水浸相控阵超声波探伤系统的设计
Design of Immersed Phased Array Ultrasonic Detection System
增材制造(3D打印)技术在工业领域的应用越来越广,各种3D打印金属零件在工业领域扮演着重要角色,而隐藏在金属零件内部的缺陷成了正常工业生产的隐形杀手,金属零件的内部缺陷检测成了人们重点关注和研究的问题.超声检测技术正是发现工业金属零部件内部缺陷最直接而有效的手段之一,针对工业零件形状复杂,传统接触法检测耦合效果差、声能损耗大、检测结果可靠性低的问题,本课题在超声相控阵探伤基础上引入了水浸法,搭建水浸相控阵超声波探伤系统平台,该探伤系统主要包含运动控制系统、超声波发射接收系统和数据处理与显示系统三个部分,对于不同形状、体积的工件,用户能够通过上位机上的人机交互界面选择不同的探伤模式,实现自动化探伤;而离线分析部分主要由数据处理与显示系统完成,工件内部缺陷信息最终在显示系统以直观的图像形式展现;通过数据处理与显示系统,用户还能方便地实现工件内部缺陷的定位和缺陷尺寸的测量.在后期的回波信号离线分析中,针对缺陷信号弱、缺陷成像分辨力较低的问题,成功引入合成孔径聚焦(SAFT)算法,使缺陷检测成像分辨力得到提升,提高了超声探伤系统缺陷检测能力.本文首先从超声波检测的原理出发,针对普通单探头探伤速度慢、检测效率低和成像效果较差的缺点,提出运用相控阵技术以提高回波信号信噪比的检测方案;为实现探头自动扫查,设计了运动控制系统,简化超声扫查过程;重点研究回波数据的离线分析算法,通过实际探测和结果分析,验证设计方案的可行性和合成孔径聚焦(SAFT)算法的有效性.课题研究的主要内容如下:(1)设计水浸相控阵超声波探伤系统,描述系统整体结构和功能.(2)设计并搭建运动控制系统硬件平台,完成运动控制系统软件设计,实现超声探头自动扫查;设计多种常用探伤模式(扫查路经规划).(3)开发人机交互界面,上位机与控制器的通讯功能实现,简化探伤系统操作过程.(4)对设计的探伤系统进行功能调试,完成实际水浸相控阵超声探测实验,验证所设计的超声探伤系统实际使用性能.(5)根据实验获取的回波数据对缺陷信息作离线分析,为解决实际超声检测成像信噪比低、缺陷显示不清晰、分辨力低、检测结果可靠性差的问题,引入合成孔径聚焦(SAFT)算法,增强缺陷成像分辨力,提升系统探伤性能.
- 作者：
- 胡珊琦
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 控制工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 费跃农
- 中图分类号：
- TP391.73
- 关键词：
- 增材制造；超声检测；相控阵；合成孔径聚焦
- Additive Manufacturing; Ultrasonic Testing; Phased Array; Synthetic Aperture Focusing;