用于生成合并的B扫描的方法和系统与流程

用于生成合并的b扫描的方法和系统
1.优先权声明
2.本技术要求于2019年9月30日提交的美国临时专利申请序列号62/907,836和于2020年8月20日提交的美国专利申请序列号16/998,198的优先权的权益，其全部内容在此通过引用并入本文。
技术领域
3.本技术涉及超声检测。


背景技术：

4.相控阵超声检测(paut)是先进的非破坏性检测技术，其使用由许多小元件组成的超声检测(ut)探头组，通过计算机计算的定时单独地对每一个超声检测探头应用脉冲，并且paut可以用于检测更复杂的几何形状，用单个探头检测该更复杂的几何形状是困难的并且慢得多。paut可以用于检测已经使用传统ut方法(例如焊缝检测、裂纹检测和腐蚀监测)的几乎任何材料，并且可以用于广泛的工业，包括航空航天、发电、石油化工，金属坯料和管材供应商、管道构建和维护、结构金属和一般制造业。
5.与其他形式的ut相比，paut具有几个优点：(i)paut可以比其他形式的ut更快地进行；(ii)由于它具有高度的可重复性，因此可以容易地用于重复扫描；(iii)通过顺序发射不同角度的光束，paut能够创建部件的详细且精确的横截面；以及(iv)它在用于机械扫描的空间较小的情况下也特别有用，因为paut检测能够在不移动探头的情况下扫描光束。目标(例如，焊缝)的paut检测的工作流程可以分为三个主要步骤：筛查(例如，寻找指示和缺陷)、表征(例如，缺陷尺寸确定和识别)和报告(例如，将与缺陷有关的测量结果放在一起并做出判断)。尽管实际的paut扫描可以快速地进行，但是该工作流程可能相当耗时。


技术实现要素：

6.本文描述的示例涉及用于执行辅助超声检测缺陷筛查的方法、系统和计算机程序产品。该方法包括分析与指定扫描轴位置和指定超声轴位置对应的多个超声响应。针对多个相应的扫描轴-超声轴位置，选择以下超声响应：该超声响应代表针对扫描轴-超声轴位置的超声响应。然后可以关联(例如，合并或以其他方式关联)所选择的超声响应，以用于超声检测缺陷筛查。
7.本文描述的示例涉及超声检测缺陷筛查的方法，包括：接收针对不同的扫描轴位置和超声轴位置的扫描数据，该扫描数据包括针对多个相交扫描轴-超声轴位置中的每一个的多个超声响应；针对多个相交扫描轴-超声轴位置中的每一个，从针对相应的扫描轴-超声轴位置的多个超声响应中选择代表性超声响应；以及对针对多个相交扫描轴-超声轴位置选择的超声响应进行合并以生成图像。
附图说明
8.通过结合附图参照以下描述可以更好地理解本文的主题。附图不意图限制本文包括的权利要求的范围。为了清楚起见，不是每个元件都在每个图中被标记。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施方式、原理和构思上。因此，通过以下结合附图进行的对本公开内容的实施方式的详细描述，本公开内容的特征和优点将变得更加明显，在附图中：
9.图1是示出根据本主题的示例实施方式的用于超声检测缺陷筛查的系统的框图；
10.图2是示出根据本主题的示例实施方式的超声检测缺陷筛查的方法的流程图；
11.图3a至图3d是根据本主题的示例实施方式的由用于超声检测缺陷筛查的系统生成的带注释的b扫描图像；
12.图4是示出根据本主题的示例实施方式的用于超声检测缺陷筛查的装置的框图；以及
13.图5是在机器可读介质中实施的用于超声检测缺陷筛查的本主题的示例实施方式的说明。
具体实施方式
14.相控阵超声检测(paut)检测数据(例如，指示)通常包括几何回波，这可能使对真正的缺陷回波的搜索复杂化。实际上，检测分析员面临具有挑战性的任务，该任务包括在他们的执行方面取得平衡。在检测工作量与单个分析员所执行的检测的彻底性之间可能存在折衷。
15.筛查检测数据(例如，寻找指示和缺陷扫描是复杂的过程，通常涉及分析员以动态和迭代的方式手动搜索缺陷。例如，分析员可以在s扫描(扇形扫描)中选择角度，其然后显示对应的b扫描，分析员可以在b扫描中筛查可能是缺陷而不是简单几何形状的指示。然而，分析员可用的数据可能受限于所选择的s扫描角度和b扫描位置。然后分析员可以遍历角度以在对应的b扫描图像中筛查指示。通过该重复过程，分析员记住或记录指示的位置以用于在角度之间交叉参考，以确定该指示是缺陷还是例如焊缝几何形状。该过程通常涉及在s扫描中的各个角度之间来回进行的大量重复动作，并且集中比较对应的b扫描图像。这可能是筛查过程的具有挑战性的方面，在该筛查过程中分析员努力确保对缺陷的筛查，而不会不必要地包括非缺陷指示。
