一種基于LabVIEW的超聲無損檢測特征成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測試計量技術(shù)與儀器一一超聲無損檢測領(lǐng)域，涉及一種基于LabVIEW 開發(fā)平臺的超聲無損檢測特征成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無損檢測是指以不損及其將來使用和使用可靠性的方式，對材料或制件或此兩者 進(jìn)行宏觀缺陷檢測，集合特性測量，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的評定，并進(jìn)而就 材料或制件對特定應(yīng)用的實(shí)用性進(jìn)行評價。
[0003] 超聲波無損檢測的圖像顯示可直接顯示物體內(nèi)部缺陷的形狀及位置，可提供直觀 和大量的信息，具有可靠性高、復(fù)現(xiàn)性高、定量準(zhǔn)確的優(yōu)勢。常用的超聲圖像包括B掃描和 C掃描圖像，可分別用于顯示與檢測聲束傳播方向平行且與檢測對象的測量表面垂直的剖 面、以及與檢測聲束傳播方向垂直的剖面。商用超聲檢測設(shè)備附帶的B、C成像功能大多是 基于波形幅度的成像功能，對于超聲波傳播特性的表達(dá)能力具有較大局限性。超聲波傳播 特性，如：幅度、相位、傳播速度、衰減系數(shù)與材料結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)，將這些特征信息以圖 像的形式直觀的顯示出來對于全面評價材料缺陷及自身結(jié)構(gòu)狀態(tài)具有重要作用。
[0004] LabVIEW是美國國家儀器公司基于G語言開發(fā)的一種虛擬儀器平臺。它提供了豐 富的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲庫函數(shù)。采用圖形模式的結(jié)構(gòu)框圖構(gòu)建程序代碼，具有直觀的圖 形化開發(fā)環(huán)境，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的可視化顯示功能等特點(diǎn)。基于LabVIEW平臺開 發(fā)虛擬儀器及分析軟件系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、界面美觀、使用靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、接口眾多等 優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的用于高等院校、科研院所的教學(xué)科研與技術(shù)研發(fā)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在充分了解國內(nèi)外超聲波無損檢測成像檢測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，充分利用以 LabVIEW為代表的虛擬儀器技術(shù)，提供了一種基于LabVIEW開發(fā)平臺的超聲無損檢測特征 成像系統(tǒng)。本發(fā)明的超聲無損檢測特征成像系統(tǒng)采用虛擬儀器的模塊化儀器設(shè)計思路，利 用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成超聲波無損檢測任務(wù)。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于LabVIEW開發(fā)平臺的超聲無損檢測特征成像 系統(tǒng)，其特征在于；該系統(tǒng)由負(fù)責(zé)檢測信號采集的硬件部分和負(fù)責(zé)控制、分析、成像、測量的 軟件部分構(gòu)成；硬件部分由工控機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集卡、超聲脈沖發(fā)射接收儀、運(yùn)動控制器、掃 描支架、檢測探頭組成；軟件由同步控制模塊、運(yùn)動控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、特征值計算模 塊、成像模塊、分析模塊、存儲模塊組成；該系統(tǒng)以C型掃描(運(yùn)動）方式自動采集全波形檢 測數(shù)據(jù)、計算多種超聲波傳播特征值，并基于特征值進(jìn)行B、C型成像，達(dá)到層析檢測缺陷尺 寸、位置及材料不均勻性的目的。該系統(tǒng)記錄和存儲C型掃描路徑上各位置的超聲A掃描 信號，并按超聲檢測原理及檢測標(biāo)準(zhǔn)求解超聲檢測特征值；據(jù)特征值著色成像，可直觀顯示 缺陷形狀、尺寸、位置，材料組織結(jié)構(gòu)均勻性等重要的超聲無損檢測信息；由于采用了全波 形數(shù)據(jù)記錄方式，本系統(tǒng)可達(dá)到層析檢測材料缺陷及不均勻性的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該 系統(tǒng)采用模塊化構(gòu)建方式，結(jié)構(gòu)簡單、成像功能強(qiáng)大，模塊功能清晰、擴(kuò)展性強(qiáng)、操作簡便、 為材料的超聲無損檢測提供了一種更為強(qiáng)大的軟硬件系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明所述硬件部分的部件連接方式為；工控機(jī)連接運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器連 接掃描支架，掃描支架連接檢測探頭（即為超聲傳感器)，檢測探頭連接超聲脈沖發(fā)射接收 儀，超聲脈沖發(fā)射接收儀連接高速數(shù)據(jù)采集卡，高速數(shù)據(jù)采集卡連接工控機(jī)；采用模塊化的 儀器設(shè)計思路，各模塊相對獨(dú)立，可方便的對模塊進(jìn)行增減、更換、升級；儀器具有兼容性 好、可擴(kuò)展性強(qiáng)、便于二次開發(fā)及功能升級的優(yōu)勢。
