曲面构件缺陷定量表征方法和系统

本申请属于超声无损检测，具体涉及一种曲面构件缺陷定量表征方法和系统。

背景技术：

1、大型曲面构件在制造和服役过程中易产生裂纹、气孔等内部缺陷。激光超声虽具非接触优势，但曲面流固耦合界面导致声束发生复杂的折射与模态转换，传统全聚焦成像（tfm，total focusing method）或延时叠加（das，delay-and-sum）算法基于平面假设，声传播延时计算不准确，易产生失焦、旁瓣干扰和拖尾伪影；标准延时乘累加（dmas，delay-multiply-and-sum）算法虽可抑制非相干噪声，但在曲面条件下仍会将全反射、低透射及模式混叠路径参与累加，放大伪影；此外，现有方法缺少对温度声速漂移和缺陷反射效率差异的统一补偿。上述因素导致缺陷边缘模糊，定位与尺寸定量精度不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本申请一方面提出一种曲面构件缺陷定量表征方法，包括：

2、获取曲面构件的超声阵列回波信号，确定发射-接收通道的激励位置和接收位置，划定成像区域；

3、对于所述成像区域内的每一待成像位置，确定声波模态对应的传播路径并计算所述传播路径的传播时间，根据预设缺陷类型确定目标声波模态，以所述目标声波模态下传播时间最短的路径的传播时间作为聚焦时延；

4、建立有效性评价体系，用于输出各传播路径的有效性系数；

5、对于每一所述待成像位置，依据所述聚焦时延从所述超声阵列回波信号中提取对应路径的时延对齐采样值，基于所述有效性系数筛选出各传播路径中的有效路径，对所述有效路径分配权重并进行加权，得到有效路径信号集；

6、若有效路径少于两条，直接将此位置成像幅值置零，否则，将所述有效路径的加权采样值进行基于开方运算的非线性累加，对累加结果进行频带选择和包络提取，得到成像幅值；

7、遍历全部待成像位置，根据各位置的成像幅值确定缺陷的空间位置与几何尺寸。

8、进一步地，所述确定声波模态对应的传播路径并计算所述传播路径的传播时间包括：

9、将所述曲面构件的几何模型离散为曲面单元，所述传播路径由若干介质段组成，所述传播时间为所述声波模态在各介质段中的路径长度与所述声波模态在对应介质段中的声速的比值之和，所述声速根据检测温度通过温度修正系数进行校正。

10、进一步地，所述声波模态在介质界面的折射角由界面处的几何参数确定，当所述声波模态在界面处发生全反射或能量透射率低于预设阈值时，将对应所述传播路径判定为无效路径。

11、进一步地，所述有效性评价体系通过参数化扫描建立，所述有效性系数按照回波能量指标、信噪比指标和模式透射指标的乘积构成，扫描参数至少包括入射角参数、缺陷深度参数、缺陷尺寸参数和缺陷取向参数。

12、进一步地，所述有效性评价体系包含有效性系数矩阵，所述有效性系数通过插值方式从所述有效性系数矩阵中查询获得，根据所述有效性系数与预设阈值的比较结果，对所述传播路径执行保留、降权或剔除处理。

13、进一步地，所述权重由有效性系数以及信噪比指标中的至少一种补偿因子确定。

14、进一步地，所述基于开方运算的非线性累加中，任意两条有效路径的累加分量为两条路径加权采样值乘积的符号保留开方值，所述成像幅值为对各累加分量求和后依次进行频带滤波和包络检波的结果。

15、进一步地，所述成像区域以像素或三维体素划分，使用并行处理单元按所述像素或体素和发射-接收通道进行路径计算、时延计算、权重计算和非线性累加计算，并对有效路径索引进行压缩存储。

16、进一步地，所述根据各位置的成像幅值确定缺陷的空间位置与几何尺寸包括：

17、对成像幅值进行背景抑制和自适应分割，提取分割区域的几何特征，通过曲面几何投影换算缺陷的空间位置及几何尺寸。

18、本申请另一方面提出一种曲面构件缺陷定量表征系统，包括：

19、信号采集模块，获取曲面构件的超声阵列回波信号，确定发射-接收通道的激励位置和接收位置，划定成像区域；

20、时延计算模块，对于所述成像区域内的每一待成像位置，确定声波模态对应的传播路径并计算所述传播路径的传播时间，根据预设缺陷类型确定目标声波模态，以所述目标声波模态下传播时间最短的路径的传播时间作为聚焦时延；

21、有效性评价模块，建立有效性评价体系，用于输出各传播路径的有效性系数；

22、路径加权补偿模块，对于每一所述待成像位置，依据所述聚焦时延从所述超声阵列回波信号中提取对应路径的时延对齐采样值，基于所述有效性系数筛选出各传播路径中的有效路径，对所述有效路径分配权重并进行加权，得到有效路径信号集；

23、成像模块，若有效路径少于两条，直接将此位置成像幅值置零，否则，将所述有效路径的加权采样值进行基于开方运算的非线性累加，对累加结果进行频带选择和包络提取，得到成像幅值；

24、缺陷定量模块，遍历全部待成像位置，根据各位置的成像幅值确定缺陷的空间位置与几何尺寸。

25、本申请通过曲面几何建模与斯涅尔定律求解多模态传播路径，结合温度修正系数校正声速，显著提高了曲面构件超声检测的聚焦精度，有效避免了因曲面折射和温度漂移导致的时延计算偏差。同时，通过有限元参数化扫描构建缺陷有效性系数矩阵，实现了传播路径的定量筛选与分级加权，有效剔除了因全反射、模式转换损失或低信噪比导致的无效路径，结合符号保留开方运算的改进dmas成像，有效抑制了旁瓣干扰和拖尾伪影，兼顾了成像质量与计算效率，适用于舰船船体、压力容器等大型曲面构件内部缺陷的高精度定量检测。

1.一种曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述确定声波模态对应的传播路径并计算所述传播路径的传播时间包括：

3.根据权利要求2所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述声波模态在介质界面的折射角由界面处的几何参数确定，当所述声波模态在界面处发生全反射或能量透射率低于预设阈值时，将对应所述传播路径判定为无效路径。

4.根据权利要求1所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述有效性评价体系通过参数化扫描建立，所述有效性系数按照回波能量指标、信噪比指标和模式透射指标的乘积构成，扫描参数至少包括入射角参数、缺陷深度参数、缺陷尺寸参数和缺陷取向参数。

5.根据权利要求4所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述有效性评价体系包含有效性系数矩阵，所述有效性系数通过插值方式从所述有效性系数矩阵中查询获得，根据所述有效性系数与预设阈值的比较结果，对所述传播路径执行保留、降权或剔除处理。

6.根据权利要求1所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述权重由有效性系数以及信噪比指标中的至少一种补偿因子确定。

7.根据权利要求6所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述基于开方运算的非线性累加中，任意两条有效路径的累加分量为两条路径加权采样值乘积的符号保留开方值，所述成像幅值为对各累加分量求和后依次进行频带滤波和包络检波的结果。

8.根据权利要求1所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述成像区域以像素或三维体素划分，使用并行处理单元按所述像素或体素和发射-接收通道进行路径计算、时延计算、权重计算和非线性累加计算，并对有效路径索引进行压缩存储。

9.根据权利要求1所述的曲面构件缺陷定量表征方法，其特征在于，所述根据各位置的成像幅值确定缺陷的空间位置与几何尺寸包括：

10.一种曲面构件缺陷定量表征系统，其特征在于，包括：