專利名稱：一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法及檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲成像無損檢測方法及檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種高清 晰焊縫超聲成像無損檢測方法及檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
焊縫是焊接結(jié)構(gòu)中最薄弱部位，焊接結(jié)構(gòu)失效引起的事故約有70%是由焊 縫失效引起的。但是目前我國自動化焊接水平較低，對焊接結(jié)構(gòu)的在線質(zhì)量 檢測手段尤其缺乏，因此，迫切需要一種能對焊縫缺陷進行自動、快速檢測 的充損檢測方法。在焊縫缺陷檢測中，超聲檢測是目前公認的最有效的常規(guī) 無損檢測方法之一。在現(xiàn)代無損檢測技術(shù)中，超聲成像技術(shù)是一種令人矚目 的新技術(shù)，是超聲檢測的進一步發(fā)展。到目前為止，工業(yè)超聲無損檢測大多 還停留在了解材料與構(gòu)件內(nèi)是否有缺陷，或憑經(jīng)驗大致判斷缺陷的大小與位 置。超聲成像成為現(xiàn)代定量無損檢測的 一種重要技術(shù)，可實現(xiàn)精確的缺陷定 量，如缺陷的大小、位置、形狀或性質(zhì)(氣孔、夾渣或裂紋等)。超聲圖像是 通過超聲信號與調(diào)色板之間建立起來的某種對應關(guān)系而形成的，因此數(shù)字圖 像處理技術(shù)構(gòu)成了超聲成像和超聲圖像處理的基礎(chǔ)。目前，數(shù)字圖像處理技 術(shù)在超聲領(lǐng)域中的應用主要是醫(yī)學超聲和工業(yè)中的超聲無損檢測兩大塊。醫(yī) 學超聲圖像處理技術(shù)在圖像理解、基礎(chǔ)研究、超聲圖像改善等多個領(lǐng)域取得 了長足進展，而工業(yè)超聲無損檢測技術(shù)還沒有醫(yī)學應用上那么成功，在超聲 檢測中的研究也不像射線檢測中研究深入和達到實用，關(guān)于工業(yè)超聲圖像處 理的文章和研究成果還比較少。國內(nèi)浙江大學應用數(shù)字圖像技術(shù)對復合材 料、航空透明件、曲面型工件、棒材和鍛件等工件進行缺陷檢測方面的研 究，在超聲無損檢測的實踐中取得了較好的應用。
伴隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像質(zhì)量始終是這一技術(shù)的研究重點，而 圖像空間分辨率(包括橫向和縱向分辨率)是圖像質(zhì)量評價的一項關(guān)鍵性指 標。然而，現(xiàn)有的超聲成像設(shè)備由于受到成像條件和成像方式的限制，難以 獲得高分辨率的圖像。對于超聲成像系統(tǒng)而言，橫向分辨率是所有工作指標 中最重要的一個，對超聲圖像的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，表現(xiàn)為圖像細膩， 微小結(jié)構(gòu)顯示清楚。為了提高成像的橫向分辨率， 一個有前景的解決方法是 使用信號處理技術(shù)從多幅低分辨率觀察圖像來獲得高分辨率圖像，即低分辨 率圖像序列的超分辨率重建技術(shù)。該技術(shù)可用于現(xiàn)有成像系統(tǒng)不能提供滿意
圖像分辨率的情況，如提高遙感圖像、CT、核磁共振、超聲波圖像和各種監(jiān) 控圖像等的分辨率。其主要優(yōu)點是成本較低，并且能利用現(xiàn)有的低分辨率成 像系統(tǒng)就可以使輸出圖像的質(zhì)量得到很大程度的提高，既改善圖像的視覺效 果，又便于計算機對圖像進行分析、處理和識別。
從目前的研究現(xiàn)狀來看，序列圖像的超分辨率重建和超聲成像技術(shù)互相獨 立，還沒有將二者結(jié)合的先例；更沒有將序列圖像的超分辨率重建、微掃描 成像和超聲成像技術(shù)三者結(jié)合的先例；甚至沒有精密機械掃描裝置和微掃描 成像結(jié)合的先例。而能夠?qū)崿F(xiàn)微掃描的裝置和能夠獲得較高分辨率的超聲成 像設(shè)備一般采用復雜的加工工藝，成本很高。
