高效超声成象系统

　　1　引　　言

　　在现代超声无损检测技术中,超声成象技术是令人瞩目的新技术。数字超声成象无损检测一般是利用点探头扫描或利用相控阵探头形成模拟超声图像,然后利用专用图像卡将其转化成数字图像〔1〕。由于超声图像能直观地再现工件内部缺陷的大小、形状等,当前在无损检测领域应用较广泛。但是该技术存在几个问题制约了其应用:一、点探头扫描通常都是机械扫描,扫描速度慢,系统成象效率低,在检测大工件时尤为突出。二、工业用相控阵探头制造成本高,系统复杂,目前国内尚少见该类探头。三、该类系统成本高。针对这些问题,我们研究开发了高效超声成象系统,它是一种既简单、经济,又能显著提高检测效率的一种新型超声成象系统。

　　2　系统构成与工作原理

　　高效超声成象系统是以传统的超声探伤仪为基础,以计算机为核心,借助超声水浸扫描成象技术、电子技术、计算机技术等进行软、硬件开发和系统集成而成〔2〕。该系统的原理框图如图1所示,它由四个部分组成:(1)超声波发射和接收系统,包括超声探伤仪、聚焦探头和多路电子切换器。(2)数据采集和图像处理系统,包括微机、多功能超声图像卡。(3)水浸扫描系统,包括精密三维扫描工作台、多工位自动回转台、专用夹具、水槽和步进电机驱动卡与驱动电源。(4)软件系统。该系统在计算机的控制下协同工作:首先,进行系统初始化;其次,计算机控制步进电机驱动精密三维工作台,从而带动多个聚焦探头对工件进行扫描。每到一个扫描位置,多路电子切换器依次将每一探头和超声探伤仪接通完成超声的发射和接收,与此同时数据采集电路工作,将模拟超声信号转化成数字信号,然后由计算机处理并存储、显示、打印超声图像,最后对缺陷进行分析。

　　传统的点探头扫描超声成象系统受机械扫描速度限制,检测效率低。如本所以前研制的超声无损检测微机图像处理系统,当扫描分辨率为0.177mm时,C扫描一个45×45mm2的工件需40分钟左右。用高效超声成象系统,采用四通道扫描则只需13分钟就可完成该工件的C扫描成象。在工厂实际应用中通常不需要如此高的扫描分辨率,适当降低扫描分辩率,增加通道数,该系统基本上就能满足在线检测要求。

　　图2为传统点探头扫描路径。图3为四通道高效超声成象系统扫描路径。图3扫描时所用四只探头装夹在专用夹具上,由精密扫描工作台同时拖动,按预定的路径扫描。四个探头的初始位置可根据工件的大小调整。图3把图2分割为4个小区域,每个探头的扫描面积仅为原来的1/4,这样大大减少了机械扫描时间,取而代之的是电子切换时间,电子切换时间几乎可以忽略不计。如果增加通道数量,还可成倍地提高检测效率,该系统设计为16通道,可一次装夹16只探头。实际检测中所用探头的数量会受工件大小和水浸聚焦探头的外径限制。