[发明专利]一种基于缺陷检出率的相控阵超声检测扫查路径优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声检测扫查路径的优化方法，特别适用于有限空间下在役结构件的三维多变断面的自动超声检测。

背景技术

超声波检测以其对裂纹类缺陷敏感，对人体和环境无影响`且成本低、方便快捷的特点被广泛应用于航空航天、水利电力及核电站等工业设备的质量控制与安全检测方面。在超声检查的实施过程中，探头扫查路径设计是影响检测效率和检出能力的关键。一种好的扫查路径设计在保证超声束覆盖所有可能缺陷的同时，尽可能缩短探头行走路径以尽量减少进行数据采集和数据分析的工作量。

传统超声检测探头扫查方式的设计是将探头发射的超声波近似为一根主声线，将探头位置的改变而形成的主声线移动范围看作是发射声场覆盖范围，并以此确定探头在二维平面的行走路径和步长。然而，由于探头发射的超声波为具有一定扩散角的声束，采用声线近似法必然造成对不必要范围的扫查和较小的扫查步长，效率较低。

近年来，随着超声仿真技术的发展，超声探头发射声场计算分析软件不断出现。通过发射声场覆盖来确定探头的扫查路径在一定程度上提高了检测效率。然而，对于复杂空间结构的检测，为了减小漏检的可能性，盲目的扩大扫查范围，又降低了超声检测效率，所以一直都存在检测能力和检测效率难以兼顾的问题。

随着检测自动化程度的不断提高，对超声检测探头扫查路径的设计提出了更高的要求。另外，相控阵超声检测技术的发展，使得在不移动相控阵超声探头的情况下，通过控制组成所述相控阵超声探头的晶片的发射时间即可实现在相控阵超声探头长度方向的大范围扫查，从而有望将常规超声检测所需要的二维扫查面减少到一维扫查。因此有必要建立一套科学的路径优化设计方法，满足相控阵超声自动化检测的要求，从而大大提高检测系统的工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种相控阵超声检测扫查路径优化方法，通过优化相控阵超声探头的扫查路径，在保证检测能力的前提下，简化扫查路径，从而提高检测效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于缺陷检出率的相控阵超声检测扫查路径优化方法，包括如下步骤：

S1根据待检工件易出现缺陷的位置的分布特点，将待检工件划分成N个检测区块，使每个检测区块Fi（i∈N）自身的厚度近似不变；

S2寻找超声扫查探头在各检测区块上的最佳扫查点；

S3连接各检测区块上的最佳扫查点得到一条优化的扫查路径。

本发明将待检工件划分成若干个检测区块，每个检测区块自身厚度近似不变，再将各个检测区块的缺陷检出率和工艺分开考虑，这样，在待检工件的三维多变断面上的检测工艺就被简化为在多个厚度相对均匀的检测区块上的检测工艺，有利于简化工艺设计。

本发明步骤S2可通过下述步骤实现：

S2.1根据待检工件的历史检测数据和受力分析结果，综合得到检测区块Fi上易出现的缺陷的参数信息，包括缺陷的深度值、偏转角度和高度值，并进行数据统计得到各参数的分布规律，如为平均分布，呈正态分布等；

S2.2利用随机数生成原理，生成n个缺陷深度值Di（i∈n），m个缺陷偏转角度值θ_i（i∈m），并设置z个不同的缺陷高度值Hi（i∈z），上述各参数值均符合相应的参数分布规律，建立对应检测区块Fi的缺陷随机参数数组M[z][n][m],缺陷随机参数数组M中各参数的排列顺序没有限制；

S2.3确定探头在检测区块Fi上完成检测所需要移动的范围T；

S2.4得到探头在上述移动范围T内以步长λ进行扫查时，在各扫查点处对应于缺陷随机参数数组M的缺陷回波幅值数组E_j，j表示步长数；

S2.5根据缺陷随机参数数组M中记录的缺陷参数信息和移动范围T内的各扫查点处的缺陷回波幅值数组E_j，结合缺陷检出率计算公式：