专利名称：一种超声波探伤系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波探伤系统，属于无损检测领域。
背景技术：
超声波用于探伤以及成像已经有很长的时间，现在超声波成像主要用于医学，由于工业部件的复杂性使得超声波自动化探伤与成像的应用比较困难，主要是因为没有合适的换能器，使得物位关系的确定比较困难，因而需要比较复杂的机械定位机构。
中国专利申请号为02139324.9公开了一种三维超声成像无损探伤系统，由三大部分组成，第一部分是计算机平台，主要包括主板、CPU、内存、硬盘，第二部分是连接于计算机总线并受其控制的各个硬件系统，包插超声系统、A/D系统、定时系统、机电执行系统，第三部分是第一部分及第二部分系统上的三维超声成像系统软件，包括信号处理系统、三维显示系统、自动控制系统等，该系统在检测时需要机电执行系统进行物位的测量，而且是基于计算机的，耗电量比较大而且体积也比较大，故而不能满足需求。
另外如专利申请号为97190279的超声波探伤装置及超声波探伤方法专利，在应用时需要从扫查机构获取物位关系；申请号为97109177的手动和机械扫描超声成像系统专利，在成像时使用复杂的定位系统，使得成像的速度比较慢，操作复杂。均存在不足之处。
如今超声波相控阵技术已经比较多地应用于超声无损检测和图像处理，相控阵在提高信噪比方面有很好的作用。但由于不具备合适的换能器，使得超声波探伤在成像技术上存在不尽人意之处，故而急需研制一种超声波换能器，使之应用在超声波探伤时，能方便快捷而又全面的把探伤结果成像。
发明内容
本发明专利的目的是改进现有技术的缺点，提供一种新型的超声波换能器，使之应用在超声波探伤时，能方便快捷而又全面的把探伤结果成像。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下由超声波换能器、处理系统、图像显示装置及信号处理软件组成，所述处理系统分别与超声波换能器和图像显示装置连接，并在信号处理软件的驱动下控制超声波换能器的探测运作，并把探测结果传送到图像显示装置上显示，其特征在于所述的超声波换能器采用旋转体结构。
上述技术方案中，超声波换能器由多个超声波探头组成，所述的超声波换能器的旋转体结构优选采用球形结构或圆柱体结构，换能器采用球形结构时，超声波换能器的内表面呈球冠状，球冠大小为大于或等于半球形，并且超声波探头沿球冠内表面的经纬方向分布；换能器采用圆柱形结构时，超声波换能器的内表面呈圆柱形，而超声波探头在圆柱形内表面沿轴向或周向分布。
本发明所述的处理系统由微处理器CPU、存储器、FPGA芯片和模拟/数字转换器组成。本发明还可设置网络接口和后台控制终端，所述的后台控制终端通过网络接口与处理系统连接，使用时可由后台控制终端控制探伤操作。
本发明的工作原理为对于球形换能器，通过对每个换能器单元按照经纬方向进行编码和编址确定换能器单元的空间位置，所有的换能器依次发射超声波信号，通过对接收到的换能器的位置、超声声程和幅值确定所检测部件的外形轮廓，然后按照经线的方向用所在经线上的换能器对轮廓内部区域动态聚焦，扫描一轮以后按纬线方向对所在位置的外形轮廓区域动态聚焦得到整个部件的空间信息和缺陷的位置、大小和性质；对于圆柱形换能器，通过对所有换能器按照轴向和周向进行编码，先按周向依次发射超声波，根据接收反射波的探头的位置和超声波的声程与幅值确定所在部件周向的外形轮廓，再按轴向扫描确定整个部件的外形轮廓，然后对外形轮廓区域按周向和轴向进行动态聚焦得到所检测部件的空间信息和缺陷的位置、大小、性质。
信号处理软件根据所得到的空间信息，可以将检测到的信号进行实时的二维、三维成像，并传送到图像显示装置上，处理系统及相应的信号处理软件还可根据缺陷的位置、大小和性质赋以不同的权重进行质量评价，并将这些缺陷特征存入数据库，形成自学习的机制。
本发明的优点在于采用多个换能器单元，全部采用电子方式进行控制和检测，不需要复杂的机电控制和扫描部分，可以实时成像并进行质量评价，通过本地和远程数据库实现二维、三维以及四维图像处理；并且本发明还可以通过后台控制终端操作，所以使用时较为方便。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的工作流程图；图3为本发明的球形换能器处理图；图4为本发明的圆柱形换能器处理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明的结构示意图如附图1所示，由超声波换能器1、A/D转换器2、FPGA/CPLD芯片3、CPU4、SDRAM5、LCD显示屏6、音频7、Flash8、USB总线9、网络接口10、个人计算机11组成，其中，A/D转换器2、FPGA/CPLD芯片3、CPU4和SDRAM5组成处理系统，处理系统与超声波换能器1及其它部件连接，处理系统在相应的信号处理软件的驱动下，控制超声波换能器发射超声波束和接收探伤信号，处理系统把探伤结果成像并传送给LCD显示屏6显示，音频7、Flash8和USB总线为扩展部件，用于支持其它的扩展功能，个人计算机11通过网络接口10与处理系统连接，从而实现后台控制本发明的探伤操作。
