CN113686976A - 一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，包括以下步骤：S1：通过超声波探头接收材料内部超声回波信息；S2：通过编码器绑定探头的定位信息；S3：将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，以缩减最终原始数据体积；S4：通过ALOK算法对采集到的数据进行运算，并利用相关性原理将缺陷信号进行相关性增强。本发明的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺通过探头采集材料表面信息后，将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，抓取有效信息区域使得最终原始数据体积大大减少，最后通过ALOK算法对采集到的数据进行运算，并利用相关性原理将缺陷信号进行相关性增强，从而规避柱状晶非等时传播引起的相位不等时特性。
Description
技术领域
本发明涉及柱状晶处理工艺技术领域，尤其是指一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺。
背景技术
粗晶是由于材料冷却过程中生长出垂直于冷却面的柱状晶粒，由于每条晶粒的声速以及长度不一致会产生非等时传递，一个超声波机械脉冲经过多柱状晶区域后，所观察到的缺陷回波会以散射噪声的形式返回，使得超声波的传递到达换能器后产生随机声压，致使压电器材输出的回波幅度被严重削弱。
在粗晶超声波检测场景中，通常增强信号的手法有降低检测频率、相控阵多角度原始声波叠加合成、相控阵多点收发噪声平均技术、窄带滤波技术。然而这些技术对铸造铜坯带来成像效果的提升；在使用低频技术的时候，受制于波长的影响，通常最小缺陷体积当量就必须提高。使用相控阵多角度原始声波叠加以及多点收发噪声平均技术，只是增加有效缺陷反射角信息，但是其涉及的算法以及计算量非常大且成像收发会需要消耗大量的重复频率，造成成像速度缓慢。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中粗晶金属材料在超声波检测时产生随机声压，致使压电器材输出的回波幅度被严重削弱，并提供一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，包括以下步骤：
S1：通过超声波探头接收材料内部超声回波信息；
S2：通过编码器绑定探头的定位信息；
S3：将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，以缩减最终原始数据体积；
S4：通过ALOK算法对采集到的数据进行运算，并利用相关性原理将缺陷信号进行相关性增强。
作为本发明的进一步改进，所述S1中：
通过聚焦圆弧晶片产生一个焦柱长、水和金属材料界面位置声焦点小、且材料内部声传递扩散角较小的声学场景。
作为本发明的进一步改进，所述S2中：
通过编码器外部触发激励脉冲同步，使得超声波激励位置进行编码。
作为本发明的进一步改进，通过编码器外部触发激励脉冲同步，保持超声波激励位置距离有序间隔。
作为本发明的进一步改进，自动分配后的采集信息以每秒500次激励计算。
作为本发明的进一步改进，自动分配后的采集信息的采样深度为1024点16bit。
作为本发明的进一步改进，自动分配后的采集信息中，单一检测通道的总数据量产生速度为1Mbyte/s。
作为本发明的进一步改进，所述S3中：
在A-SCAN中标记需要采集的范围，通过原始信号采集闸门跟踪闸门的信息自动进行跟踪并记录采样时间以及起始位。
作为本发明的进一步改进，所述S3中：
通过智能跟踪闸门技术过滤声波在水中传递的非检测区域。
作为本发明的进一步改进，所述S4中：
通过板材、管材、棒材的ALOK算法进行相关性运算，实现铸材高信噪比检测与成像。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺通过探头采集材料表面信息后，将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，抓取有效信息区域使得最终原始数据体积大大减少，最后通过ALOK算法对采集到的数据进行运算，并利用相关性原理将缺陷信号进行相关性增强，从而规避柱状晶非等时传播引起的相位不等时特性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明优选实施例中基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺的流程示意图；
图2是本发明优选实施例中超声波传递路径示意图；
图3是现有的A-SCAN波形以及相应检测区域内缺陷回波位置图；
图4是本发明优选实施例中A-SCAN波形以及相应检测区域内缺陷回波位置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”、“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“固设于”另一个元件，或与另一个元件“固定连接”，它们之间可以是可拆卸固定方式也可以是不可拆卸的固定方式。当一个元件被认为是“连接”、“转动连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在约束本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”、“第三”等类似用于不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
在一些实施例中，参照图1-图2所示，本发明的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，包括以下步骤：
S1：通过超声波探头接收材料内部超声回波信息；
S2：通过编码器绑定探头的定位信息；
