一種單側(cè)空氣耦合超聲掃描成像裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單側(cè)空氣耦合超聲掃描成像裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲檢測(cè)是五大常規(guī)無損檢測(cè)之一，由于它具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、指向性好、檢測(cè)速度快、成本低、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)人體無害等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。常規(guī)超聲檢測(cè)的方法是接觸式，即在超聲探頭和待測(cè)試樣之間必須用水或其他液體作為聲耦合劑。使用耦合劑一方面增加了人為因素對(duì)結(jié)果的影響，另一方面很難滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和質(zhì)量控制的需要?？諝怦詈铣暀z測(cè)為非接觸式無損檢測(cè)，無需耦合劑，檢測(cè)過程簡(jiǎn)單、方便，檢測(cè)結(jié)果可避免人為耦合因素的影響。目前，國內(nèi)外常采用一發(fā)一收的穿透法實(shí)現(xiàn)空氣耦合超聲檢測(cè)方法，并實(shí)現(xiàn)了商用化的設(shè)備，能應(yīng)用于復(fù)合材料、輪胎、混凝土、鋰電池等內(nèi)部缺陷無損檢測(cè)。但透射法無法對(duì)比如管道、燃料箱等封閉的構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)大型構(gòu)件很難進(jìn)行雙側(cè)的檢測(cè)，因此如何實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的單側(cè)空氣耦合檢測(cè)一直是研宄的熱點(diǎn)，目前公開的方法主要采用一對(duì)平面空氣耦合探頭，由聲波臨界角入射激發(fā)和接受板波或?qū)Рǖ姆椒▉韺?shí)現(xiàn)，但還沒有商業(yè)化的設(shè)備應(yīng)用，其主要存在問題是檢測(cè)缺陷的分辨率不高，無法精確的檢測(cè)出待檢測(cè)物的內(nèi)部信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種對(duì)焦方便、發(fā)射效率高、識(shí)別分辨率高的單側(cè)空氣耦合超聲掃描成像裝置及方法。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種單側(cè)空氣耦合超聲掃描成像裝置，用以進(jìn)行物體內(nèi)部的缺陷檢測(cè)，包括探頭掃描架、在探頭掃描架上同側(cè)設(shè)置的一對(duì)平面發(fā)射探頭和一對(duì)聚焦接收探頭、前置放大器、脈沖發(fā)射接收器、信號(hào)采集與處理模塊和計(jì)算機(jī)，所述的脈沖發(fā)射接收器與一對(duì)平面發(fā)射探頭連接，所述的脈沖發(fā)射接收器通過前置放大器與一對(duì)聚焦接收探頭連接，并且還通過信號(hào)采集與處理模塊與計(jì)算機(jī)連接，所述的探頭掃描架分別與計(jì)算機(jī)、脈沖發(fā)射接收器和信號(hào)采集與處理模塊連接。
[0006]所述的探頭掃描架包括相互連接的探頭安裝架和掃描連接桿，所述的探頭安裝架呈十字型，其上的四個(gè)端部對(duì)應(yīng)設(shè)有平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭。
[0007]所述的探頭安裝架包括相互垂直連接的X向固定桿和I向固定桿，所述的一對(duì)平面發(fā)射探頭包括X向平面發(fā)射探頭和I向平面發(fā)射探頭，所述的一對(duì)聚焦接收探頭包括X向聚焦接收探頭和I向聚焦接收探頭，所述的X向平面發(fā)射探頭和X向聚焦接收探頭設(shè)置在X向固定桿的兩端，所述的y向平面發(fā)射探頭和y向聚焦接收探頭設(shè)置在y向固定桿的兩端。
[0008]所述的采集與處理模塊與計(jì)算機(jī)通過USB接口連接。
[0009]所述的平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭均為空氣耦合探頭。
[0010]一種單側(cè)空氣耦合超聲掃描成像方法，包括以下步驟:
[0011]I)連接系統(tǒng):通過數(shù)據(jù)線將檢測(cè)裝置各部分連接完整并接通電源；
[0012]2)調(diào)整探頭:將被檢試樣固定在試樣架上，調(diào)整在被檢試樣同側(cè)的平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭的入射角，調(diào)整聚焦接收探頭到試樣表面的距離，使得聚焦接收探頭的焦點(diǎn)落在試樣表面上；
[0013]3)確定掃描范圍，具體包括以下步驟:
[0014]31)在被檢試樣上確定一個(gè)矩形掃描范圍，標(biāo)記檢測(cè)的起點(diǎn)以及終點(diǎn)，并將起點(diǎn)作為坐標(biāo)零點(diǎn)；
[0015]32)移動(dòng)探頭使得探頭中心對(duì)準(zhǔn)掃描范圍的坐標(biāo)零點(diǎn)，根據(jù)試樣上的掃描范圍，確定水平方向和垂直方向上探頭的掃描距離，并將數(shù)值輸入到掃描控制軟件內(nèi)；
