t = 艮P
[0021] t = 2d/ (C1Cos a ) +2 (z-d) / (c2cos (arcsin (c2sin a /C1))) (I)
[0022] 同時(shí)S1= s+dtana，χ = s ^(z-cDtanP，由此建立工件內(nèi)的C(x, z)點(diǎn)與掃查控 制的探頭入射點(diǎn)P (S，0)在X方向上的位置關(guān)系為：
[0023] X = s+dtan a + (z-d) tan (arcsin (c2sin a /C1)) (2)
[0024] 所述的方法，所述的步驟四中，角域信號(hào)重構(gòu)的步驟包括：
[0025] 提取步驟二中得到的整個(gè)角域超聲B掃查回波數(shù)據(jù)，采用Hilbert變換法對(duì)過 濾后回波數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)計(jì)算，對(duì)應(yīng)入射點(diǎn)P(S，〇)包絡(luò)后的回波信號(hào)記為S_(t，s，a )，即 senv (t, s, a ) = Hibert (s (t, s, a )),
[0026] 再根據(jù)式（I)、（2)將s_(t，s，a )轉(zhuǎn)化到對(duì)應(yīng)工件坐標(biāo)系（X，z)的B掃查數(shù)據(jù) B(x，Z，a )，
[0027] 即轉(zhuǎn)化算法為：
[0028] B (X，Z，a ) = Senv (2d/(C1Cos a )+2 (z_d) / (C2Cos (arcsin (c2sin a/C1)))，
[0029] x_[dtan a + (z_d) tan (arcsin (c2sin a/C1)) ]，a )
[0030] 最后進(jìn)行角域信號(hào)重構(gòu)，并利用重構(gòu)后數(shù)據(jù)進(jìn)行B掃查成像，重構(gòu)算法為：
[0032] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于，針對(duì)水浸方式下工件內(nèi)微小缺陷或復(fù)雜材料構(gòu)件的超聲 檢測(cè)，通過角域超聲掃查方法，對(duì)不同角度入射到工件內(nèi)的超聲信號(hào)進(jìn)行角域信號(hào)采集，并 考慮水浸超聲檢測(cè)折射造成的渡越時(shí)間及位置偏移，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的角域信號(hào)重構(gòu)成像，有 效降低了隨機(jī)噪聲的影響，提高了超聲成像分辨率和信噪比，有利于微小缺陷的檢出和量 化。
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明角域水浸自動(dòng)超聲掃查裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明角域檢測(cè)坐標(biāo)系示意圖，其中X向?yàn)閽卟榉较颍?br>[0036] 圖3為本發(fā)明角域信號(hào)采集流程圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明角域水浸超聲B掃查示意圖，其中X向?yàn)閽卟榉较颍?br>[0038] 圖5為工件缺陷區(qū)域照片；
[0039] 圖6為采用本發(fā)明方法得到的B掃灰度圖；
[0040] 圖7為采用本發(fā)明方法得到的B掃二值圖；
[0041] 圖8為采用傳統(tǒng)水浸超聲檢測(cè)法得到的B掃灰度圖；
[0042] 圖9為采用傳統(tǒng)水浸超聲檢測(cè)法得到的B掃二值圖；
[0043] 其中1為水槽、2為X/Y/Z/A四軸超聲自動(dòng)掃查架、3為超聲換能器、4為運(yùn)動(dòng)控制 卡、5為運(yùn)動(dòng)控制電器系統(tǒng)、6為超聲脈沖發(fā)生接收儀、7為高頻數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集卡、8為工控 機(jī)、9為被測(cè)工件、10為工件臺(tái)、11為水。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 參見圖1，以構(gòu)建一個(gè)四軸水浸超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)為步驟一，包括四軸水浸超聲自 動(dòng)掃查架、超聲換能器、工控機(jī)、超聲脈沖發(fā)生接收儀、高頻數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集卡及運(yùn)動(dòng)控制電 氣系統(tǒng)等；四軸水浸自動(dòng)掃查架包括X/Y/Z/A軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、探頭架、水槽及工件臺(tái)。其中X/ Y/Z/A軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在水槽上方，由四個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，X/Y/Z軸通過滾珠螺桿 副實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換及傳遞，運(yùn)動(dòng)精度0. 05mm ;A軸通過同步帶和渦輪蝸桿傳動(dòng)，探頭架安裝在 Z軸下方的A軸蝸桿上，探頭架可在A軸方向?qū)崿F(xiàn)任意角度旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度0. 