一种用于锻件裂纹定量识别的相位加权矢量全聚焦成像装置的制造方法
【专利摘要】一种用于锻件裂纹定量识别的相位加权矢量全聚焦成像装置，相控阵检测仪一端与计算机连接，另一端与相控阵换能器连接，相控阵换能器与待检测试件通过耦合介质进行耦合。待检测试件放置在待检测试件平台上，待检测试件平台上开有垂直相交的两条卡槽，卡槽内安装有活动卡头，活动卡头能够沿卡槽自由调节，待检测试件通过活动卡头进行卡紧固定；待检测试件平台的底部安装有连接块，连接块的底部通过螺纹配合与丝杠相连；丝杠安装在四组对称的活动支座上，活动支座与连接杆相连接，连接杆为竖直方向上的升降机构，驱动电机通过减速器与连接杆相连接；本装置能够自由调节待检测试件的位置，对该试件进行自由固定，操作灵活、方便。
【专利说明】
一种用于锻件裂纹定量识别的相位加权矢量全聚焦成像装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于相位加权的矢量全聚焦成像装置，特别是用于锻件裂纹定量识别的超声阵列检测，属于无损检测领域。
【背景技术】
[0002]锻件是国家重大技术装备和重大工程所必需的重要基础部件，其在核电站的压力容器、发电机组的低压转子以及各种重型机械的核心部件中均得到了广泛的应用。随着国民经济的快速发展，大型锻件的需求量也将越来越大。在实际工程应用中，由于工作环境恶劣，大型锻件常需承受复杂的应力、冲击振动和重负载荷。同时，由于大型锻件的生产工序多、生产周期长，故影响其质量的因素也较多，这使得大型锻件在生产过程中将不可避免地出现这样那样的缺陷，锻件中存在缺陷将显著地降低其力学性能，甚至在使用过程中还会发生断裂，造成严重的安全与质量事故。
[0003]裂纹类缺陷是锻件中常见的缺陷之一，由于裂纹具有方向性，而不同方向的裂纹对结构危害性不尽相同，当裂纹方向与结构承载相垂直时，裂纹的危害最大，结构极易发生突然断裂。因此，及时对结构中裂纹类缺陷进行检测及方向识别，对于预测结构的寿命、及时维修或更换零部件、保证设备安全具有重要的意义。
[0004]超声相控阵检测技术采用由多个(一般大于16)阵元组成的阵列换能器，通过电子技术控制各阵元的超声激励接收延时，实现声束在试件内部的定向偏转及聚焦。利用商用相控阵检测系统可十分方便地对构件进行实时成像，实现对回波信号的A型、B型、电子B型、C型、D型及S型实时检测成像，但在保证成像实时性的同时，其检测精度和缺陷表征能力却极为有限。
[0005]近年来，随着计算机技术的发展，超声相控阵后处理成像技术得到了长足的发展。超声相控阵后处理成像技术通过对采集到的阵列数据进行离线处理，来获得高精度的成像效果，属于一种非实时的检测成像方法。通过对相控阵检测数据进行后处理成像，可以提高超声相控阵检测的精度和缺陷识别能力。国内外学者对相控阵全矩阵数据后处理方法进行了大量卓有成效的研究。例如，2009年期刊论文“Phase coherence imaging”通过对阵列数据的相位分布进行分析，提出了一种抑制旁瓣和栅瓣，提高成像分辨率的超声阵列成像方法--相位加权成像方法，该方法只能对结构中缺陷进行定位检测，却不能实现缺陷的特征识别。2014硕士论文“基于矢量全聚焦的超声阵列缺陷识别方法研究及其应用”中对基于幅值的矢量全聚焦成像及其影响因素进行了深入的研究，优化出了最佳的检测参数，实现了裂纹的方向识别、长度测定。2008年期刊论文“Defect characterizat1n using anultrasonic array to measure the scattering coefficient matrix”通过对缺陷营夂身才系数矩阵分析，提出了基于散射系数矩阵的缺陷特征识别方法，实现了对孔和裂纹的区分及裂纹缺陷方向、大小的测定。针对常规矢量全聚焦成像方法仅利用信号幅值信息，其成像质量受噪声影响大的特点，本实用新型综合利用全矩阵数据的幅值和相位信息，提出一种基于相位加权的矢量全聚焦成像方法，实现锻件中裂纹方向识别及长度定量测量。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提出一种用于锻件裂纹定量识别的基于相位加权的矢量全聚焦成像方法。首先，对全矩阵数据的相位信息进行分析，提取出相位特征参数一一相位一致因子(PCF);然后，将全阵列划分为若干子阵列，利用提出的相位特征参数对各个子阵列的成像幅值进行加权，求取加权幅值特征向量;最后，对所有子阵列的加权特征向量进行合成，得到相位加权的矢量全聚焦成像，并从中提取出裂纹方向及尺寸等特征信息。
[0007]为实现上述方法，首先搭建了该超声相控阵检测装置，如图1所示。该超声相控阵检测装置包括计算机1、相控阵检测仪2、相控阵换能器3、待检测试件4、活动卡头5、卡槽6、待检测试件平台7、连接块8、丝杠9、活动支座1、连接杆11、驱动电机12、底座13;其中，相控阵检测仪2—端与计算机I连接，另一端与相控阵换能器3连接，相控阵换能器3与待检测试件4通过耦合介质进行耦合。