[0016]4)掃描被檢試樣:控制探頭在掃描范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)掃描，掃描控制軟件實(shí)時(shí)顯示超聲回波，當(dāng)掃描結(jié)束后，探頭自動(dòng)回到坐標(biāo)零點(diǎn)；
[0017]5)信號(hào)處理與分析:通過系統(tǒng)檢測(cè)軟件對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行分析和處理，產(chǎn)生檢測(cè)圖像并顯示。
[0018]所述的步驟2)中的入射角為臨界角。
[0019]所述的步驟2)中聚焦接收探頭到試樣表面距離為20mm。
[0020]所述的步驟2)中的平面發(fā)射探頭的中心頻率包括50kHz、10kHz、200kHz和400kHz ο
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]一、對(duì)焦方便:采用平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭，完成超聲波激發(fā)和接收，對(duì)焦方便。
[0023]二、發(fā)射效率高:本發(fā)明中的平面發(fā)射探頭的發(fā)射中心頻率包括50kHz、100kHz、200kHz和400kHz，發(fā)射頻率高，穿透能力強(qiáng)，采用空氣耦合接收的分辨率和靈敏度高。
[0024]三、識(shí)別分辨率高:本發(fā)明同時(shí)采用X向和y向的平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭，同時(shí)進(jìn)行X向和I向的雙通道垂直布置測(cè)量，保證了缺陷識(shí)別的空間分辨率。
[0025]四、單側(cè)檢測(cè)適用性高:本發(fā)明不同于雙側(cè)檢測(cè)(聲波通過透過試樣實(shí)現(xiàn)成像反差)，能夠通過在試樣同側(cè)激發(fā)和檢測(cè)導(dǎo)波來實(shí)現(xiàn)成像反差，能對(duì)透射式檢測(cè)方法無法探測(cè)的封閉結(jié)構(gòu)，如燃料箱等中空構(gòu)件進(jìn)行缺陷掃查，其適用性大大提高。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為探頭掃描架的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為探頭掃描架的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4為鋁板試樣檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5為鋁板試樣一對(duì)X水平探頭的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0031]圖6為鋁板試樣一對(duì)y垂直探頭的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0032]圖7為鋁板試樣X y探頭數(shù)據(jù)合成的檢測(cè)結(jié)果圖。
[0033]其中，1、探頭掃描架，2、前置放大器，3、脈沖發(fā)射接收器，4、信號(hào)采集與處理模塊，5、計(jì)算機(jī)，11、X向平面發(fā)射探頭，12、y向平面發(fā)射探頭，13、X向聚焦接收探頭，14、y向聚焦接收探頭，15、X向固定桿，16、y向固定桿16，17、掃描連接桿。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035]實(shí)施例:
[0036]如圖1所示，一種單側(cè)空氣耦合超聲掃描成像裝置，用以進(jìn)行物體內(nèi)部的缺陷檢測(cè)，包括探頭掃描架1、在探頭掃描架I上同側(cè)設(shè)置的一對(duì)平面發(fā)射探頭和一對(duì)聚焦接收探頭、前置放大器2、脈沖發(fā)射接收器3、信號(hào)采集與處理模塊4和計(jì)算機(jī)5，脈沖發(fā)射接收器3與一對(duì)平面發(fā)射探頭連接，脈沖發(fā)射接收器3通過前置放大器2與一對(duì)聚焦接收探頭連接，并且還通過信號(hào)采集與處理模塊4與計(jì)算機(jī)5連接，探頭掃描架I分別與計(jì)算機(jī)5、脈沖發(fā)射接收器3和信號(hào)采集與處理模塊4連接，計(jì)算機(jī)5內(nèi)的基于MATLAB系統(tǒng)檢測(cè)軟件用于多通道數(shù)據(jù)采集、濾波、時(shí)域與頻域分析及深度補(bǔ)償，信號(hào)處理和分析功能強(qiáng)，便于兩次開發(fā)。
[0037]如圖2和3所示，探頭掃描架I包括相互連接的探頭安裝架和掃描連接桿17，探頭安裝架呈十字型，其上的四個(gè)端部對(duì)應(yīng)設(shè)有平面發(fā)射探頭和聚焦接收探頭，探頭安裝架包括相互垂直連接的X向固定桿15和y向固定桿16，一對(duì)平面發(fā)射探頭包括X向平面發(fā)射探頭11和I向平面發(fā)射探頭12，一對(duì)聚焦接收探頭包括X向聚焦接收探頭13和y向聚焦接收探頭14，X向平面發(fā)射探頭11和X向聚焦接收探頭13設(shè)置在X向固定桿15的兩端，Y向平面發(fā)射探頭12和y向聚焦接收探頭14設(shè)置在y向固定桿16的兩端。
[0038]首先計(jì)算機(jī)5發(fā)出掃描控制命令給探頭掃描架1，探頭掃描架I掃描同時(shí)發(fā)出同步脈沖信號(hào)觸發(fā)脈沖發(fā)射接收器3和信號(hào)采集與處理模塊4，接著脈沖發(fā)射