本發(fā)明根據(jù)超聲波波長較長(大約在O. 5腿數(shù)量級)，以及工業(yè)超聲圖像 的像元較大(約為數(shù)百至數(shù)十個微米之間)的特點，采用精密機械掃描裝置 實現(xiàn)超聲微掃描成像技術(shù)，從而將多圖像的超分辨率重建和超聲成像結(jié)合起 來，為焊縫微小缺陷的識別找到了方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀和存在的問題，本發(fā)明的一個目的在于，提供 一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法及檢測系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)除具有常 規(guī)的掃描超聲成像功能外，還具有超分辨率成像功能，可突破現(xiàn)有超聲成像
設(shè)備的分辨率限制，利用多幀關(guān)于同 一場景的互有位移的降質(zhì)圖像重建高分 辨率高質(zhì)量圖像，提高超聲成像設(shè)備對焊縫中細微缺陷的識別能力。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法，包括
采用水浸聚焦探頭對焊縫進行逐點掃描，并對每一點的超聲反射回波檢波 信號采樣，組成焊縫截面的超聲掃描圖像，然后通過將微掃描成像和多圖像 重建超分辨率圖像結(jié)合起來實現(xiàn)圖像的超分辨率重建。且將被測工件裝配于 檢測系統(tǒng)水槽中的夾具上，使焊縫被測截面與超聲入射聲束垂直，并調(diào)整檢 測系統(tǒng)參數(shù)，其中檢測參數(shù)主要包括微掃描模式、材料聲速、焊縫厚度及探 頭掃描范圍，將探頭置于焊縫上方，根據(jù)檢測參數(shù)，三維精密掃描裝置帶動 探頭對被測焊縫截面自動聚焦，根據(jù)發(fā)射回波檢波信號確定采樣閘門位置， 對被測焊縫截面進行自動掃描，并且實時成像，然后通過微掃描模式，來調(diào) 整掃描器初始定位位置，將同一焊縫截面進行多次掃描，經(jīng)精密掃描裝置的 控制，得到同一焊接缺陷和損傷場景序列或多幀圖像，然后經(jīng)過圖像合成處 理，得到高清晰、超分辨率的圖像。其掃描采樣間距可以根據(jù)分辨率要求進 行調(diào)節(jié)，圖像像素級可以選擇256級或者16級，且圖像顯示可以采用偽彩色圖 像或者灰度圖像兩種方式。而且將多幅同 一焊縫截面的不同圖像合成超分辨 率'圖像的算法，是由移植于嵌入式計算機上通用掃描成像檢測軟件實現(xiàn)的， 也可以由信號處理及控制單元的FPGA (Field Programmable Gate Array現(xiàn) 場可編程門陣列)中實現(xiàn)，也可以將得到的多幅圖像傳輸?shù)接嬎銠C，由計算 機實現(xiàn)。
本發(fā)明還提供一種將現(xiàn)代圖像處理技術(shù)與超聲波無損探傷技術(shù)融合在一 起，實現(xiàn)二維、三維超聲成像，將焊縫內(nèi)部缺陷及時準確地定位、定性、定 量，也便于與其他系統(tǒng)互連、實現(xiàn)與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，進行相關(guān)分析，找 出缺陷成因是一種超聲成像無損探傷系統(tǒng)。
一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，包括
嵌入式計算機單元通過操作系統(tǒng)輸入檢測參數(shù)，并傳輸相應的參數(shù)于 FPGA (Field Programmable Gate Array J見場可編禾呈門陣列)；
信號處理及控制單元包括參數(shù)設(shè)置、超聲發(fā)射接收系統(tǒng)、掃描控制系統(tǒng) 及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、掃描控制系統(tǒng)分別與嵌入式計算機連 接，掃描控制系統(tǒng)通過步進電機驅(qū)動器與三維精密掃描裝置連接且由FPGA對 超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)中的波束進行發(fā)射和接收，并對數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)中的信號 進行采集，及掃描控制系統(tǒng)中工件的成像掃描。
掃描單元包括由FPGA控制和步進電機驅(qū)動的高精度三維精密掃描裝置與 探頭，且通過探頭將工件連結(jié)于超聲發(fā)射接收系統(tǒng)。