16.本主题的示例实施方式通过以下方式提高了筛查过程的效率：通过提供单个合并的b扫描视图来帮助识别指示，从而消除了在各个s扫描角度和其对应的b扫描图像之间重复地来回转换(例如，扫描)的需要。因此，本主题的示例实施方式在减少筛查过程所涉及的时间方面提供了节省，并且通过减少遗漏的或错误表征的指示的可能性来提高准确性。可以预期，对于具有困难筛查特征的焊缝，节省将在十分之二或十分之三的量级。
17.图1是示出根据本主题的示例实施方式的用于超声检测缺陷筛查的系统100的框图。典型的超声检测系统100包括若干功能单元，例如处理器110、脉冲发生器115、接收器145、探头(例如，换能器)125和显示设备150。如图1所示，系统100包括具有处理器110、脉冲发生器115、接收器145、显示器150和存储器155的仪器105。脉冲发生器115可以产生高压电脉冲。在处理器110的控制下并由来自脉冲发生器115的触发120驱动，探头125产生高频超声能量。声音能量以入射波127的形式被引入目标130材料并通过目标130材料传播。当在波
路径中存在不连续性或其他指示135(例如，裂纹)时，部分能量将作为反射波137被从缺陷表面反射回来。反射的波信号137由探头125转换成电响应信号140并由接收器145接收，接收器145可以将响应信号140转换成扫描数据140'(例如，a扫描数据和扫描轴位置数据)。处理器110然后可以接收扫描数据140'以用于分析。在一些实施方式中，当从探头125接收扫描数据140'时，使用显示器150实时分析扫描数据140'，并且在其他实施方式中，可以将扫描数据140'存储到存储器155，以用于使用仪器显示器150或外部计算机(未示出)进行离线分析。
18.图1的其余部分可以结合图2来描述，图2是示出根据本主题的示例实施方式的超声检测缺陷筛查的方法的流程图。如图1所示，本主题的示例实施方式通过提供单个合并的b扫描195视图(例如，其可以在仪器显示器150或外部计算机的外部显示器(未示出)上产生)来帮助分析员识别指示，从而提高筛查过程的效率。
19.为了生成合并的b扫描195，本主题的示例实施方式接收并分析针对扫描轴位置180和超声轴位置185的扫描数据140'(步骤210)。扫描轴可以指沿着检测路径(例如探针125遍历目标130的路径)、由探头125和目标130(例如，被检测的部件)共享的公共轴。例如，对于焊缝检测，扫描轴可以被定义为平行于焊缝线的长轴的轴，其中扫描轴定义了探头的检测路径。超声轴可以指超声波(例如，入射波127和反射波137)传播的传播方向，例如被表示为以下射线：朝向被检测目标130内的回声特征延伸的射线或从被检测目标130内的回声特征延伸的射线。针对每个相交的相应的扫描轴-超声轴位置187，处理器110选择代表针对扫描轴-超声轴位置185的超声响应的代表性超声响应190(步骤220)。换言之，如图1所示，在扫描轴位置180处，针对定义s扫描170的角度范围的每个相应的步进角175，在每个超声轴位置185处存在多个可用数据点(例如，在s扫描170的角度范围内的每个相应的b扫描中，针对超声轴位置的a扫描数据的子集)。本主题的示例实施方式针对每个步进角175分析针对超声轴位置的可用a扫描160数据的子集，并且选择a扫描160数据的代表性子集来代表s扫描170的角度范围内的s扫描的扫描轴-超声轴位置187。
20.本主题的示例实施方式然后将所选择的超声响应进行关联以用于超声检测缺陷筛查(步骤230)。已经针对每个扫描轴-超声轴位置187分析了针对s扫描170的角度范围内的每个步进角175的相应a扫描，本主题的示例实施方式已经选择了针对每个超声轴位置的a扫描160数据的子集，作为针对多个b扫描165和多个s扫描170中的每个扫描轴-超声轴位置187的代表性超声响应190。a扫描数据的所选择子集的这种集合(例如，相关联的超声响应)被称为合并的b扫描195，并且类似于b扫描165中的传统b扫描，可以在超声轴和扫描轴中绘制该集合。本领域的普通技术人员将理解，当呈现给分析员或操作员以用于超声检测缺陷筛查时，合并的b扫描195基于选择标准提供针对扫描轴位置的多个s扫描170的概要视图，以简化筛查。
