一種基于全聚焦成像算法改進邊緣缺陷檢測的方法與流程
本發明設計缺陷定位技術領域，特別是改進了一種常規超聲不容易解決的小于半波長微小缺陷以及復雜結構試件的后處理算法。
背景技術：
超聲相控陣技術逐漸應用于工業無損檢測，特別是在核工業及航空工業等領域。如核電站主泵隔熱板的檢測；核廢料罐電子束環焊縫的全自動檢測及薄鋁板摩擦焊縫熱疲勞裂紋的檢測。隨著超聲相控陣檢測技術的不斷普及，使得成像算法的研究越來越得到廣泛的關注。其中HOMLES提出的全聚焦成像算法，使各陣元聲束在檢測區域內的劃分的每一個點上進行聚焦，因此對于常規超聲相控陣不容易解決的小于半波長的微小缺陷可以進行高精度識別。全聚焦成像提供了幾種傳播模式(直接或間接成像)。對于傳統的全聚焦算法來說，一般直接采用直接成像，而實際檢測中常常會由地面回波反射到缺陷上間接成像。
技術實現要素：
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于全聚焦成像算法改進邊緣缺陷檢測的方法。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于全聚焦成像算法改進邊緣缺陷檢測的方法，包括以下步驟：
(1)采集超聲陣列全矩陣數據：依次激發超聲陣列探頭的N個陣元發射超聲波信號，每個陣元發射超聲波信號時，全部陣元同時接收超聲回波信號；將發射陣元i、接收陣元j采集的超聲回波信號記為Sij(i＝1,2,…,N；j＝1,2,…,N)；
(2)劃分試塊的檢測區域，并將檢測區域離散化；根據超聲相控陣檢測的檢出率劃分聚焦點類型，對于檢出率高于檢測標準的聚焦點，執行步驟3；對于檢出率低于檢測標準的聚焦點，執行步驟4；
(3)建立二維直角坐標系Oxz，坐標原點O設置在楔塊下表面中心，利用延時規則將換能器中所有發射-接收陣元組合的超聲回波信號在該聚焦點疊加，獲得表征該聚焦點信號強度的幅值I(x,z)；分別獲得被測區域內每一個目標點的幅值，完成整個被檢測區域內的檢測，I(x,z)的表達式如下：
其中tij(x,z)為得到該幅值的延遲時間，包括從陣元i傳播到聚焦點P的時間，以及從聚焦點P傳播到陣元j的時間，具體如下：
式中，(xi,0)、(xj,0)分別為發射陣元和接收陣元的坐標，c為超聲波在試塊中的傳播速度；
(4)建立二維直角坐標系Oxz，坐標原點O設置在楔塊下表面中心；根據擴散衰減系數重新定義幅值強度；利用延時規則將所有可能間接傳播到聚焦點產生的幅值和直接傳播到聚集點產生的幅值進行疊加，獲得表征該聚焦點信號強度的幅值I(x,z)；分別獲得被測區域內每一個目標點的幅值，完成整個被檢測區域內的檢測；
在直接傳播過程中傳播到聚焦點的擴散衰減系數kd：
在間接傳播過程中傳播到聚集點的擴散衰減系數ki：
其中，h為試塊的檢測厚度；
聚焦點(x,z)的幅值I(x,z)表示為：
其中，
本發明的有益效果是：本發明公開了一種基于全聚焦成像算法改進邊緣缺陷檢測的方法，現在的全聚焦成像算法僅僅考慮當陣列換能器的波之間發射到缺陷位置上，忽略了當陣列換能器的波傳播到試塊底部，反射到缺陷上產生的回波信號，本發明在考慮到多模型的全聚焦算法的基礎上，提出了改進型的全聚焦成像算法，在考慮到波衰減的情況下，加進了底面反射回波對缺陷成像的影響，本發明方法能更加精確的仿真真實超聲相控陣檢測，提高邊緣缺陷檢測的精確度。
附圖說明
圖1為檢測區域離散化結果示意圖；
圖2為檢出率高于檢測標準的聚焦點信號強度的幅值計算示意圖；
圖3為檢出率低于檢測標準的聚焦點信號強度的幅值計算示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
本發明提出的一種基于全聚焦成像算法改進邊緣缺陷檢測的方法，該方法包括以下步驟：
(1)采集超聲陣列全矩陣數據：依次激發超聲陣列探頭的N個陣元發射超聲波信號，每個陣元發射超聲波信號時，全部陣元同時接收超聲回波信號；將發射陣元i、接收陣元j采集的超聲回波信號記為Sij(i＝1,2,…,N；j＝1,2,…,N)；Sij是一組包含了每個時間采樣點接收信號的幅值的數據。
(2)劃分試塊的檢測區域，并將檢測區域離散化，以規則的矩形試塊為例，離散化結果如下圖1所示；根據超聲相控陣檢測的檢出率劃分聚焦點類型，對于檢出率高于檢測標準的聚焦點(位置在沒有用實線連接起來的中間區域)，執行步驟3進行更為精確的定位；對于檢出率低于檢測標準的聚焦點來說(除最外側方框外，用方框框起來的位置)，受邊界回波的影響，執行步驟4；檢測標準可以選擇90％。
(3)如圖2所示，建立二維直角坐標系Oxz，坐標原點O設置在楔塊下表面中心，利用延時規則將換能器中所有發射-接收陣元組合的超聲回波信號在該聚焦點疊加，獲得表征該聚焦點信號強度的幅值I(x,z)；分別獲得被測區域內每一個目標點的幅值，完成整個被檢測區域內的檢測，I(x,z)的表達式如下：
其中tij(x,z)為得到該幅值的延遲時間，包括從陣元i傳播到聚焦點P的時間，以及從聚焦點P傳播到陣元j的時間，具體如下：
式中，(xi,0)、(xj,0)分別為發射陣元和接收陣元的坐標，c為超聲波在試塊中的傳播速度；
(4)針對圖1所示，用矩形框框起來的聚焦點來說，考慮到實際檢測中常常會出現如圖3所示的全聚焦模型，除了直接傳播到P點的波，一部分波會直接傳播到試塊底部，再反射回來，所以對于傳統的全聚焦來說，缺少了這一部分的值。但直接傳播和間接傳播，波衰減程度不一致，所以擴散衰減系數在區分這兩部所得到的幅值，起到了重要作用。
如圖3所示，建立二維直角坐標系Oxz，坐標原點O設置在楔塊下表面中心；根據擴散衰減系數重新定義幅值強度；利用延時規則將所有可能間接傳播到聚焦點產生的幅值和直接傳播到聚集點產生的幅值進行疊加，獲得表征該聚焦點信號強度的幅值I(x,z)；分別獲得被測區域內每一個目標點的幅值，完成整個被檢測區域內的檢測。
在單一介質的二維模型中，使用距離平方根的反比來表示擴散衰減系數，故在直接傳播過程中傳播到聚焦點的擴散衰減系數kd：
在間接傳播過程中傳播到聚集點的擴散衰減系數ki：
其中，h為試塊的檢測厚度；
聚焦點(x,z)的幅值I(x,z)表示為：
其中，
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