其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還通過超聲發(fā)射/接收電路和三維精密掃描裝置實現(xiàn)連 接，并將多路經(jīng)過調(diào)理的電壓信號并行進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計算機。上述 超聲發(fā)射接收系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射電路和接收放大電路組成，超聲發(fā)射電 路以產(chǎn)生加在超聲探頭上的高壓脈沖，使傳感器發(fā)射超聲波，而超聲接收電 路把傳感器接收到的回波信號通過接收電路轉(zhuǎn)換成微弱電信號，再經(jīng)接收放 大器放大后送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。所述掃描控制系統(tǒng)通過^[敬掃描成像把焦平面 器件對場景每次釆樣得到的圖像進行存儲，然后將該存儲的圖像像素按照圖 像獲取的方式和順序進行交叉，并經(jīng)過處理得到最終的圖像。其中微掃描主 要包括lxl, 2x2， 3x3， 4x4四種才莫式，且在每種工作才莫式中，每一次的 位移為相同的步長，并對原圖像在橫向和縱向各移動一次，每次錯開半像素 的偉移，從而獲取四幅低分辨率圖像。其中三維精密掃描裝置由X軸、Y軸、 Z軸三維運動模塊組成，X軸和Y軸將探頭實現(xiàn)水平運動，Z軸使探頭實現(xiàn)垂直 運動，且X， Y、 Z軸都釆用滾珠絲杠傳動，由步進電機或者伺服電機提供轉(zhuǎn)動 力，并且掃描方式可采用單探頭、陣列探頭或相控陣進行掃描。其中在嵌入 式計算機單元與信號處理及控制單元上運行有三維超聲成像系統(tǒng)軟件，該系
統(tǒng)軟件包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、圖像處理模塊、運動控制模塊 及數(shù)據(jù)庫^^莫塊。
通過本發(fā)明釆用普通低分辨率超聲成像檢測設(shè)備，實現(xiàn)原理筒單，且在 步進電機的精密控制下，能實現(xiàn)對缺陷位置的準確定位，并能在成像軟件的 配合下，實現(xiàn)檢測結(jié)果的計算機重現(xiàn)；由于采用基于精密定位掃描裝置的微 掃描技術(shù)獲取多幅焊縫超聲圖像，不需要加工復雜，成本很高的微位移裝置 就可以實現(xiàn)亞像元位移的超聲圖像序列；還通過采用超分辨率圖像重建技 術(shù)，得到高分辨率、高質(zhì)量的焊縫超聲圖像，極大提高了超聲成像檢測設(shè)備 的性能。尤其適合于一些需大規(guī)模、高質(zhì)量生產(chǎn)的質(zhì)量控制單位或制造領(lǐng)域 的汽車、造船、集裝箱等重要行業(yè)使用。


圖1為高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法的工作流程圖； 圖2為高清晰悍縫超聲成像無損檢測成像系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖； 圖3為焊縫超聲成像微掃描結(jié)構(gòu)圖； 圖4為焊縫超聲成像微掃描的四種工作模式； 圖5為2 x 2微掃描工作模式時低分辨率圖像序列與原圖像的關(guān)系； '圖6為超聲成像的超分辨率重建框圖； 圖7為三維精密掃描裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖8為焊縫超聲成像機械掃描器結(jié)構(gòu)原理圖； 圖9為通用掃描成像檢測軟件總體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例
以下，將結(jié)合圖式部分對本發(fā)明之較佳實施方式作詳細說明
圖1所示為 一種高清晰焊縫超聲成像無損;險測方法的工作流程圖，下面結(jié) 合附圖分三個部分加以說明，分別為焊縫超聲成像檢測部分、微掃描和超 分辨率重建部分以及掃描裝置和成像軟件部分。