本发明的工作流程如附图2所示，检测时CPU4发送检测信号给FPGA/CPLD芯片3，FPGA/CPLD芯片3根据检测的要求发送信号控制超声波换能器1对待探测物体发送超声束，超声波换能器1接收反射到的模拟信号经滤波放大后通过A/D转换器2转换成数字信号，然后FPGA/CPLD芯片3将数据进行滤波和预处理然后送到SDRAM5中，CPU4根据SDRAM5中的数据进行图像显示和处理，根据发送和接收探头的位置和声程，将部件的形状和缺陷显示出来，得到二维、三维图像，并传送到LCD显示屏6显示。软件可以判断所测缺陷的位置、大小和性质，再对缺陷赋予一定的权重，对所有的缺陷进行累加即可对部件进行质量评价，当缺陷的累积值超过一定的阀值即认为此部件不合格，而对于运行的设备则需要进行检修或更换，并通过有线或无线网络将缺陷信息送人本地和远程数据库存档，根据对不同物体的成像记录，得到部件运行演变的四维图像，可以改进生产工艺和流程，提高产品质量。本系统具有网络平台，对于环境比较恶劣的场合也可以通过网络进行远程操作，用户只需在个人计算机11上通过网络接口10连接处理系统，并控制整个探伤操作。
本发明的超声波换能器1由多个超声波探头组成，所述的超声波换能器1的旋转体结构优选采用球形结构或圆柱体结构，超声波换能器1采用球形结构时，超声波换能器1的内表面呈球冠状，球冠大小为大于或等于半球形，并且超声波探头沿球冠内表面的经纬方向分布，其示意图如附图3所示；超声波换能器1采用圆柱形结构时，超声波换能器1的内表面呈圆柱形，而超声波探头在圆柱形内表面沿轴向或周向分布，其示意图如附图4所示。对于球形换能器，通过对每个换能器单元按照经纬方向进行编码和编址确定换能器单元的空间位置，所有的换能器依次发射超声波信号，通过对接收到的换能器的位置、超声声程和幅值确定所检测部件的外形轮廓，然后按照经线的方向用所在经线上的换能器对轮廓内部区域动态聚焦，扫描一轮以后按纬线方向对所在位置的外形轮廓区域动态聚焦得到整个部件的空间信息和缺陷的位置、大小和性质；对于圆柱形换能器，通过对所有换能器按照轴向和周向进行编码，先按周向依次发射超声波，根据接收反射波的探头的位置和超声波的声程与幅值确定所在部件周向的外形轮廓，再按轴向扫描确定整个部件的外形轮廓，然后对外形轮廓区域按周向和轴向进行动态聚焦得到所检测部件的空间信息和缺陷的位置、大小、性质。
本发明体积小重量轻，便于携带，可以单独工作也可以安装在生产线上，也可以安装于运行的设备上。由于图像处理的计算量比较大，对于实时性要求高的检测场合可以采用间隔扫描的方式成像，而对于要求精确的内部结构分析场合则可以实行全扫描。对于球形换能器，在经线方向上的每个换能器单元向球心依次发射超声波束，根据接收到反射波的换能器单元的位置和所接收反射波幅值计算出声程和倾角并进行空间定位，所有换能器按经线扫描完以后即可获得所检测部件的外部轮廓，然后按经线方向的平面按相控阵方式对外部轮廓区域动态聚焦，得到所在经线方向的缺陷信息，再按纬线方向的平面以相控阵方式对轮廓区域动态聚焦，即得到所检测部件的全部的缺陷信息。对于圆柱形换能器也跟球形换能器类似，只不过先按周向后按轴向进行外围轮廓和内部缺陷的确定。
权利要求
1.一种超声波探伤系统，由超声波换能器、处理系统、图像显示装置及信号处理软件组成，所述处理系统分别与超声波换能器和图像显示装置连接，并在信号处理软件的驱动下控制超声波换能器的探测运作，并把探测结果传送到图像显示装置上显示，其特征在于所述的超声波换能器采用旋转体结构。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤系统，其特征在于所述的超声波换能器的旋转体结构采用球形结构。
3.根据权利要求1或2所述的超声波探伤系统，其特征在于所述的超声波换能器的内表面呈球冠状，且超声波换能器由阵列分布的超声波探头组成，超声波探头沿球冠内表面的经纬方向分布。
4.根据权利要求3所述的超声波探伤系统，其特征在于所述的超声波换能器的内表面的球冠大于或等于半球形。
5.根据权利要求1所述的超声波探伤系统，其特征在于所述的超声波换能器的旋转体结构采用圆柱形结构。
6.根据权利要求1或5所述的超声波探伤系统，其特征在于所述的超声波换能器的内表面呈圆柱形，且超声波换能器由阵列分布的超声波探头组成，超声波探头分布在圆柱形内表面的轴向或周向上。
7.根据权利要求1或2或5所述的超声波探伤系统，其特征在于所述的处理系统由微处理器CPU、存储器、FPGA芯片和模拟/数字转换器组成。
8.根据权利要求7所述的超声波探伤系统，其特征在于还设置有网络接口和后台控制终端，所述的后台控制终端通过网络接口与处理系统连接。
全文摘要
本发明提供一种超声波探伤系统，由超声波换能器、处理系统、图像显示装置及信号处理软件组成，所述处理系统分别与超声波换能器和图像显示装置连接，并在信号处理软件的驱动下控制超声波换能器的探测运作，并把探测结果传送到图像显示装置上显示，本发明的超声波换能器采用旋转体结构，优选采用球形结构或圆柱体结构，而超声波探头阵列分布在换能器的内表面上，本发明的探测信息全面，并把探测到的信息完整的显示在显示屏上。
文档编号G01N29/04GK1588036SQ200410051389
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月8日 优先权日2004年9月8日
发明者陈铁群, 谢宝忠 申请人:华南理工大学