[0008] 本發(fā)明所述的軟件部分均基于LabVIEW開發(fā)平臺及其附屬軟件包研發(fā)而成，充分 利用LabVIEW程序執(zhí)行的數(shù)據(jù)流驅(qū)動特征構(gòu)建各功能模塊的連接組合方式：運(yùn)動控制模塊 與同步控制模塊連接、同步控制模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接、數(shù)據(jù)采集模塊與特征值計算模 塊連接、特征值計算模塊與成像模塊連接、成像模塊與數(shù)據(jù)/圖像分析模塊連接、數(shù)據(jù)/圖 像分析模塊與存儲模塊連接。數(shù)據(jù)流驅(qū)動程序執(zhí)行的過程如下：在運(yùn)動控制模塊中可設(shè)置 掃描范圍、掃描速度及掃描精度；同步控制模塊按運(yùn)動控制模塊中設(shè)置的掃描精度控制數(shù) 據(jù)采集模塊同步記錄、存儲全波形檢測信號數(shù)據(jù)，特征模塊依據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊提供的全波 形檢測信號數(shù)據(jù)計算檢測特征值，成像模塊按特征值計算模塊輸出的特征值著色成像形成 B/C掃描圖像。
[0009] 本發(fā)明所述波形數(shù)據(jù)采集模塊將全波形檢測信號數(shù)據(jù)保存至多個.Excel格式的 表格文件中，具有較好的數(shù)據(jù)格式兼容性，其中，完整C掃描由多次等間距的縱向掃描路徑 構(gòu)成，單個.Excel文件存儲的是單次縱向掃描路徑中所有采樣點(diǎn)上的A掃描波形數(shù)據(jù)，整 個檢測面的C掃描波形數(shù)據(jù)保存于多個.Excel文件中。
[0010] 本發(fā)明所述的特征值計算模塊可依據(jù)超聲檢測理論及相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)快速計算超 聲波傳播特征值，包括：缺陷反射波的幅度、相位、聲波傳播速度、衰減系數(shù)。
[0011] 本發(fā)明所述成像模塊按超聲波傳播特征值著色形成B、C掃描檢測圖像，顏色模式 可按特征值分布特點(diǎn)及人眼辨識能力進(jìn)行調(diào)整。
[0012] 本發(fā)明所述分析模塊提供了豐富的信息提取功能，可通過檢測圖上的標(biāo)尺線提取 缺陷尺寸、位置、數(shù)量；可同時獲得檢測對象的A/B/C顯示并進(jìn)行對比分析。
[0013] 超聲無損檢測特征成像系統(tǒng)硬件部分各組件的作用及功能：工控機(jī)系統(tǒng)，包括主 機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件LabVIEWS. 5,其作用是完成對檢測信號的采 集、存儲、顯示、處理、分析、運(yùn)動控制，等；數(shù)據(jù)采集卡的作用是完成超聲檢測信號的模/數(shù) 轉(zhuǎn)換、緩存、與工控機(jī)間的通信；超聲脈沖發(fā)射接收儀的作用是將電脈沖傳輸給超聲傳感器 以激發(fā)檢測超聲波、并接收由超聲傳感器經(jīng)壓/電轉(zhuǎn)換的超聲波檢測信號，超聲脈沖發(fā)射 接收儀還可將觸發(fā)信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡、激勵數(shù)據(jù)采集卡對檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；運(yùn) 動控制器包括單片機(jī)、直流電源、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，其作用是接收工控機(jī)指令產(chǎn)生驅(qū)動脈沖 控制掃描支架上的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動；工控機(jī)按照發(fā)送給運(yùn)動控制模塊的指令同步記錄、存儲 全波形檢測信號；掃描支架由三維步進(jìn)電機(jī)、絲桿、滑臺等構(gòu)成，其作用是搭載超聲波傳感 器進(jìn)行C掃描運(yùn)動。
[0014] 超聲無損檢測特征成像系統(tǒng)軟件部分包括：運(yùn)動控制器、同步控制模塊、波形數(shù)據(jù) 采集模塊、特征值計算模塊、成像模塊、存儲模塊。運(yùn)動控制模塊的功能是向單片機(jī)發(fā)送運(yùn) 動控制信號驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動。同步控制模塊的作用是按脈沖發(fā)射接收儀發(fā)出的觸發(fā)信號 及運(yùn)動控制模塊設(shè)置的掃描精度同步記錄、存儲經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的全波形超聲 檢測信號。波形數(shù)據(jù)采集模塊的作用是按上述觸發(fā)信號采集C掃描路徑上的A掃描信號并 將其存入多個.Excel數(shù)據(jù)文件中。特征值計算模塊的功能是根據(jù)超聲檢測原理及檢測波 形數(shù)據(jù)計算特定深度的信號幅度、聲速、衰減。成像模塊的功能是基于上述超聲傳播特征值 進(jìn)行著色成像，顏色與數(shù)值的對應(yīng)規(guī)則可依據(jù)人眼對顏色的敏感程度以及特征值的變化進(jìn) 行調(diào)整。分析模塊的功能是測量缺陷尺寸、位置，并可對缺陷的A、B、C掃描圖像進(jìn)行對比分 析，提高對檢測對象的無損檢測能力。存儲模塊支持存儲圖像及數(shù)據(jù)結(jié)果，便于檢測結(jié)果的 存檔記錄。
[0015] 發(fā)明目的：針對于目前商用超聲檢測設(shè)備成像功能中特征顯示單一、分析功能不 足，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題；本發(fā)明提供了一種能夠以多種超聲傳播特征參數(shù)進(jìn)行超聲B、C 成像及圖像分析的基于LabVIEW的超聲波無損檢測特征成像系統(tǒng)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該系統(tǒng)采用模塊化構(gòu)建方式，結(jié)構(gòu)簡單、成像功能強(qiáng)大，功能擴(kuò) 展性強(qiáng)、操作簡便、為材料的超聲無損檢測提供了一種更為強(qiáng)大的軟硬件系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0017] 圖1本