1.焊縫超聲成像檢測部分 本發(fā)明的焊縫超聲成像檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2所示，由焊縫工件l通過探頭 2與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6相關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6通過超聲發(fā)射/接收系統(tǒng)4和掃描裝 置(三維精密掃描裝置)3進行連接，其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6與掃描控制系統(tǒng)5還 分別與嵌入式計算機7相連接，掃描控制系統(tǒng)5通過步進電機控制器與三維精 密掃描裝置3連接且由FPGA對超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)4中的波束進行發(fā)射和接 收，并對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6中的信號進行采集，及掃描控制系統(tǒng)5中的工件成像 掃描。其中焊縫檢測系統(tǒng)的硬件部分主要由基于嵌入式處理器(CPU)的嵌入 式計算機平臺和基于FPGA的信號采集和控制系統(tǒng)組成。CPU控制整個系統(tǒng)，并 完成圖像處理、網(wǎng)絡通訊和圖像顯示；FPGA實現(xiàn)對超聲發(fā)射接收系統(tǒng)的通道 切換和相位調(diào)整等邏輯時序控制，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換，機電執(zhí)行系統(tǒng)的 掃描定位控制以及數(shù)字濾波，圖像處理等大運算量的數(shù)據(jù)處理工作；CPU與 FPGA之間通過共享內(nèi)存方式進行通訊，當FPGA完成數(shù)字信號的濾波、變換以 及圖像的重建等后將數(shù)據(jù)存入SDRAM,然后CPU根據(jù)SDRAM中的數(shù)據(jù)進行圖像后 處理，必要的信息融合以及圖像的顯示等。
系統(tǒng)上電后，啟動嵌入式微處理器，并自動運行焊縫;險測程序，操作人 員在主機上通過人機接口輸入檢測參數(shù)，其中包括發(fā)射延時、發(fā)射選通允 許、發(fā)射多選一開關(guān)、發(fā)射脈寬、Buffer的大小、接收選通允許、A/D轉(zhuǎn)換開 始時間、接收多選一開關(guān)、接收延時等待、掃描參數(shù)、掃描模式以及微掃描 模式等控制參數(shù)，然后CPU通過并口發(fā)送相應的檢測參數(shù)給FPGA,由FPGA實現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中信號的采集、超聲波發(fā)射/接收系統(tǒng)中波束的發(fā)射和接收以及 掃描控制系統(tǒng)中工件的成像掃描等。
多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是將多路經(jīng)過調(diào)理的電壓信號并行進行 模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計算機，可實現(xiàn)高速采集和高速實時傳輸。當系統(tǒng)通過多 路數(shù)據(jù)選擇器選定多路信號中的 一路或幾路進行采集時，在高速狀態(tài)機控制
下，系統(tǒng)將把采集到的模擬信號經(jīng)過多片A/D器件流水轉(zhuǎn)換之后送入FPGA。這 時通過對FPGA硬件編程可實現(xiàn)將轉(zhuǎn)換結(jié)果直接儲存到FPGA內(nèi)部由BlockRAM 構(gòu)建的高速緩沖RAM陣列中，然后轉(zhuǎn)存至低速存儲器(DDR)中，再由FPGA構(gòu) 成的專用數(shù)字信號處理單元進行數(shù)據(jù)處理；然后將處理完畢的數(shù)據(jù)通過并口 送回到SDRAM中，CPU將SDRAM中的數(shù)據(jù)與發(fā)送和接收探頭的位置和聲程結(jié)合起 來進行處理，得到二維、三維圖像，并傳送到LCD將焊縫的形狀和缺陷顯示出 來。
超聲發(fā)射接收系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射電路和接收放大電路組成，超聲發(fā) 射電路用于產(chǎn)生加在超聲探頭上的高壓脈沖，使得傳感器發(fā)射超聲波，超聲 接收電路用于把傳感器接收到的回波信號通過接收電路轉(zhuǎn)換成微弱電信號， 再經(jīng)接收放大器放大后送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。當FPGA收到CPU發(fā)送檢測參數(shù)時， FPGA根據(jù)檢測的要求發(fā)送信號控制超聲探頭對待探測物體發(fā)送超聲束，超聲 探'頭接收反射到的模擬信號經(jīng)濾波放大后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然 后FPGA將數(shù)據(jù)進行預處理然后送到SDRAM中。