21.在本主题的某些实施方式中，为了针对扫描轴-超声轴位置选择代表性a扫描，处理器110可以针对扫描轴-超声轴位置187在针对s扫描170的扫描角度范围的a扫描160集合上执行操作，例如对a扫描幅度值或对这样的值的大小执行操作。在本主题的其他实施方式中，为了针对扫描轴-超声轴位置选择代表性的a扫描，处理器110可以针对扫描轴-超声轴位置187从针对s扫描170的扫描角度范围的多个a扫描160中选择最大幅度值。然后，处理器110可以针对每个扫描轴-超声轴位置汇编(compile)具有最大幅度值的所选择的a扫描
160，并将它们合并以生成合并的b扫描195。
22.本领域普通技术人员应当理解，本主题的示例实施方式不仅可以应用于扇形扫描，而且能够应用于线性扫描、复合扫描以及本领域现在已知的和将来发现的其他电子扫描技术。
23.图3a至图3d是根据本主题的示例实施方式的由用于超声检测缺陷筛查的系统生成的带注释的b扫描图像。如图3a至图3d所示，本主题的示例实施方式在单个画面中在焊缝几何回波旁边显示真实缺陷，而不需要通过选择各种s扫描角度来动态地搜索它们。因此，分析员可以立即具有焊缝(或其部分)的整体视图。
24.由本主题的示例实施方式提供的另一优点是，合并的b扫描图像的锐度和每个点的分辨率能够实现预表征(pre-characterization)，因为一些缺陷类型也看起来具有来自直接信号和模式转换信号的特定特征或图案(例如，未熔透、嵌入式缺陷、热影响区裂纹、外径和内径表面裂纹、中心线裂纹、焊趾裂纹)。因此，通过采用本主题的示例实施方式，熟练的操作员可以检查合并的b扫描，并且在对合并的b扫描图像中示出的指示进行表征方面得到帮助。
25.此外，矫直可以应用于本文描述的合并的b扫描。一些b扫描图像可能包括焊缝几何伪影，在该焊缝几何伪影处可以观察到漂移(drift)。该漂移通常是由扫描时的机械偏移误差或变化的焊缝几何形状或两者的组合引起的。无论如何，可以通过矫直焊缝几何形状信号来补偿漂移。为了补偿该漂移，可以检测合并的b扫描中的指示(例如，焊缝)，并且然后将该指示矫直以去除漂移。可以使用飞行时间校正来实现矫直，以矫直焊缝几何伪影，并且校正在b扫描图像中看到的漂移。
26.图4是根据本主题的示例实施方式的用于利用声学互易性(acoustic reciprocity)原理获取相控阵超声检测数据的示例实施方式装置405的框图。装置405可以是系统400的一部分，并且包括存储程序逻辑415的存储器410、用于执行过程425的处理器420、以及经由总线435连接的通信i/o接口430。仅出于说明性目的而讨论示例性装置405，并且不应将其解释为对本公开内容的实施方式或范围的限制。在一些情况下，可以基于特定情况将一些装置添加到计算机系统400或从计算机系统400移除一些装置。
27.可以用硬件、软件或两者的组合来实现处理。可以在可编程计算机/机器上执行的计算机程序中实现处理，每个可编程计算机/机器包括处理器、存储介质或可由处理器读取的其他制品(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入设备以及一个或更多个输出设备。程序代码可以被应用于使用输入设备而输入的数据，以执行处理并生成输出信息。存储器410可以包括机器可读介质，该机器可读介质上存储有由本文描述的任何一个或更多个技术或功能实施或利用的一组或更多组数据结构或指令(例如，软件)。
28.在一些实施方式中，该系统可以由执行一个或更多个计算机程序以执行该系统的功能的一个或更多个可编程处理器来实施。在一些其他实施方式中，系统的全部或部分可以被实现为专用逻辑电路(例如，现场可编程门阵列(fpga)和/或专用集成电路(asic))。在一些其他实施方式中，可以使用以下电子硬件电路来实现系统的全部或部分：该电子硬件电路包括诸如处理器、存储器、可编程逻辑器件或逻辑门中的至少一个的电子设备。
29.在一个实施方式中，本文所述的方法不限于所描述的具体示例。在另一个实施方式中，任何方法步骤而是可以根据需要被重新排序、组合或移除，或者并行或串行地执行，
以实现上述结果。
