一种基于超声相控阵的铸铝金具蜂窝状缺陷检测方法与流程

1.本发明涉及电力设备技术领域，具体为一种基于超声相控阵的铸铝金具蜂窝状缺陷检测方法。


背景技术：

2.电力金具是指连接和组合电力系统中的各类装置，起到传递机械负荷、电气负荷及某种防护作用的金属附件，大部分金具在运行中需要承受较大的拉力，有的还要同时保证电气方面接触良好，它关系着导线或杆塔的安全，即使一只损坏，也可能造成线路故障，因此，电力金具的质量、正确使用和安装，对线路的安全输送电极为重要，铸铝金具由于受到铸造工艺限制，会产生气孔、疏松等内部缺陷，这些产品到达安装现场，也只能进行外观质量检测，尽管产品性能可以通过相应的力学性能指标反映出，由于这些金具产品形状各异，用户很难直接从产品中截取试样进行材料的力学性能验证，另外各类繁琐的夹具也很难进行全项的验收检测，部分技术指标还为型式试验项目，导致这些产品入网前的验收检测力度明显不足，所以这些铝制金具在国内屡次发生断裂，造成故障跳闸，尤其在一些大跨越、极端气象环境，输电线路铝制金具脆弱的一面展现崭露无遗。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.本发明的目的是提供一种基于超声相控阵的铸铝金具蜂窝状缺陷检测方法，克服常规超声检测以及其他无损检测方法对铸铝金具蜂窝状缺陷检测的不足，实现铸铝金具蜂窝状缺陷轴向和周向检测，检测方法简便，检测结果可靠。
5.(二)技术方案
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种基于超声相控阵的铸铝金具蜂窝状缺陷检测方法，包括以下操作步骤：
8.s101、确定柔性相控阵探头中各阵元的排布方式和扫查方式；所述柔性相控阵探头内部阵元排布为凸面，线阵元沿凹面的圆弧面上排列；所述扫查方式包括轴向扫查和周向扫查；
9.s102、建立水铝二层介质的波束聚焦模型；
10.s103、根据所述波束聚焦模型计算各所述阵元的延时量；
11.s104、按照所述排布方式、所述扫查方式以及所述延时量，利用声场聚焦法则使所述柔性相控阵探头激发的超声波在同一时刻汇聚到本检测区域，得到检测图像；
12.s105、对所述检测图像进行拼接，直观显示检测图像中的蜂窝状缺陷。
13.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
14.优选地，所述在确定柔性相控阵探头中各阵元的排布方式和扫查方式，之后还包括：利用仿真软件建立铸铝金具蜂窝状缺陷模型，仿真分析声场经过水铝界面后的聚焦效果以及声场；通过所述聚焦效果以及所述声场得到所述柔性相控阵探头的参数，从而完成
所述柔性相控阵探头的设计。
15.优选地，所述根据所述波束聚焦模型计算各所述阵元的延时量，具体包括：根据所述波束聚焦模型计算各所述阵元的中心坐标；根据所述波束聚焦模型计算超声波在水铝界面入射点处的坐标；根据所述中心坐标以及所述超声波在水铝界面入射点处的坐标，计算各所述阵元的延时量。
16.优选地，所述所述对所述检测图像进行拼接，具体包括：将所述检测图像按位置信息拼接成条形检测图像；将多个所述条形检测图像轴向进行排列拼接。
17.优选地，所述排布方式和扫查方式确定模块，用于确定柔性相控阵探头中各阵元的排布方式和扫查方式；所述柔性相控阵探头内部阵元排布为凸面，线阵元沿凹面的圆弧面上排列；所述扫查方式包括轴向扫查和周向扫查；模型建立模块，用于建立水铝二层介质的波束聚焦模型；延时量计算模块，用于根据所述波束聚焦模型计算各所述阵元的延时量；检测图像确定模块，用于按照所述排布方式、所述扫查方式以及所述延时量，利用声场聚焦法则使所述柔性相控阵探头激发的超声波在同一时刻汇聚到检测区域，得到检测图像；拼接模块，用于对所述检测图像进行拼接，直观显示检测图像中的蜂窝状缺陷。
18.优选地，所述还包括，仿真模块，用于利用仿真软件建立铸铝金具蜂窝状缺陷模型，仿真分析声场经过水铝界面后的聚焦效果以及声场；设计模块，用于通过所述聚焦效果以及所述声场得到所述柔性相控阵探头的参数，从而完成所述柔性相控阵探头的设计。
19.优选地，所述延时量计算模块具体包括：第一坐标计算单元，用于根据所述波束聚焦模型计算各所述阵元的中心坐标；第二坐标计算单元，用于根据所述波束聚焦模型计算超声波在水铝界面入射点处的坐标；延时量计算单元，用于根据所述中心坐标以及所述超声波在水钢界面入射点处的坐标，计算各所述阵元的延时量。
20.优选地，所述所述拼接模块具体包括：第一拼接单元，用于将所述检测图像按位置信息拼接成条形检测图像；第二拼接单元，用于将多个所述条形检测图像轴向进行排列拼接。
21.(三)有益效果
22.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