1度； 工件臺(tái)安裝在水槽底部，可通過人工調(diào)整使得工件處于水平狀態(tài)；通過工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡 及其運(yùn)動(dòng)控制電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)X/Y/Z/A軸的高精度運(yùn)動(dòng)控制；超聲換能器安裝在探頭架上， 換能器晶片直徑D，中心頻率f。等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際被測(cè)工件做相應(yīng)調(diào)整，在本檢測(cè)實(shí)例中D 為10mm，f。為2. 25MHz，超聲換能器由脈沖發(fā)生接收儀進(jìn)行激勵(lì)；選用采樣頻率為200MHz的 PCIe9852高頻數(shù)據(jù)采集卡采集回波數(shù)據(jù)，并由超聲脈沖發(fā)生接收儀同步觸發(fā)。
[0045] 步驟二、角域B掃查及角域信號(hào)采集
[0046] (1)將工件放置于水槽內(nèi)，調(diào)整工件臺(tái)使工件表面處于水平狀態(tài)，同時(shí)調(diào)整探頭位 姿，使探頭中心軸線與工件表面法線方向重合，此時(shí)工件表面回波幅值最大，α。= 〇度，通 過超聲測(cè)距法獲取探頭中心到工件表面的垂直距離即水聲距，調(diào)整Z軸運(yùn)動(dòng)使得水聲距為 合適值，本實(shí)例中d = IOOmm0
[0047] (2)設(shè)定探頭中心軸線與工件表面法線夾角在-9°到9°度范圍變化，并將其劃 分為6個(gè)等份，即7個(gè)角度位置為：-9°、-6°、-3°、0°、3°、6°、9°。本實(shí)例中設(shè)定超 聲探頭沿X軸方向掃查移動(dòng)步距A X為0. 05mm。
[0048] (3)調(diào)整A軸使探頭入射角為-9°，調(diào)整X/Z軸使探頭中心位置到工件表面的 水聲距為d。根據(jù)設(shè)定的探頭X方向移動(dòng)步距Δχ，控制掃查架在X/Z平面內(nèi)沿X軸方向 運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲B掃查，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)將每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位置的超聲回波信號(hào)進(jìn)行保存，記為 e(t，s, α 3)，掃查完成后，控制探頭自動(dòng)回到起始位置〇。
[0049] (4)調(diào)整A軸使探頭入射角為-6°，調(diào)整Χ/Ζ軸使探頭中心位置到工件表面的 水聲距為d。根據(jù)設(shè)定的探頭X方向移動(dòng)步距Δχ，控制掃查架在Χ/Ζ平面內(nèi)沿X軸方向 運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲B掃查，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)將每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位置的超聲回波信號(hào)進(jìn)行保存，記為 e(t，s, α 2)，掃查完成后，控制探頭自動(dòng)回到起始位置0。
[0050] (5)類似地，依次可以獲得 e(t, s, a D，e(t, s, α。)，e(t, s, a J，e(t, s, α 2)， e (t，s，α 3) 0
[0051] 步驟三、角域信號(hào)渡越時(shí)間及位置偏移計(jì)算
[0052] 如圖2所示，設(shè)水中和工件中的聲速分別為(^、C2，當(dāng)入射角為α，水聲距為d時(shí)， 根據(jù)斯涅爾折射定律得到聲束在兩層介質(zhì)中的傳播路徑，入射角α和折射角β的關(guān)系為 sina/sinP =C1A2，由此計(jì)算出聲束折射角β。再依據(jù)三角幾何函數(shù)關(guān)系計(jì)算出聲束在 水中傳播距離A=CVco sa,以及聲束在工件中傳播距離r2= (z-d)/C〇si3。因此，計(jì)算出 聲束由探頭中心傳播到工件內(nèi)的C(x, z)點(diǎn)的渡越時(shí)間為
[0053] t = 艮P
[0054] t = 2d/(C1Cos a )+2 (z_d) / (C2Cos (arcsin (c2sin a/C1)))。 (I)
[0055] 且從圖2可知，S1= s+dtan a，χ = s丨+ (z_d) tan β，由此建立工件內(nèi)的C (x, z)點(diǎn) 與掃查控制的探頭入射點(diǎn)P(s，〇)在X方向上的位置關(guān)系為：
[0056] (2)
[0057] 步驟四、角域信號(hào)重構(gòu)
[0058] 提取整個(gè)角域超聲B掃查回波數(shù)據(jù)，首先對(duì)其進(jìn)行過濾降噪處理，然后采用 Hilbert變換法對(duì)過濾后回波數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)計(jì)算，對(duì)應(yīng)入射點(diǎn)P(s，0)包絡(luò)后的回波信號(hào)記 為 senv (t，s，α )，即 Senv (t，s，a )= Hibert (s (t，s，α ))。
[0059] 再根據(jù)式（I)、（2)可將s_(t，s，α )轉(zhuǎn)化到對(duì)應(yīng)工件坐標(biāo)系（χ，ζ)的B掃查數(shù)據(jù) B (X，Ζ, α ) 0
[0060] 即轉(zhuǎn)化算法為：
[0061] B (X，ζ, a )= Senv (2d/(C1Cos α )+2 (z_d) / (C2Cos (arcsin (c2s