專利名稱：三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無損探傷領(lǐng)域中的超聲成像檢測(cè)技術(shù)，具體的說是對(duì)工業(yè)設(shè)備及產(chǎn)品零部件的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控的一種三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前我國對(duì)工業(yè)設(shè)備及產(chǎn)品的零部件內(nèi)部缺陷的檢測(cè)仍然普遍使用手工操作(即一維超聲系統(tǒng))，根本談不上與生產(chǎn)同步檢測(cè)、監(jiān)控，也有一些單位開發(fā)了探頭平面、旋轉(zhuǎn)掃描探傷技術(shù)或螺旋掃描技術(shù)，有單位運(yùn)用相控陣技術(shù)進(jìn)行平面掃描，但這些都僅僅是某一個(gè)側(cè)面的掃描圖像，與三維成像相距甚遠(yuǎn)，也沒有實(shí)現(xiàn)完整的空間信息后處理，難以保證信息不遺漏，不丟失和正確評(píng)判，更不能與其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，及時(shí)找出零部件內(nèi)部的缺陷成因；另一方面，醫(yī)用的三維超聲成像技術(shù)，如專利號(hào)99125811.8、專利號(hào)00800476.5及專利號(hào)01133331.6均與工業(yè)用無損探傷技術(shù)的檢測(cè)目標(biāo)，聲學(xué)特征及技術(shù)要求相距甚遠(yuǎn)，無法移植。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與超聲波無損探傷技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)三維超聲成像，將其工業(yè)設(shè)備及產(chǎn)品零部件的內(nèi)部缺陷及時(shí)準(zhǔn)確地定位、定性、定量，也便于與其他系統(tǒng)互連、實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，可讀取工件的三維計(jì)算機(jī)模型，進(jìn)行相關(guān)分析，找出缺陷成因，及時(shí)將探測(cè)結(jié)果輸出到有限元等分析系統(tǒng)進(jìn)行分析的一種三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)。本發(fā)明由三大部分組成，第一部分是計(jì)算機(jī)平臺(tái)，主要包括主板、CPU、內(nèi)存、硬盤；第二部分是連接于計(jì)算機(jī)總線并受其控制的各個(gè)硬件系統(tǒng)，包括超聲系統(tǒng)、A/D系統(tǒng)、定時(shí)系統(tǒng)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)；第三部分是第一部分及第二部分系統(tǒng)上運(yùn)行的三維超聲成像系統(tǒng)軟件，包括信號(hào)處理系統(tǒng)、三維顯示系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)施對(duì)超聲系統(tǒng)、A/D系統(tǒng)、定時(shí)系統(tǒng)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)的控制，并接受A/D系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的掃描方式如采用普通探頭掃描，機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)帶動(dòng)單探頭直接進(jìn)行二維運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三維掃描；如采用相控陣，運(yùn)用二維相控陣掃描探頭進(jìn)行掃描可以實(shí)現(xiàn)探頭前部錐形空間的探頭三維無運(yùn)動(dòng)掃描，相控陣可以運(yùn)用單環(huán)形、多環(huán)形也可以運(yùn)用面型陣列，還可以運(yùn)用一維相控陣探頭加一維機(jī)械運(yùn)動(dòng)獲得二維掃描。對(duì)于復(fù)雜或大型零件還可采用運(yùn)用受計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)械走行系統(tǒng)(機(jī)器人)系統(tǒng)帶動(dòng)相控陣探頭，在相控陣完成其前步掃描之后移動(dòng)相控陣探頭，實(shí)現(xiàn)待掃描空間的完整覆蓋。系統(tǒng)運(yùn)行過程都以三維成像為目標(biāo)。掃描探測(cè)無論用普通探頭還是相控陣探頭都是探測(cè)逐步掃描覆蓋完整空間，獲取待探測(cè)空間的完整三維數(shù)據(jù)。信息處理系統(tǒng)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，判斷出缺陷位置，結(jié)合工件的三維計(jì)算機(jī)模型(CAD)進(jìn)行幾何校正、缺陷空間分布測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、進(jìn)行空間的相關(guān)分布數(shù)據(jù)的融合、缺陷性質(zhì)判別、缺陷邊界確定，建立缺陷的三維數(shù)據(jù)庫。顯示系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)庫以三維方式顯示出來。