掃描控制系統(tǒng)的具體實施過程詳見第二部分。
2.微掃描和超分辨率重建部分
通過微掃描技術(shù)來成像可以看作是一 個過采樣過程，它是對同 一 場景進 行多次采樣成像的。具體地說，微掃描成像就是把焦平面器件對場景每次釆 樣得到的圖像存儲下來，然后將得到的一系列圖像像素按照圖像獲取的方式 和順序進行交叉，通過進一步處理得到最終的圖像。在整個采樣和成像過程 中，場景和視場是不移動的，改變的只是焦平面器件的相對位置，而且器件 位移的尺寸和采樣的次序(路線)與成像模式是一一對應的。通過用超分辨率
技術(shù)增加空間分辨率的基本前提是從相同場景捕獲多幅發(fā)生子像素級精度位 移的低分辨率圖像。其獲取依據(jù)微掃描模式?jīng)Q定，微掃描模式?jīng)Q定了探測器
平面上的圖像位移周期和微掃描路線。如圖4所示，現(xiàn)有的微掃描技術(shù)主要包 括lxl, 2x2， 3x3， 4x4等四種工作模式，且各種工作模式又有不同的掃 描順序，在各種工作模式中，每一次的位移必須是相同的步長。
根據(jù)圖3所示焊縫超聲成像檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包含嵌入式計算機平臺與基 于FPGA的信號處理及控制單元，且控制邏輯電3各及FPGA通過并口與SDRAM及嵌 入式處理器相連以實現(xiàn)微掃描成像并獲得多幅低分辨率超聲圖像的。如圖5所 示，以2 x 2微掃描工作模式為例說明具體的獲取過程，對原圖像在橫向和縱 向各移動一次，每次錯開半像素的位移，從而獲取四幅低分辨率圖像。對于l xl， 3x3和4x4模式，方法類似，這里不再贅述。在獲得多幅低分辨率超聲 圖像后，運用超分辨率圖像重建算法就可實現(xiàn)高清晰焊縫超聲成像功能?；?于微掃描的超分辨率超聲圖像重建過程如圖6所示。當機電執(zhí)行系統(tǒng)(包括掃 描控制系統(tǒng)和掃描裝置兩部分)接到運行指令(包括掃描參數(shù)，微掃描模式 等)以后，首先啟動超聲系統(tǒng)向工件發(fā)出超聲波，并與掃描裝置配合進行掃 描，并通過超聲發(fā)射采集系統(tǒng)進行信號采集來形成低分辨率圖像；經(jīng)過運動 估算來實現(xiàn)高分辨率網(wǎng)格上插值然后對圖像降噪后，來顯示最終圖像。由于 本發(fā)明采用多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以探頭可以選擇單探頭、線陣探頭以及 相控陣探頭，系統(tǒng)設(shè)計時區(qū)別僅在于軟件，硬件電路是不變的。如采用單探 頭或陣列探頭掃描，掃描裝置帶動探頭直接進行一維機械運動實現(xiàn)二維掃 描，進行二維運動實現(xiàn)三維掃描；如采用相控陣，運用一維相控陣探頭加一 維機械運動獲得二維掃描，運用二維相控陣掃描探頭進行掃描可以實現(xiàn)探頭 前部錐形空間的探頭三維無運動掃描。掃描探測無論用普通探頭還是相控陣 探頭都是探測逐步掃描覆蓋完整空間，獲取待探測空間的完整數(shù)據(jù)后送入計
算機。同時送入計算機的還有由細分讀數(shù)卡送入計算才幾的光柵尺上探測數(shù)據(jù) 的定位信息，以便判斷缺陷位置。
3.掃描裝置和成像軟件部分
掃描裝置根據(jù)焊縫超聲檢測的要求設(shè)計專用精密掃描裝置。該掃描裝 置是由FPGA控制和步進電機驅(qū)動的高精度三維精密掃描裝置。為了實現(xiàn)微掃 描成像，并在此基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)超分辨率重建，在實際應用中，微位移量 要'比探測器每個像元本身的尺寸低一個數(shù)量級以上，并且位移誤差至少要比 微位移量低一個數(shù)量級以上，所以對掃描裝置的分辨率和重復定位精度有一 個嚴格的要求。對于超聲成像，超聲波的波長較長，約為O. 5mm數(shù)量級，在通 常成像情況下，其像元大小約為數(shù)百到數(shù)十個微米之間，以O(shè). 5mm為例，當掃 描裝置的分辨率小于O. 05mm，重復定位精度小于O. 005mm,即可基本滿足要 求。而目前掃描裝置的指標比前述指標還要低一個數(shù)量級以上，因此，對于 超聲圖像而言，采用精密掃描裝置是完全可行的。