23.本发明公开了一种基于超声相控阵的铸铝金具蜂窝状缺陷检测方法，该方法是将柔性相控阵探头通过夹具弯曲成凸面相控阵的形式置于铸铝金具表面，在介质耦合的情况下进行纵波电子线扫查，可实现a、b、c、d实时成像，从而克服了常规超声检测缺陷信号识别定位困难，漏检率高等问题。
附图说明
24.图1为本发明实施例插入式管座角焊缝检测方法的流程图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例中，由图1给出，一种基于超声相控阵的铸铝金具蜂窝状缺陷检测方法，包括以下操作步骤：
27.s101、确定柔性相控阵探头中各阵元的排布方式和扫查方式；柔性相控阵探头内部阵元排布为凸面，线阵元沿凹面的圆弧面上排列；扫查方式包括轴向扫查和周向扫查，同时还利用仿真软件建立铸铝金具模型，仿真分析声场经过水铝界面后的聚焦效果以及声场，通过聚焦效果以及声场得到柔性相控阵探头的参数，从而完成柔性相控阵探头的设计；
28.s102、建立水铝二层介质的波束聚焦模型；
29.s103、根据波束聚焦模型计算各阵元的延时量，根据波束聚焦模型计算各阵元的中心坐标，根据波束聚焦模型计算超声波在水铝界面入射点处的坐标，根据中心坐标以及超声波在水铝界面入射点处的坐标，计算各阵元的延时量；
30.s104、按照排布方式、扫查方式以及延时量，利用声场聚焦法则使柔性相控阵探头激发的超声波在同一时刻汇聚到本检测区域，得到检测图像；
31.s105、对检测图像进行拼接，直观显示检测图像中的蜂窝状缺陷，将检测图像按位置信息拼接成条形检测图像，将多个条形检测图像轴向进行排列拼接。
32.在确定柔性相控阵探头中各阵元的排布方式和扫查方式，之后还包括：利用仿真软件建立铸铝金具蜂窝状缺陷模型，仿真分析声场经过水铝界面后的聚焦效果以及声场；通过聚焦效果以及声场得到柔性相控阵探头的参数，从而完成柔性相控阵探头的设计；
33.根据波束聚焦模型计算各阵元的延时量，具体包括：根据波束聚焦模型计算各阵元的中心坐标；根据波束聚焦模型计算超声波在水铝界面入射点处的坐标；根据中心坐标以及超声波在水铝界面入射点处的坐标，计算各阵元的延时量；
34.对检测图像进行拼接，具体包括：将检测图像按位置信息拼接成条形检测图像；将多个条形检测图像轴向进行排列拼接；
35.排布方式和扫查方式确定模块，用于确定柔性相控阵探头中各阵元的排布方式和扫查方式；柔性相控阵探头内部阵元排布为凸面，线阵元沿凹面的圆弧面上排列；扫查方式包括轴向扫查和周向扫查；模型建立模块，用于建立水铝二层介质的波束聚焦模型；延时量计算模块，用于根据波束聚焦模型计算各阵元的延时量；检测图像确定模块，用于按照排布方式、扫查方式以及延时量，利用声场聚焦法则使柔性相控阵探头激发的超声波在同一时刻汇聚到检测区域，得到检测图像；拼接模块，用于对检测图像进行拼接，直观显示检测图像中的蜂窝状缺陷；
36.还包括，仿真模块，用于利用仿真软件建立铸铝金具蜂窝状缺陷模型，仿真分析声场经过水铝界面后的聚焦效果以及声场；设计模块，用于通过聚焦效果以及声场得到柔性相控阵探头的参数，从而完成柔性相控阵探头的设计；
37.延时量计算模块具体包括：第一坐标计算单元，用于根据波束聚焦模型计算各阵元的中心坐标；第二坐标计算单元，用于根据波束聚焦模型计算超声波在水铝界面入射点处的坐标；延时量计算单元，用于根据中心坐标以及超声波在水钢界面入射点处的坐标，计算各阵元的延时量；
38.拼接模块具体包括：第一拼接单元，用于将检测图像按位置信息拼接成条形检测图像；第二拼接单元，用于将多个条形检测图像轴向进行排列拼接；
39.其中本发明内容主要包含二个部分：声场聚焦法则计算和数据拼接软件开发。
40.声场聚焦法则计算，提出水铝二层介质的声学波束聚焦模型，给出了水铝界面相控阵内检测延时计算方法，并在仿真条件下设计聚焦法则。利用声场聚焦法则，使相控阵探头激发的超声波在同一时刻汇聚到检测区域，获得较高的检测灵敏度和信噪比。
41.数据拼接软件开发，探头在轴向方向上需要多圈扫查才能获得完整的检测数据，因此，在超声波检测仪上会采集到多圈的c扫图像，图像的长度较长，不利于检测人员观察。再者，探头在周向方向上的内部阵元的排列方向与周向扫查方向一致，所以采集到的回波信号图像均为斜线，无法精确的测量出回波信号的长度与宽度。为此，本发明开发了一款数据拼接软件，将周向和轴向扫查得到的数据利用c扫拼接技术在计算机上自动拼接成完整、清晰的c扫描图像，使得缺陷成像更加直观，并得到较高的定位定量精度。
42.装置检测原理如下：首先，柔性相控阵探头发射超声波经过耦合介质层折射进入金具，声束汇聚于被检测区域。在这一过程中，每个相控阵探头声场的激发按照聚焦法则进行，并通过电子线扫查使聚焦点在被检区域周向移动，从而完成周向方向上的一段扫查；接着，通过扫查装置控制探头进行周向和轴向扫查，扫查过程中的位移由编码器记录；最后，将扫查得到的数据导入数据拼接软件从而完成整个二维c扫图像，并在超声波探伤仪上实时成像。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。