當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)接到運(yùn)行指令以后，首先啟動(dòng)超聲系統(tǒng)向工件發(fā)出超聲波，并與機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)配合進(jìn)行三維掃描，接收其反射回波；再通過A/D系統(tǒng)對(duì)反射回波經(jīng)過調(diào)整、放大，然后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入計(jì)算機(jī)，由信息處理系統(tǒng)按照超聲成像的規(guī)律，建立缺陷的三維數(shù)據(jù)庫，然后由運(yùn)用三維圖形顯示軟件顯示出缺陷的三維超聲圖像。軟件可讀取工件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的三維計(jì)算機(jī)模型，可將探測(cè)結(jié)果按照CAD文件格式輸出，系統(tǒng)留有相關(guān)分析接口，供需要時(shí)進(jìn)行相關(guān)分析之用。本發(fā)明不但對(duì)工業(yè)設(shè)備及產(chǎn)品零部件進(jìn)行的探測(cè)切實(shí)全面，而且保留了一切有用信息，將缺陷位置、大小、數(shù)量、屬性及時(shí)直觀地顯示、存儲(chǔ)，并能與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而使探測(cè)結(jié)果客觀、全面、準(zhǔn)確、及時(shí)，避免主觀性、片面性，特別適合于一些需大規(guī)模、高質(zhì)量生產(chǎn)的質(zhì)量控制單位使用。


圖1三維超聲成像無損傷探傷系統(tǒng)圖；圖2A/D系統(tǒng)框圖；圖3自動(dòng)控制系統(tǒng)信號(hào)流程圖；圖4信息處理流程圖；圖5相控陣探頭收發(fā)原理圖；圖6三維顯示軟件流程圖；圖7相控陣探頭控制原理圖；圖8普通探頭收發(fā)原理圖；圖9三維相控陣掃描示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明由三大部分組成。
第一部分是計(jì)算機(jī)平臺(tái)(11)，即通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)，包括為各種信息傳輸提供通道的總線(6)。通用微型計(jì)算機(jī)所采用的CPU的運(yùn)算能力應(yīng)當(dāng)盡可能大(每個(gè)通道需要奔騰III 1GMHz或相當(dāng)?shù)倪\(yùn)算能力)，以適應(yīng)增加通道數(shù)的要求；所采用的主板應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)32位或64位PCI總線，PCI的頻率可選用不低于33MHz(如33MHz、66MHz或100MHz甚至更高)，以適應(yīng)多通道高數(shù)據(jù)傳輸速率要求，其上的PCI槽數(shù)應(yīng)當(dāng)不少于4條，以適應(yīng)多通道數(shù)的要求，主板應(yīng)支持磁盤陣列RAID；其內(nèi)存應(yīng)不小于256M、速度不低于PC800；顯示卡要支持Open GL；為保證數(shù)據(jù)的可靠性，硬盤數(shù)量不小于兩塊，按照RAID(磁盤陣列)方式1或0+1連接于主板。為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的要求，通用微型計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的可靠性-平均無故障工作時(shí)間應(yīng)不低于5×104小時(shí)，為達(dá)到這一指標(biāo)，除了其本身應(yīng)當(dāng)具有大于平均無故障工作時(shí)間應(yīng)5×104小時(shí)以外，還要進(jìn)行電源隔離即采用多重隔離的UPS提供電源，電磁隔離即進(jìn)行靜電屏蔽和電磁屏蔽，環(huán)境隔離即提供空調(diào)恒溫環(huán)境并不與外界交換空氣。微型計(jì)算機(jī)軟平臺(tái)的操作系統(tǒng)可選用WIN2000、VxWorks、Linux等之一，要求具有實(shí)時(shí)性或搶先式的多任務(wù)能力。
第二部分為與總線相連的各個(gè)硬件系統(tǒng)，包括超聲系統(tǒng)(2)、A/D系統(tǒng)(3)、定時(shí)系統(tǒng)(4)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)。除定時(shí)系統(tǒng)(4)外，其共同的特征是其運(yùn)行上都接受自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制；結(jié)構(gòu)上除機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)及相關(guān)機(jī)械部分外，包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路全都做成連接于總線的插卡或模塊。