本發(fā)明釆用的三維精密掃描裝置如圖7所示，它由X軸、Y軸、Z軸三維運動 模塊組成，X軸和Y軸帶動:^果頭水平運動，實現(xiàn)掃描功能，Z軸帶動探頭垂直運 動，完成自動聚焦功能。每一維運動模塊都由兩個導軌、絲杠、活動塊及步 進電機組成，如圖8所示為機械掃描器結(jié)構(gòu)原理圖，Y軸安裝在Z軸的活動塊 上，X軸安裝在Y軸的活動快上，X軸的活動塊上固定有探頭，保證探頭沿著導 軌方向移動。步進電機的中心軸和絲桿相連接，活動塊中間有絲桿孔，兩端 有導軌孔，分別套在絲桿及兩個導軌上。夾具的作用是保證工件與超聲入射 聲束垂直，水槽中的水起到耦合劑的作用。
成像軟件對于掃描成像系統(tǒng)，盡管不同成像設(shè)備的掃描定位方法、信 號檢測原理和A/D轉(zhuǎn)換形式可能會不同，但是其成像的實現(xiàn)方法，即成像軟件 可以是相同的，稱為通用掃描成傳4全測軟件，如圖9所示為掃描成像;險測軟件 總體結(jié)構(gòu)，其中該通用掃描成像檢測軟件由初始化模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)
據(jù)采集模塊、信號和圖像處理模塊、運動控制模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊以及缺 陷分析和判定模塊等組成。本發(fā)明在通用掃描成像檢測軟件的基礎(chǔ)上，增加 針對焊縫超聲檢測的專用功能，如超聲成像、焊縫跟蹤、焊縫掃描全覆蓋、 超分辨率等功能。該軟件是集超聲系統(tǒng)掃描控制、數(shù)據(jù)采集、分析、成像、
感興趣區(qū)域(ROI)的高清晰顯示等功能的交互式窗口軟件，其中超分辨率圖 像重建集成在成像軟件的功能模塊中。該軟件提供實時A、 B、 C掃描圖像及 FFT頻語，在所記錄的A-掃描波形上隨意設(shè)置和改變閘門并生成相應新的C-掃 描圖像，實現(xiàn)超聲結(jié)果的斷層C-掃描分析。該軟件不僅適用于超聲掃描成 像，也同樣適用于渦流掃描成像等，為將來的軟件升級提供空間。
.以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法，其特征在于，采用水浸聚焦探頭對焊縫進行逐點掃描，并對每一點的超聲反射回波檢波信號采樣，組成焊縫截面的超聲掃描圖像，然后通過將微掃描成像和多圖像重建超分辨率圖像結(jié)合起來實現(xiàn)圖像的超分辨率重建。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法，其特征 在于將被測工件裝配于檢測系統(tǒng)水槽中的夾具上，使焊縫被測截面與超聲 入射聲束垂直，并調(diào)整檢測系統(tǒng)參數(shù)，其中檢測參數(shù)主要包括微掃描模式、 材料聲速、焊縫厚度及探頭掃描范圍，且將該探頭置于焊縫上方，根據(jù)檢測參 數(shù)，三維精密掃描裝置帶動探頭對被測焊縫截面自動聚焦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法，其特征 在于掃描采樣間距可以根據(jù)分辨率要求進行調(diào)節(jié)，圖像像素級可以選擇 256級或者16級，且圖像顯示可以采用偽彩色圖像或者灰度圖像兩種方 式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法，其特征 在亍還包括根據(jù)發(fā)射回波檢波信號確定采樣閘門位置，對被測焊縫截面進行自動掃 描，并且實時成像，然后通過微掃描模式，來調(diào)整掃描器初始定位位置，將 同一焊縫截面進行多次掃描，經(jīng)精密掃描裝置的控制，得到同一焊接缺陷和 損傷場景序列或多幀圖像，然后經(jīng)過圖像合成處理，得到高清晰、超分辨率 的圖像；將多幅同 一焊縫截面的不同圖像合成超分辨率圖像的算法，是由移植于嵌入式計算機上通用掃描成像檢測軟件實現(xiàn)的，也可以由信號處理及控制單元 的FPGA (Fiel-d Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)中實現(xiàn)，也 可以將得到的多幅圖像傳輸?shù)接嬎銠C，由計算機實現(xiàn)。
