论文部分内容阅读
相控阵超声成像相对于常规超声成像具有更高的分辨力、清晰度和灵活性，可快速实现多角度、全方位检测。由于其本身的复杂性以及对系统处理数据的能力要求较高，针对不同被测试样的材料属性及几何结构特点，需改进检测成像方法才能实现检测需求，这也一定程度上限制了相控阵超声成像技术的工程化应用。为了使相控阵超声检测成像技术在航空航天、船舶等实际的工业检测中得到进一步发展，对相控阵超声实时和后处理两种成像方法及其应用展开研究。在电子线性扫描实时成像技术方面，采用机械臂带动换能器对激光增材制造结构进行相控阵电子线性扫描检测，在极大地提升扫查效率的同时得到了相对于常规超声更好的检测结果；针对复合材料加筋板R角检测，分别采用弧阵相控阵换能器和线阵换能器进行电子线性扫描和复合扫描检测成像，得到了较好的检测结果。采用扇形扫描成像技术，针对航天栅格翼结构和航空发动机叶片两种特殊几何结构试样，通过分析声束声场特性和优化检测成像方案实现了实时检测成像。采用二维矩阵换能器对预埋平底孔缺陷的铝试样进行体聚焦扫描检测，获得了准确的三维成像结果。在后处理成像方面，结合多模式成像理论，对栅格翼结构全聚焦成像时的波形模态、传播路径进行修正，获得了最优的检测结果；针对采用楔块间接耦合的情况，基于声学理论的研究提出了指向性、扩散衰减以及透射衰减修正的校准方法，降低了缺陷漏检率和定量误差；结合实时检测中复合成像方法，对金属R角结构的全聚焦声束路径和孔径进行修正和优化，成功实现了缺陷的后处理成像；针对声速在复合材料层压板中的各向异性，设计了一种基于全矩阵数据的群速度测量方法，对全聚焦成像方法进行角度修正，大大提高了成像的信噪比。在全聚焦成像的基础上，研究了向量全聚焦成像方法，根据不同几何尺寸缺陷与虚拟聚焦孔径位置变化时回波信号幅度的变化关系自动定量缺陷特征，可应用于尺寸小于波长的缺陷检测。除此之外，通过傅里叶变换将全矩阵数据从时域-空间域变换到频域-波数域，建立图像与全矩阵数据之间的关系算法，对波数域后处理成像方法进行了研究，获得时域无法直观获取的信息，同时成像速度快于全聚焦成像。可以看出，实时相控阵超声检测成像方法可广泛应用于各种不同类型材料结构的检测，但是针对型面较为复杂的结构，常规实时相控阵超声检测方法难以直接应用，需要结合结构特点设计检测成像方法，以实现检测需求。基于全矩阵数据的相控阵后处理成像检测方法具有比实时检测方法更高的检测精度，是未来相控阵超声检测技术的发展方向，但是该方法在实际检测中应用较少，需在校准、标准化和工程化上进一步发展。