超聲系統(tǒng)(2)是產(chǎn)生、發(fā)射超聲波和接收其反射回波的主系統(tǒng)。A/D系統(tǒng)(3)主要是將模擬信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理放大變換成數(shù)字信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送給信息處理系統(tǒng)，其中在程控放大部分還要進(jìn)行DAC補(bǔ)償(距離-幅值補(bǔ)償)，保證相同的缺陷在不同深度具有相同的反射波高或幅值。定時(shí)系統(tǒng)(4)提供各系統(tǒng)高精度可編程定時(shí)，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，向超聲系統(tǒng)(2)提供所需深度對(duì)應(yīng)時(shí)間的定時(shí)和一定深度間距的位置定時(shí)，向A/D系統(tǒng)提供超聲采集完畢進(jìn)行DMA(直接存儲(chǔ)器讀寫)的定時(shí)指令，向機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)提供到位保護(hù)定時(shí)、越界保護(hù)定時(shí)(防止步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路受到干擾，偏離預(yù)定位置造成誤差太大)?？刹捎糜布〞r(shí)，其電路原理是采用石英晶體的高頻振蕩電路運(yùn)用多個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，到達(dá)設(shè)定數(shù)量立即發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)。各種定時(shí)數(shù)據(jù)的設(shè)定數(shù)值由軟件寫入相應(yīng)的計(jì)數(shù)器。也可采用高分辯率的軟件定時(shí)，此時(shí)采用對(duì)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的系統(tǒng)鐘頻進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)，由于系統(tǒng)鐘頻很高，因而也可以獲得較高的定時(shí)精度。機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)是配合超聲系統(tǒng)運(yùn)行，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)探頭及工件按照指定的探測(cè)路線進(jìn)行探測(cè)的系統(tǒng)。它分別驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)各軸，帶動(dòng)超聲系統(tǒng)(2)的探頭沿著自動(dòng)控制系統(tǒng)指定的探測(cè)軌跡，逐點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)完畢，帶動(dòng)探頭再前移一步繼續(xù)探測(cè)。對(duì)于需要直接到達(dá)的區(qū)域，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，直到到達(dá)由步進(jìn)數(shù)決定的位置，相應(yīng)定時(shí)信號(hào)為保護(hù)性信號(hào)，避免干擾造成較大誤差。對(duì)于簡單要求的探傷系統(tǒng)，機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一維或二維直線運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于復(fù)雜曲面系統(tǒng)，機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)探頭各種掃描的三坐標(biāo)到五坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，保證探頭垂直于被探測(cè)面，有些工件(1)的探測(cè)可以對(duì)機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)進(jìn)行簡化，利用探頭兩側(cè)接觸工件(1)或其他方法保證探頭前端面平行于被探測(cè)點(diǎn)，相應(yīng)地探頭垂直于該點(diǎn)表面，不一定需要三坐標(biāo)到五坐標(biāo)的探測(cè)。
第三部分是三維超聲成像系統(tǒng)軟件，包括信號(hào)處理系統(tǒng)(7)、三維顯示系統(tǒng)(8)、自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)。三維超聲成像系統(tǒng)軟件(10)的基本功能包括可讀取工件(1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的三維計(jì)算機(jī)模型，都可將探測(cè)結(jié)果按照CAD文件格式輸出，并留有相關(guān)分析接口，供需要時(shí)進(jìn)行相關(guān)分析之用。