5. —種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，其特征在于包括 嵌入式計算機單元通過操作系統(tǒng)輸入4企測參數(shù)，并傳輸相應的參數(shù)于 FPGA (Field Programmable Gate Array J見場可編禾呈門陣列)；.信號處理及控制單元包括參數(shù)設(shè)置、超聲發(fā)射接收系統(tǒng)、掃描控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)、掃描控制系統(tǒng)分別與嵌入式計算機連 接，掃描控制系統(tǒng)通過步進電機驅(qū)動器與三維精密掃描裝置連接且由FPGA對 超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)中的波束進行發(fā)射和接收，并對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的信號 進行采集，及掃描控制系統(tǒng)中工件的成像掃描。掃描單元包括由FPGA控制和步進電機驅(qū)動的高精度三維精密掃描裝置與 探頭，且通過探頭將工件連結(jié)于超聲發(fā)射接收系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，其特征 在于其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還通過超聲發(fā)射/接收電路和三維精密掃描裝置實現(xiàn) 連接，并將多路經(jīng)過調(diào)理的電壓信號并行進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸給計算機。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，其特征 在于所述超聲發(fā)射接收系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射電路和接收放大電路組成， 超聲發(fā)射電路以產(chǎn)生加在超聲探頭上的高壓脈沖，使傳感器發(fā)射超聲波，而 超聲接收電路把傳感器接收到的回波信號通過接收電路轉(zhuǎn)換成微弱電信號， 再經(jīng)接收放大器放大后送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，其特征 在于所述掃描控制系統(tǒng)通過微掃描成像把焦平面器件對場景每次采樣得到 的圖像進行存儲，然后將該存儲的圖像像素按照圖像獲取的方式和順序進行 交叉，并經(jīng)過處理得到最終的圖像；'其中微掃描主要包括l x 1, 2x2, 3x3， 4x4四種模式，且在每種工作模式.中，每一次的位移為相同的步長。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，其特征 在于所述三維精密掃描裝置由X軸、Y軸、Z軸三維運動模塊組成，X軸和Y 軸將探頭實現(xiàn)水平運動，Z軸使探頭實現(xiàn)垂直運動，且X、 Y、 Z軸都采用滾珠 絲杠傳動，由步進電機或者伺服電機提供轉(zhuǎn)動力，并且掃描方式可釆用單探 頭、陣列探頭或相控陣進行掃描。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測系統(tǒng)，其特 征在于其中在嵌入式計算機單元與信號處理及控制單元上運行有三維超聲 成像系統(tǒng)軟件，該系統(tǒng)軟件包括參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)釆集模塊、圖像處理 模塊、運動控制模塊及數(shù)據(jù)庫模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高清晰焊縫超聲成像無損檢測方法及檢測系統(tǒng)，首先采用水浸聚焦探頭對焊縫進行逐點掃描，并對每一點的超聲反射回波檢波信號采樣，組成焊縫截面的超聲掃描圖像，然后通過將微掃描成像和多圖像重建超分辨率圖像結(jié)合起來實現(xiàn)圖像的超分辨率重建。通過本發(fā)明可突破現(xiàn)有超聲成像設(shè)備的分辨率限制，利用多幀關(guān)于同一場景的互有位移的降質(zhì)圖像重建高分辨率高質(zhì)量圖像，大大提高超聲成像設(shè)備對焊縫中細微缺陷的識別能力。
文檔編號G01N29/06GK101101277SQ20071012013
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者戴光智, 薛家祥, 謝寶忠, 陳鐵群 申請人:華南理工大學