一种基于柔性超声阵列换能器的多声束自动扫描成像方法

摘要

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于柔性超声阵列换能器的多声束自动扫描成像方法。本发明方法的实现主要包括：多声束自动插补扫描、多声束扫描成像信息提取与重构、多声束扫描成像显示等几个主要流程步骤。本发明根据超声检测通道的组合和声束覆盖法则，实现多模式和不同分辨率的多声束超声自动插补扫描，使超声扫描效率成倍提高，表面检测盲区和纵向分辨率可以达到0.15mm左右；利用超声波在复合材料等结构中传播产生的时域和幅值二维信息进行扫描成像方法，通过成像方式再现零件中的多种信息，通过建立成像域与被检测零件之间的单值映射关系，实现大型复合材料等结构不丢失检测点信息的多声束自动插补扫描检测结果成像显示。

主权项

1.一种基于柔性超声阵列换能器的多声束自动扫描成像方法，其特征是，扫描成像步骤如下，（1）多声束自动插补扫描利用超声检测系统，对被检测零件进行自动插补扫描；（2）多声束扫描成像信息提取与重构通过超声检测系统中的信号采集单元提取多声束扫描成像位置信息和超声信息，进行成像位置信号解调和成像超声信号重构，①成像位置信号解调方法对于第k个扫描行中的第i个检测点，扫描声束阵列中第r行第c列扫描声束的坐标位置信息中的坐标位置表示为：$x_{r,c}^{k,i}=i\times \mathrm{\Delta L}+b\times (r-1),r=\mathrm{1,2},...,R,$$y_{r,c}^{k,i}=(k-1)\times S+a\times (c-1),c=\mathrm{1,2},...,C,$这里，a，b-分别对应扫描声束阵列中相邻两个声束单元列和行间距，k=1，2，…，K，当前扫描行数，最大扫描行数为K，i＝1，2，…，N_max，每行中当前扫描检测位置点数，最大行扫描检测点数为N_max，ΔL-相邻两个检测点超声特征信号采集间距，S-插补扫描步进量，对于R×C个声束单元的扫描声束阵列，通过K个扫描行完成被检测零件扫描，则对全部扫描检测点成像位置信息进行重构后，表示为：$\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_{\max }}{\Sigma }}\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}\underset{c=1}{\overset{C}{\Sigma }}{P}_{r,c}^{k,i}(x_{r,c}^{k,i},y_{r,c}^{k,i}),$R×C-扫描声束阵列，R，C分别表示阵列中的最大行单元数和最大列单元数，r=1，2，…，R，扫描声束阵列中的第r个行单元，最大行单元数为R，c=1，2，…，C，扫描声束阵列中的第c个列单元，最大列阵单元数为C；②成像超声信号重构方法对于由超声阵列换能器构成的R×C个声束单元的扫描声束阵列，当超声阵列换能器在第k个扫描行中的第i个检测位置点时，对应超声阵列换能器在第k个扫描行第i个检测位置点的第r行第c列检测位置点，通过超声检测系统中的信号采集单元，采用等距离采集得到超声特征信号其中，分别为通过信号处理单元得到的超声特征信号的幅值和时间信息，对得到的超声特征信号按照行扫描、列采样的数据进行重构，构成M个超声检测通道：Ch₁，…，Ch_M，以行为记录长度单位，顺序存放所有扫描行中各个检测点位置的超声特征信号并在数据文件的开头位置存放扫描检测参数，则重构后的多声束扫描超声特征信息数据表示为：—数据头文件U_n，—扫描记录行K，—对应被检测零件的多声束扫描超声特征信息数据为：$\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_{\max }}{\Sigma }}{U}_m^{k,i}(A_m^{k,i},t_m^{k,i}),$—共有K个记录，m为当前超声检测通道，共有M个超声检测通道；（3）多声束扫描成像显示利用超声检测系统中的计算机内存构建虚拟成像屏，按照多声束扫描域中的位置坐标$\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_{\max }}{\Sigma }}\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}\underset{c=1}{\overset{C}{\Sigma }}{P}_{r,c}^{k,i}(x_{r,c}^{k,i},y_{r,c}^{k,i})$与成像域的位置坐标$\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_{\max }}{\Sigma }}{P}_{k,i}^I(x_m^{k,i},y_m^{k,i})$映射关系和多声束扫描超声特征信息数据与成像域中的色彩调制映射关系，,显示重构后的全部扫描检测点位置信息$\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_{\max }}{\Sigma }}\underset{r=1}{\overset{R}{\Sigma }}\underset{c=1}{\overset{C}{\Sigma }}{P}_{r,c}^{k,i}(x_{r,c}^{k,i},y_{r,c}^{k,i})$和多声束扫描超声特征信息数据$\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_{\max }}{\Sigma }}{U}_m^{k,i}(A_m^{k,i},t_m^{k,i}),$实现多声束扫描和多声束插补扫描检测结果的成像显示。