[发明专利]基于超声TOFD的缺陷离线判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波无损检测技术，尤其是一种超声检测缺陷的离线处理方法，具体地说是一种超声TOFD缺陷离线判别方法。

背景技术

众所周知，超声衍射时差检测技术（Time of Flight Diffraction ,TOFD）对于中厚板焊缝缺陷能够更精确地表征其位置、长度、自身高度和形貌等特征，因此该技术在核工业、电力、承压设备、铁路、桥梁等工程领域中具有广阔的应用前景。虽然TOFD技术早已走出实验室，但时至今日，对它的研究从未停止，在对TOFD图谱的分析包括焊接缺陷的定位、定量描述等方面仍然存在不少有待改进的问题。

首先，超声图谱中直通波标定的问题，传统的直通波标定都是离线完成的，即无法在扫描过程中实时得到某一点的位置信息，且依赖于人工操作。标定时，需要对照灰度图和A扫曲线，凭肉眼寻找到直通波的第一个波峰或波谷到达的时刻，并将标定线移动于该处，然后标定此位置为工件的高度零点，此后才能根据超声信号的时差计算不同回波时刻对应的位置。这一方法虽然简单，但需要人工搜索，不同操作者标定的结果往往不同，最终的出的检测报告难以保证缺陷定位的一致性；特别是在进行长距离扫描时，频繁标定极大地影响了检验速度，更不利于缺陷的自动化检测。

其次是直通波拉直和近表面的缺陷定位问题，一方面，实际检测过程中，由于工件表面的不平整，耦合剂的不均匀分布以及人工扫描时的不规范操作均会导致直通波弯曲。另一方面，由于缺陷位置与信号接收时间（差）并非线性关系，这导致在A扫曲线的时间轴上，越靠近直通波端，对应的工件真实位置的分布越密集，且TOFD信号的脉冲时宽通常为超声纵波波长的1.5到3倍，使得直通波信号在图谱上显示呈一定的“拖尾”现象，因此近表面的缺陷信号常常被掩盖在工件的直通波信号中而无法辨别。

另外，近年来有学者将合成孔径雷达技术引入到超声TOFD图谱分析中，但未考虑到探头中心距设置过小，导致纵波无法覆盖到两探头中心正下方的底部，而采用单一的匹配滤波技术实现对整幅B扫描图像的合成孔径处理之后，缺陷信号强度衰减较大；特别是对于原本就微弱的信号，在进行波束锐化处理后，与图谱背景的对比度会减小到难以区分程度。

发明内容

本发明的目的是针对现有的超声TOFD检测缺陷需依靠人工进行判别，造成周期长，误差大，诊断结果受人为因素影响大的问题，发明一种无需人工干预、能直接得出缺陷位置、大小的超声TOFD离线判别方法。

本发明的技术方案是：

 一种基于超声TOFD的缺陷离线判别方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，利用超声检测仪对被检测体进行D扫描，获取被检测体的直通波、底面回波和A扫描信号，并合成生成D扫描图像； 

其次，采用图像处理和直通峰值搜索相结合的方法，进行直通波、底面回波精确定位，完成超声图谱的计算机标定，得出被检测体的板厚值；

TOFD图谱是由射频信号灰度化而来，射频信号的峰值和谷值分别对应灰度255和0。在进行直通波定位前，以单次扫描获得的图谱作为数据源，对其进行初步分析与预处理。根据TOFD成像原理，直通波、底面回波、底面反射横波这3条近似水平线将图谱分割为：纵波衍射区域和波形转换区域。为提高处理速度，在标定过程中仅提取直通波-纵波衍射区域-底面回波这部分的数据。另外，由于固体中横波的传播速度约为纵波的一半，TOFD图谱中纵波衍射区域与波形转换区域的时间宽度近似，可以把图谱时间方向的一半区域作为TOFD图谱定位窗口；原始信号的A扫曲线，除了目标信号之外，在图谱数据的采集、量化、传输等过程中夹杂着许多离散或随机性噪声，故在直通波定位前需对信号进行平滑处理和形态学处理，然后对得到的图谱进行自适应阈值分割，并利用边缘检测算子对二值化D扫描图像进行求导，最后采用累计概率霍夫变换和基于背景灰度的峰值搜索算法对直通波、底面反射回波进行精确定位；

第三，利用峰值校准、差分算法对有混叠近表面缺陷的直通波进行拉直和消除处理；

通过计算背景图谱的灰度值，判定A扫上某点是否为极值点，并搜索其相邻点，判断其是否达到预先设定的阈值，根据判断结果确定波峰或波谷。通过上述方法完成直通波拉直后，进一步采用差分方法实现近表面缺陷直通波的消除；

第四，利用合成孔径聚集技术，对B扫描图像进行波束锐化和图像增强处理得到被检测体内缺陷的准确位置。