30.在一些实施方式中，该系统可以至少部分地通过计算机程序产品(例如，在非暂态机器可读存储介质例如非暂态计算机可读介质中)来实现，该计算机程序产品由数据处理装置(例如，可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或用于控制数据处理装置的操作。在某些实施方式中，每个这样的程序可以用高级过程或面向对象编程语言来实现，以与计算机系统通信。然而，在某些其他实施方式中，可以用汇编或机器语言来实现程序。在一些实施方式中，语言可以是编译语言或解释语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元。在一些其他实施方式中，计算机程序可以被部署成在一台计算机上或者多台计算机上执行，所述多台计算机在一个站点处或跨多个站点分布并且通过通信网络互连。
31.本公开内容的方法和装置可以至少部分地采取在有形非暂态介质(例如，软盘、cd-rom、硬盘驱动器、随机存取或只读存储器或任何其他机器可读存储介质)中实施的程序代码(即，指令)的形式。当程序代码被加载到诸如图4的计算机的机器中并由该机器执行时，该机器变成用于实践本主题的示例的装置。当在一个或更多个通用处理器上实现时，程序代码与这样的处理器组合以提供类似于特定逻辑电路操作的独特装置。这样，通用数字机器可以被转换成专用数字机器。在一些其他实施方式中，非暂态机器可读介质可以包括但不限于硬盘驱动器、致密盘、闪存、非易失性存储器、易失性存储器、磁盘等，但本身不包括暂态信号。
32.术语“机器可读介质”或“机器可读存储介质”可以包括能够存储、编码或携载用于被机器执行并且使机器执行本公开内容的任何一个或更多个技术的指令的任何介质，或者能够存储、编码或携载被这样的指令使用或与这样的指令关联的数据结构的任何介质。非限制性的机器可读介质示例可以包括固态存储器以及光介质和磁介质。因此，机器可读介质不是暂态传播信号。大容量机器可读介质的具体示例可以包括：非易失性存储器，例如半导体存储器装置(例如，电可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom))和闪速存储器设备；磁性或其他相变或状态变化存储器电路；磁盘，例如内部硬盘和可移除盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom盘。
33.图5是包括程序逻辑555的计算机程序产品500的框图，该程序逻辑555以计算机可执行代码被编码在计算机可读介质560上，该计算机可执行代码被配置成根据本主题的示例实施方式利用声学互易性原理获取相控阵列超声检测数据。用于执行该方法的逻辑可以被实施为上述系统的一部分，其对于执行参考所示实施方式而描述的方法是有用的。在一个实施方式中，程序逻辑555可以被加载到存储器中并由处理器执行。在另一实施方式中，程序逻辑555也可以是计算机可读介质上的相同程序逻辑555。
34.尽管已经出于清楚理解的目的对前述示例进行了一些详细的描述，但是明显的是，在所附权利要求的范围内可以实践某些改变和修改。本发明的范围仅由权利要求限制，并且本发明包含许多替换方案、修改例以及等同方案。在以上描述中阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的来提供这些细节，并且可以在没有这些具体细节中的一些具体细节或所有具体细节的情况下根据权利要求来实践本发明。为了清楚起见，没有详细描述与本发明有关的技术领域中已知的技术材料，使得不会不必要地模糊本发明。因此，上述实现方式被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文给
出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和其等同物内对本发明进行修改。
35.已经参照附图描述了本公开内容的各种实施方式。可以理解，提供这些示例实施方式仅用于使本领域技术人员能够更好地理解本公开内容并随后进一步实现本公开内容，而不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。应注意，这些附图和描述仅作为实施方式的示例呈现，并且基于此描述，可以想到具有本文中所公开的结构和方法的替选实施方式，并且可以在不脱离本公开内容中所要求保护的本公开内容的原理的情况下使用这样的替选实施方式。