1.自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)，是控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的，包括對(duì)超聲系統(tǒng)(2)、A/D系統(tǒng)(3)、定時(shí)系統(tǒng)(4)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)進(jìn)行控制，并接受A/D系統(tǒng)(3)的數(shù)據(jù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)接到調(diào)用指令后“開始”，然后“初始化超聲系統(tǒng)”，主要確定、指定超聲系統(tǒng)(2)的相關(guān)參數(shù)；“讀取被檢測(cè)區(qū)域信息”(即在CAD系統(tǒng)提供工件的三維計(jì)算機(jī)模型上指定的探測(cè)區(qū)域上讀取信息，對(duì)于沒有工件的計(jì)算機(jī)模型設(shè)定其他參數(shù)，按無模型將此步跳過)、“確定探測(cè)路徑”(首先按照工件被探測(cè)區(qū)域和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)結(jié)合所能提供的掃描方式，將被探測(cè)區(qū)域按照探頭的掃描寬度逐行或逐圈分解成可以連續(xù)進(jìn)行掃描的空間曲線，以便進(jìn)行掃描，并保證每步不小于各個(gè)探測(cè)位置的10％重疊的步進(jìn)方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分配和電機(jī)驅(qū)動(dòng))、探測(cè)“深度”(探測(cè)目標(biāo)區(qū)域的深度，由檢驗(yàn)?zāi)康拇_定)和探測(cè)“波形”(橫波、縱波等)；“確定探頭當(dāng)前位置”(讀取機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)的位置)或“開始(探測(cè))位置”，如果探頭未到開始探測(cè)位置，發(fā)出指令機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)帶動(dòng)探頭到開始探測(cè)位置；控制超聲系統(tǒng)(2)向“相控陣探頭向指定方向”的探測(cè)區(qū)域發(fā)出超聲脈沖，如果需要聚焦則指定深度的“位置”發(fā)出超聲脈沖，對(duì)于普通縱波或橫波探頭，則直接發(fā)出超聲脈沖?！跋嗫仃嚒碧筋^的接收過程可以進(jìn)行“動(dòng)態(tài)聚焦”，通過實(shí)時(shí)控制延時(shí)量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦；然后將接收到的信息傳送給“A/D系統(tǒng)”(3)轉(zhuǎn)變成探測(cè)數(shù)據(jù)(數(shù)字信號(hào))后，將探測(cè)數(shù)據(jù)通過總線以DMA(直接存儲(chǔ)器讀寫)方式傳送到“信息處理”系統(tǒng)(7)(軟件)進(jìn)行處理，如果信息處理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)無效(各種數(shù)據(jù)異常，無法處理)或不適于分析做出標(biāo)記，由自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)判斷“探測(cè)數(shù)據(jù)有效”標(biāo)記，如果為無效，自動(dòng)控制系統(tǒng)軟(9)件則調(diào)整A/D系統(tǒng)(3)的信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)參數(shù)后重新通知超聲系統(tǒng)(2)重新發(fā)出超聲信號(hào)重新探測(cè)；如果“探測(cè)數(shù)據(jù)有效”判斷為有效，自動(dòng)控制軟件進(jìn)行“相控陣掃描波束二維”或三維“完畢”判斷，如沒有到達(dá)相控陣掃描終點(diǎn)，則通知超聲系統(tǒng)(2)，超聲系統(tǒng)(2)相控陣探測(cè)方向前移，直到相控陣二維或三維掃描完畢；然后進(jìn)行“探頭二維掃描完畢”或三維判斷，如果沒有到達(dá)探測(cè)路徑的終點(diǎn)-“完畢”，則通知機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)前進(jìn)一步，然后再由超聲系統(tǒng)(2)進(jìn)行下一次探傷，直到到達(dá)終點(diǎn)，探測(cè)“完畢”。
2.信號(hào)處理系統(tǒng)(7)在自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)調(diào)用后“讀取DMA傳送的數(shù)據(jù)”，判斷“數(shù)據(jù)有效”或是否適于分析，如果數(shù)據(jù)無效或不適于分析，則做出標(biāo)記，通知自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)進(jìn)行處理；對(duì)探測(cè)“數(shù)據(jù)”按照不同的深度、幅度進(jìn)行“分類”，進(jìn)行“缺陷定位”(反射波出現(xiàn)的時(shí)間代表缺陷在探測(cè)方向上的距離或位置)，對(duì)于信號(hào)混雜于背景噪音的微弱信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)信號(hào)處理技術(shù)中的“弱信號(hào)相關(guān)分析”，判斷出缺陷位置，然后讀取探頭的坐標(biāo)位置，對(duì)于相控陣探頭還要讀取其“聲束位置”，包括發(fā)射探測(cè)角度和聚焦點(diǎn)坐標(biāo)、接收時(shí)的“方向”和聚焦?fàn)顟B(tài)；結(jié)合工件(1)的三維計(jì)算機(jī)模型(“CAD模型”)進(jìn)行“幾何校正”(傳播方向上的折射、確定幾何尺寸的反射時(shí)間變化表征材料性質(zhì)、狀態(tài)的變化，供缺陷判別用)、“缺陷空間分布測(cè)量、統(tǒng)計(jì)”、多通道同一范圍不同方位的探傷進(jìn)行空間的相關(guān)分布的“數(shù)據(jù)融合”、缺陷性質(zhì)判別、缺陷邊界確定(CAD三維模型也可沒有，此時(shí)不予校正)；送“缺陷三維數(shù)據(jù)庫”。
