基于全采样数据的缺陷三维重建方法研究

摘要

随着超声无损检测技术的发展，人们对缺陷的成像质量和成像方式的要求也越来越高。常规的相控阵工作原理是采用波束合成方式，因而没有充分发挥相控阵的优势，即最大化的利用相控阵所有采集到的数据进行图像的聚焦计算；同时，采用常规超声相控阵检测技术需要移动探头才能得到待检测区域的缺陷整体分布情况，且结果不够直观。
　　为了解决以上两方面问题，充分利用相控阵探头压电晶片阵元数量多的优势，本文首先基于全采样数据技术（Full Matrix Capture，FMC）利用超声相控阵面阵探头实现了信号的完整采集，仅一次数据采集即获得了所有激发-接收晶片对对应的A信号矩阵，并从中提取出了对应每行晶片的全采样数据。然后开发了针对每行晶片全采样数据进行成像的全聚焦算法（Total Focusing Method，TFM），分别对8行晶片的全采样数据进行了全聚焦成像，相比于常规相控阵B扫描图像，所获得的图像具有信噪比高、对缺陷的分辨能力高的特点。利用所获得的全聚焦图像组，根据等值面理论对其进行了三维可视化重构，获得了模拟缺陷的三维图像，从三维图像中可以清楚的获得模拟试件内缺陷的分布情况、具体几何尺寸及缺陷位置等信息。
　　为了提高基于TFM成像技术的三维重构方法对实际具有不规则凸起的焊缝的成像适应性，通过计算设计并加工了一个楔块，该楔块可以使晶片发出的纵波声束以一定角度倾斜入射到待检测区域，解决了垂直入射法对焊缝适应性差的问题，同时所获得的图像具有相对较好的信噪比。最后，利用该楔块对实际不锈钢焊缝进行了检测，检测结果显示该方法可以对焊缝中埋藏深度15mm、直径为2mm的横孔具有较好地成像能力，从三维重建图像中可以直观地观测到该模拟缺陷的形貌。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 超声相控阵技术的发展

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 实验原理及实验方法

2.1 常规超声相控阵技术

2.2全采样数据（ FMC）

2.3 基于全采样数据的后处理成像技术

2.4 基于相控阵面阵探头的缺陷三维重建原理

2.5 实验设备

2.6 本章小结

第3章 FMC系统编程及TFM算法的开发

3.1 FMC系统编程

3.2 TFM聚焦算法开发

3.4 本章小结

第4章 基于TFM图像的三维重构

4.1 基于TFM图像的三维可视化重构的算法实现

4.2 直入射法三维重构

4.3 对焊缝缺陷的三维重构

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文及其它成果

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