[0008]待检测试件4放置在待检测试件平台7上，待检测试件平台7上开有垂直相交的两条卡槽6，卡槽6内安装有活动卡头5，活动卡头5能够沿卡槽6自由调节，待检测试件4通过活动卡头5进行卡紧固定;待检测试件平台7的底部安装有连接块8，连接块8的底部通过螺纹配合与丝杠9相连;丝杠9安装在四组对称的活动支座10上，活动支座10与连接杆11相连接，连接杆11为竖直方向上的升降机构，驱动电机12通过减速器与连接杆11相连接;驱动电机12、连接杆11均安装在底座13内。
[0009]所述相控阵换能器3的探头由32个阵元组成。
[0010]在计算机I的控制下相控阵检测仪2中的激励/接收模块产生激励信号，通过相控阵换能器3(32个阵元组成的线阵相控阵探头)激励出超声波信号，沿待检测试件4传播，并通过相控阵换能器3接收反射的超声波信号，然后通过相控阵检测仪2中的信号激励/接收模块传输到计算机I中，通过计算机中与之配套的采集软件即可采集时域信号。
[0011 ]与现有技术相比，本装置能够自由调节待检测试件的位置，对该试件进行自由固定，操作灵活、方便，极大提升了本装置的检测水平。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的检测装置框图
[0013]图中:1、计算机，2、相控阵检测仪，3、相控阵换能器，4、待检测试件，5、活动卡头，
6、卡槽，7、待检测试件平台，8、连接块，9、丝杠，10、活动支座，11、连接杆，12、驱动电机，13、底座。
【具体实施方式】
[0014]利用该方法对锻件进行检测时，其检测系统为超声相控阵检测装置，如图1所示。该超声相控阵检测装置包括计算机1、相控阵检测仪2、相控阵换能器3、待检测试件4、活动卡头5、卡槽6、待检测试件平台7、连接块8、丝杠9、活动支座1、连接杆11、驱动电机12、底座13;其中，相控阵检测仪2—端与计算机I连接，另一端与相控阵换能器3连接，相控阵换能器3与待检测试件4通过耦合介质进行耦合。
[0015]待检测试件4放置在待检测试件平台7上，待检测试件平台7上开有垂直相交的两条卡槽6，卡槽6内安装有活动卡头5，活动卡头5能够沿卡槽6自由调节，待检测试件4通过活动卡头5进行卡紧固定;待检测试件平台7的底部安装有连接块8，连接块8的底部通过螺纹配合与丝杠9相连;丝杠9安装在四组对称的活动支座10上，活动支座10与连接杆11相连接，连接杆11为竖直方向上的升降机构，驱动电机12通过减速器与连接杆11相连接;驱动电机12、连接杆11均安装在底座13内。
[0016]所述相控阵换能器3的探头由32个阵元组成。
[0017]在计算机I的控制下相控阵检测仪2中的激励/接收模块产生激励信号，通过相控阵换能器3(32个阵元组成的线阵相控阵探头)激励出超声波信号，沿待检测试件4传播，并通过相控阵换能器3接收反射的超声波信号，然后通过相控阵检测仪2中的信号激励/接收模块传输到计算机I中，通过计算机中与之配套的采集软件即可采集时域信号。
【主权项】
1.一种用于锻件裂纹定量识别的相位加权矢量全聚焦成像装置，其特征在于:该装置包括计算机(I)、相控阵检测仪(2)、相控阵换能器(3)、待检测试件(4)、活动卡头(5)、卡槽(6)、待检测试件平台(7)、连接块(8)、丝杠(9)、活动支座(10)、连接杆(11)、驱动电机(12)、底座(13);其中，相控阵检测仪(2)—端与计算机(I)连接，另一端与相控阵换能器(3)连接，相控阵换能器(3)与待检测试件(4)通过耦合介质进行耦合； 待检测试件(4)放置在待检测试件平台(7)上，待检测试件平台(7)上开有垂直相交的两条卡槽(6)，卡槽(6)内安装有活动卡头(5)，活动卡头(5)能够沿卡槽(6)自由调节，待检测试件(4)通过活动卡头(5)进行卡紧固定;待检测试件平台(7)的底部安装有连接块(8)，连接块(8)的底部通过螺纹配合与丝杠(9)相连;丝杠(9)安装在四组对称的活动支座(10)上，活动支座(1)与连接杆(11)相连接，连接杆(11)为竖直方向上的升降机构，驱动电机(12)通过减速器与连接杆(11)相连接，驱动电机(12)、连接杆(11)均安装在底座(13)内。2.根据权利要求1所述的一种用于锻件裂纹定量识别的相位加权矢量全聚焦成像装置，其特征在于:所述相控阵换能器(3)的探头由32个阵元组成。
【文档编号】G01N29/44GK205643254SQ201620133663
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】焦敬品, 杨素方, 何存富, 李先锋
【申请人】南京兰博瑞达检测技术有限公司, 北京工业大学