36.可以注意到，图中的流程图和框图可以示出根据本公开内容的各种实施方式的能够由计算机程序产品执行的装置、方法以及架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示模块、程序段或代码的一部分，其可以包含用于执行指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替选实现方式中，框中表示的功能可以以不同于图中所示顺序的顺序发生。例如，连续示出的两个框可以基本上并行地执行，或有时以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应当注意，框图或流程图中的每个框以及框的组合可以通过用于执行指定功能或操作的专用的、基于硬件的系统或通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。
37.本文所用的术语“包含”、“包括”、其派生词和类似表达应被理解为开放式的(即，“包含/包括，但不限于”)。术语“基于”是指“至少部分基于”，术语“一个实施方式”是指“至少一个实施方式”，并且术语“另一实施方式”表示“至少一个其他实施方式”。提供了其他术语的相关定义。
38.在本文中，如在专利文献中常见的那样，术语“一”或“一个”被使用，以包括一个或多于一个，与“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法无关。在本文中，除非另有指示，否则术语“或”用于指非排他性的或，使得“a或b”包括“a，但不包括b”、“b，但不包括a”以及“a和b”。在本文献中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的通俗英语等同物。另外，在所附权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，除了权利要求中这样的术语之后列出的那些元素之外还包括元素的系统、设备、物品、组成、公式或过程仍然被认为落在该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象强加数字要求。
39.本文中描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令能够操作以将电子设备配置成执行如以上示例中描述的方法。这样的方法的实现方式可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级别的语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。另外，在示例中，例如在执行期间或在其他时间，可以将代码有形地存储在一个或更多个易失、非暂态、或非易失有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移除磁盘、可移除光盘(例如，致密盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或存储棒、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等。
40.以上描述意图是说明性的而非限制性的。例如，以上描述的示例(或示例的一个或更多个方面)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读以上描述后可以使用其
他实现方式。提供摘要以使读者能够快速确定技术性公开内容的性质。在以下理解的情况下提交摘要：摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在上述具体实施方式中，可以将各种特征组合在一起以精简本公开内容。这不应当被解释为意指：未要求保护的公开特征对于任何权利要求而言是必要的。而是，发明主题可以比特定公开的实现方式的所有特征少。因此，所附权利要求在此作为示例或实现方式并入具体实施方式中，其中每个权利要求作为单独的实现方式独立存在，并且预期这样的实现方式可以以各种组合或排列而彼此组合。本发明的范围应当参照所附权利要求以及这样的权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。