3.三維顯示軟件主要是監(jiān)視缺陷三維數(shù)據(jù)庫，在獲取數(shù)據(jù)后按照Open GL編程方法，進(jìn)行“Open GL初始化”[設(shè)置窗口和觀察點(diǎn)(視點(diǎn))]、“設(shè)定光源材質(zhì)”、分別“讀取CAD模型”和“缺陷三維數(shù)據(jù)庫”，按照坐標(biāo)顯示在顯示器上。對(duì)于沒有CAD模型工件，直接顯示缺陷探測(cè)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上做到，同屏多視角顯示、受鼠標(biāo)拖動(dòng)顯示、鼠標(biāo)點(diǎn)擊放大等效果，并可用鼠標(biāo)指定區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。
本發(fā)明的實(shí)施主要是根據(jù)工件(1)及其生產(chǎn)方式的不同、探頭的掃描方式的不同，分為以下三種(1).一般沒有生產(chǎn)節(jié)奏要求的工件(1)和維修性檢測(cè)，可采用普通探頭進(jìn)行掃描，由機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)帶動(dòng)單探頭直接進(jìn)行二維或多維運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三維掃描，獲取三維數(shù)據(jù)，掃描運(yùn)動(dòng)方向可以直線運(yùn)動(dòng)，也可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也可以采用多探頭同時(shí)探測(cè)的方案提高效率。對(duì)于空間曲面的內(nèi)部探傷，還可以進(jìn)行三維甚至更高維的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探傷。這個(gè)辦法成本低，但效率也低。
(2).對(duì)于零件不大、有生產(chǎn)節(jié)奏要求的零件，可采用相控陣掃描，運(yùn)用二維相控陣掃描探頭進(jìn)行掃描可以實(shí)現(xiàn)探頭前部錐形空間的探頭無運(yùn)動(dòng)掃描，相控陣可以運(yùn)用單環(huán)形相控陣、多環(huán)形也可以運(yùn)用面型相控陣。運(yùn)用一維相控陣探頭(線性相控陣)加一維機(jī)械運(yùn)動(dòng)獲得二維掃描。相控陣的設(shè)計(jì)依據(jù)是根據(jù)惠更斯原理，通過綜合控制發(fā)射/接收陣列每一個(gè)發(fā)射-接收單元的相位，達(dá)到改變空間指向或空間聚焦位置的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的掃描。相控陣探頭使用將換能晶片按照一定規(guī)律劃分為獨(dú)立小晶片，每個(gè)小晶片(或收發(fā)晶片組)與一個(gè)發(fā)射-接收器相連形成收發(fā)晶片陣列(14)，也可以分別建立收發(fā)陣列，即發(fā)射和接收晶體可以公用同一晶體，也可以分別使用不同的晶體。每個(gè)晶片單元接收電路串聯(lián)受控制的延時(shí)器件形成延時(shí)陣列。超聲系統(tǒng)(2)應(yīng)用相控陣的控制原理，按照探測(cè)要求，對(duì)每一個(gè)發(fā)射晶體的發(fā)射電壓、阻尼、發(fā)射時(shí)刻(相位)進(jìn)行控制，對(duì)每一個(gè)接收晶片電路的延時(shí)、增益進(jìn)行控制。通過對(duì)發(fā)射脈沖的發(fā)射時(shí)刻和接收回波的時(shí)間控制，改變超聲波束的發(fā)/收的方向、位置，即可實(shí)時(shí)改變接受的焦點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)超聲波束的三維快速移動(dòng)掃查與動(dòng)態(tài)聚焦，從而獲得三維超聲信息。超聲發(fā)生通過計(jì)算機(jī)平臺(tái)(11)的總線(6)接受自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)指令，通過改變觸發(fā)控制總線(13)觸發(fā)陣列的觸發(fā)時(shí)間改變超聲發(fā)射相位，探頭發(fā)出希望方向或聚焦于探測(cè)目標(biāo)區(qū)域的超聲脈沖；超聲接受將各個(gè)晶片接收到的信號(hào)按照延時(shí)控制總線(12)對(duì)可變延時(shí)陣列(15)的每一個(gè)單元的可變延時(shí)器件的延時(shí)量，然后經(jīng)過合成電路對(duì)各自信號(hào)進(jìn)行混合疊加(電路上用放大系數(shù)為一的放大電路隔離放大器對(duì)前級(jí)的影響，然后直接進(jìn)行疊加)，進(jìn)行前置放大(可編程，受系統(tǒng)控制)，然后輸出模擬信號(hào)送A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、A/D變換。定時(shí)系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)控制進(jìn)行開關(guān)操作，也對(duì)前置放大進(jìn)行開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)門操作。
