徑，在保證檢測能力的前提下，簡化掃查路徑，從而提高檢測效率。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下:一種基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，包括如下步驟:SI根據待檢工件易出現缺陷的位置的分布特點，將待檢工件劃分成N個檢測區塊，使每個檢測區塊Fi (i e N)自身的厚度近似不變；S2尋找超聲掃查探頭在各檢測區塊上的最佳掃查點；S3連接各檢測區塊上的最佳掃查點得到一條優化的掃查路徑。本發明將待檢工件劃分成若干個檢測區塊，每個檢測區塊自身厚度近似不變，再將各個檢測區塊的缺陷檢出率和工藝分開考慮，這樣，在待檢工件的三維多變斷面上的檢測工藝就被簡化為在多個厚度相對均勻的檢測區塊上的檢測工藝，有利於簡化工藝設計。本發明步驟S2可通過下述步驟實現:S2.1根據待檢工件的歷史檢測數據和受力分析結果，綜合得到檢測區塊Fi上易出現的缺陷的參數信息，包括缺陷的深度值、偏轉角度和高度值，並進行數據統計得到各參數的分布規律，如為平均分布，呈正態分布等；S2.2利用隨機數生成原理，生成η個缺陷深度值Di (i e n), m個缺陷偏轉角度值Qi (i e m)，並設置z個不同的缺陷 高度值Hi (i e z)，上述各參數值均符合相應的參數分布規律，建立對應檢測區塊Fi的缺陷隨機參數數組M[z] [n] [m],缺陷隨機參數數組M中各參數的排列順序沒有限制；S2.3確定探頭在檢測區塊Fi上完成檢測所需要移動的範圍T ；S2.4得到探頭在上述移動範圍T內以步長λ進行掃查時，在各掃查點處對應於缺陷隨機參數數組M的缺陷回波幅值數組Ep j表示步長數；S2.5根據缺陷隨機參數數組M中記錄的缺陷參數信息和移動範圍T內的各掃查點處的缺陷回波幅值數組Ep結合缺陷檢出率計算公式:
權利要求
1.一種基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，包括如下步驟: SI根據待檢工件易出現缺陷的位置的分布特點，將待檢工件劃分成N個檢測區塊，使每個檢測區塊Fi (i e N)自身的厚度近似不變； S2尋找超聲掃查探頭在各檢測區塊上的最佳掃查點； S3連接各檢測區塊上的最佳掃查點得到一條優化的掃查路徑。
2.根據權利要求1所述的基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，所述步驟S2通過下述步驟實現: S2.1根據待檢工件的歷史檢測數據和受力分析結果，綜合得到檢測區塊Fi上易出現的缺陷的參數信息，包括缺陷的深度值、偏轉角度和高度值，並進行數據統計得到各參數的分布規律； S2.2利用隨機數生成原理，生成η個缺陷深度值Di (i e n)，m個缺陷偏轉角度值Θ j(i e m)，並設置z個不同的缺陷高度值Hi (i e z)，上述各參數值均符合相應的參數分布規律，建立對應檢測區塊Fi的缺陷隨機參數數組M[z] [n] [m],缺陷隨機參數數組M中各參數的排列順序沒有限制； S2.3確定探頭在檢測區塊Fi上完成檢測所需要移動的範圍T ； S2.4得到探頭在上述移動範圍T內以步長λ進行掃查時，在各掃查點處對應於缺陷隨機參數數組M的缺陷回波幅值數組Ej, j表示步長數； S2.5根據缺陷隨機參數數組M中記錄的缺陷參數信息和移動範圍T內的各掃查點處的缺陷回波幅值數組&，結合缺陷檢出率計算公式:
3.根據權利要求2所述的基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，所述步驟S2.3通過下述步驟實現: 根據檢測區塊Fi的缺陷隨機參數數組M中所含的缺陷偏轉角度值和深度值，利用探頭髮射聲束覆蓋示意圖，分析不同探頭位置下發射聲束與缺陷的夾角情況，得到垂直覆蓋所有缺陷角度的探頭的移動範圍，即為探頭在檢測區塊Fi上完成檢測所需要移動的範圍T。
4.根據權利要求2或3所述的基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，所述步驟S2.4通過下述步驟實現: S2.4.1製作Y塊用於模擬檢測區塊Fi的模擬試塊，將檢測區塊Fi的缺陷隨機參數數組M中記載的缺陷添加到上述模擬試塊中； S2.4.2對上述各模擬試塊進行超聲檢測試驗，將探頭在所述移動範圍T內，以步長λ進行掃查，在各掃查點處得到對應於缺陷隨機參數數組M的缺陷回波，並以Φ1Χ6πιπι橫孔為基準，記錄缺陷回波的相對幅值(單位dB)，寫入缺陷回波幅值數組Ep j表示步長數。
5.根據權利要求2或3所述的基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，所述步驟S2.4通過超聲檢測數值模擬方法實現。
6.根據權利要求2或3所述的基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，上述步驟S2.5通過下述步驟實現: S2.5.1將移動範圍T劃分為X等份，則共有x+1個節點，取出對應於各節點的缺陷回波幅值數組Ej; S2.5.2根據缺陷回波與缺陷高度的對數呈近似線性關係這一特點，以缺陷高度為自變量，以缺陷回波幅值為因變量，根據所述缺陷隨機參數數組M和對應於步驟S2.5.1中各節點的缺陷回波幅值數組&，利用統計學參數估計中的極大似然法，求取線性回歸參數^及σ s，其中，為缺陷信號響應與缺陷參數線性回歸的截距，P1為缺陷信號響應與缺陷參數線性回歸的斜率，σ s為標準差； S2.5.3根據上述步驟求得的線性回歸參數P1及σ s，將對應於各節點的缺陷回波幅值數組&和缺陷隨機參數數組M共同作為缺陷檢出率計算公式
7.根據權利要求1所述的基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，其特徵在於，所述步驟SI還包括建立坐標系的步驟，具體為:根據待檢工件的幾何形狀、待檢工件易出現缺陷的位置的分布特點、探頭在待檢工件上的掃查方向建立三維坐標系，沿著待檢工件上易出現缺陷的位置的分布方向，將待檢工件劃分成N個檢測區塊，使每個檢測區塊Fi (i e N)自身的厚度近似不變。
全文摘要
一種基於缺陷檢出率的相控陣超聲檢測掃查路徑優化方法，包括如下步驟S1根據待檢工件易出現缺陷的位置的分布特點，將待檢工件劃分成N個檢測區塊，使每個檢測區塊Fi(i∈N)自身的厚度近似不變；S2尋找超聲掃查探頭在各檢測區塊上的最佳掃查點；S3連接各檢測區塊上的最佳掃查點得到一條優化的掃查路徑。本發明能夠將常規方法中的二維掃查範圍優化為一條掃查線，大大縮短了探頭的行走路徑，減少了進行數據採集和數據分析的工作量，提高了檢測效率。
文檔編號G01N29/22GK103149277SQ20131003221
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者胡平, 張俊, 馬慶增, 李曉紅, 肖凱, 張益成 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 武漢大學