S3：将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，以缩减最终原始数据体积；
S4：通过ALOK算法对采集到的数据进行运算，并利用相关性原理将缺陷信号进行相关性增强；
通过超声波探头接收材料内部超声回波信息后，通过编码器绑定探头的定位信息，使得采样数据包含了空间位置、时间、幅度三者信息的数据矩阵，使得缺陷回波的信噪比提升，在信息采集的过程中，在有限资源的前提下对信号采集方面进行筛选，将大部分声波在水中传递的信息进行去除，将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，抓取有效信息区域使得最终原始数据体积减少，通过ALOK算法能将探头经过缺陷的整个位置、时间、幅度变化的过程进行相关性运算，在存在高噪声的场景中将杂散噪声进行平均过滤将缺陷信号幅度增加。
在一些实施例中，S1中：
通过聚焦圆弧晶片产生一个焦柱长、水和金属材料界面位置声焦点小、且材料内部声传递扩散角较小的声学场景。从而利用柱状晶声学特性，传播方向会沿着柱状晶生长方向传播，规避柱状晶非等时传播引起的相位不等时特性。
在一些实施例中，S2中：
通过编码器外部触发激励脉冲同步，使得超声波激励位置进行编码。从而能够使得ALOK算法的位置信息得到精确的对应，即能够更精确地获得每个定位点的声学检测数据。
在其中一实施例中，通过编码器外部触发激励脉冲同步，保持超声波激励位置距离有序间隔。使得超声波激励位置有序间隔分布，进一步提高ALOK算法的位置信息的精确度。
在其中一实施例中，自动分配后的采集信息以每秒500次激励计算。
在其中一实施例中，自动分配后的采集信息的采样深度为1024点16bit。1024个采样点在不同材质中所能采集的深度分别为：100MHzADC1024点采样深度，对应扫查区域水：7.4mm，钢：30.2mm，铜：30.72mm。
优选的，自动分配后的采集信息中，单一检测通道的总数据量产生速度为1Mbyte/s。使得连续数据采集、存储在普通硬件上就能够实现。
在一些实施例中，参照图3-图4所示，S3中：
在A-SCAN中标记需要采集的范围，通过原始信号采集闸门跟踪闸门的信息自动进行跟踪并记录采样时间以及起始位。并将来自ADC上的原始采样幅度数据进行有限深度记录。
在其中一实施例中，S3中：
通过智能跟踪闸门技术过滤声波在水中传递的非检测区域。由于水的声速较慢，通过准确过滤水信号能够避免金属材质内的有效区域被缩短。
优选的，以板材为例，在水浸探伤中，声波通过水耦合剂传播到达金属材质内部遇到缺陷形成反射回波；在检测过程中，探头与金属材质间距无法保证完全平行，其间距存在一定的变化，然而其在水中传播所消耗的时间冗长，若对闸门进行固定范围采集，则实际数据中有效数据偏少，且容易超出采集范围；智能跟踪闸门利用水与金属间的强烈反射信号作为判断条件，自动去除水层变化引起的采样点损耗，使用界面信号超过闸门幅度评判触发；由于采集过程中需要保留水界面信息，常规超声界面设置的闸门无法对触发前区域水界面进行采集，本实施例通过存储一定的数据深度，允许处理过程中一旦找到触发信号，对触发信号前64采样点进行反朔，以此实现触发前置的处理方式。
在一些实施例中，S4中：
通过板材、管材、棒材的ALOK算法进行相关性运算，实现铸材高信噪比检测与成像。通过板材、管材、棒材的ALOK算法进行相关性运算，能够增强真实缺陷区域的信号，从而实现铸材高信噪比检测与成像。
其中总体数据结构如表1所示：
表1.总体数据结构表其中一组原始数据如表2所示：
表2.一组原始数据表
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过超声波探头接收材料内部超声回波信息；
S2：通过编码器绑定探头的定位信息；
S3：将一次纵波回波区域内的信息进行定向采集，以缩减最终原始数据体积；
S4：通过ALOK算法对采集到的数据进行运算，并利用相关性原理将缺陷信号进行相关性增强。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于，所述S1中：
通过聚焦圆弧晶片产生一个焦柱长、水和金属材料界面位置声焦点小、材料内部声传递扩散角较小的声学场景。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于，所述S2中：
通过编码器外部触发激励脉冲同步，使得超声波激励位置进行编码。
4.根据权利要求3所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于：通过编码器外部触发激励脉冲同步，保持超声波激励位置距离有序间隔。
5.根据权利要求4所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于：自动分配后的采集信息以每秒500次激励计算。
6.根据权利要求4所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于：自动分配后的采集信息的采样深度为1024点16bit。
7.根据权利要求4所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于：自动分配后的采集信息中，单一检测通道的总数据量产生速度为1Mbyte/s。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于，所述S3中：
在A-SCAN中标记需要采集的范围，通过原始信号采集闸门跟踪闸门的信息自动进行跟踪并记录采样时间以及起始位。
9.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于，所述S3中：
通过智能跟踪闸门技术过滤声波在水中传递的非检测区域。
10.根据权利要求1所述的一种基于超声波检测的柱状晶信息处理工艺，其特征在于，所述S4中：
通过板材、管材、棒材的ALOK算法进行相关性运算，实现铸材高信噪比检测与成像。
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