(3).針對(duì)復(fù)雜或大型零件采用機(jī)器人加相控陣，運(yùn)用受計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械走行系統(tǒng)(機(jī)器人)系統(tǒng)帶動(dòng)相控陣探頭，在相控陣完成其前部掃描之后移動(dòng)相控陣探頭，實(shí)現(xiàn)待掃描空間的完整覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)，其特征在于由三大部分組成，第一部分是計(jì)算機(jī)平臺(tái)(11)，主要包括主板、CPU、內(nèi)存、硬盤；第二部分是連接于計(jì)算機(jī)總線并受其控制的各個(gè)硬件系統(tǒng)，包括超聲系統(tǒng)(2)、A/D系統(tǒng)(3)、定時(shí)系統(tǒng)(4)或用軟件定時(shí)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)；第三部分是第一部分及第二部分系統(tǒng)上的三維超聲成像系統(tǒng)軟件，包括信號(hào)處理系統(tǒng)(7)、三維顯示系統(tǒng)(8)、自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)，其中自動(dòng)控制系統(tǒng)(9)實(shí)施對(duì)超聲系統(tǒng)(2)、A/D系統(tǒng)(3)、定時(shí)系統(tǒng)(4)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)(5)的控制，并接受A/D系統(tǒng)(3)的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)，其特征在于三維成像系統(tǒng)中的掃描方式根據(jù)需要可采用普通探頭掃描或者可采用相控陣掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)，其特征在于整個(gè)運(yùn)行過程都以三維成像為目標(biāo)，掃描探測(cè)無論采用普通探頭掃描還是相控陣掃描都是探測(cè)逐步掃描覆蓋完整空間，獲取待探測(cè)空間的完整三維數(shù)據(jù)，信息處理系統(tǒng)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，判斷出缺陷位置，結(jié)合工件(1)的三維計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行幾何校正，缺陷空間分布測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行空間的相關(guān)分布數(shù)據(jù)的融合，缺陷性質(zhì)判斷，缺陷邊界確定，建立缺陷的三維數(shù)據(jù)庫；顯示系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)以三維方式顯示出來。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維超聲成像無損探傷系統(tǒng)，用于工業(yè)產(chǎn)品及設(shè)備零部件內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，以便對(duì)其缺陷定位、定量、定性，并可與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，尋找缺陷成因，改善質(zhì)量。其結(jié)構(gòu)是在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上安裝超聲系統(tǒng)、機(jī)電執(zhí)行系統(tǒng)、A/D系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、三維顯示系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和定時(shí)系統(tǒng)。運(yùn)行時(shí)超聲系統(tǒng)向工件發(fā)出超聲脈沖，進(jìn)行三維掃描，并接收其反射回波，通過A/D系統(tǒng)對(duì)反射回波經(jīng)過調(diào)理、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入計(jì)算機(jī)，由信息處理系統(tǒng)建立缺陷的三維數(shù)據(jù)庫，然后由運(yùn)用三維圖形顯示軟件顯示三維超聲圖像。
文檔編號(hào)G06T15/00GK1469318SQ0213932
公開日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2002年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月20日
發(fā)明者許水霞 申請(qǐng)人:許水霞