鋼管自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、以鋼管為代表的管材是管道的主體材料，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生活產(chǎn)生重大影響，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行性能和使用壽命，長期以來對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)具有強(qiáng)烈需求。而在各種無損檢測(cè)方法中，超聲無損檢測(cè)技術(shù)以其對(duì)人體安全無害、攜帶聲學(xué)信息豐富以及易于與信息技術(shù)相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，成為鋼管質(zhì)量監(jiān)控的有效手段，并正朝相控陣超聲無損檢測(cè)方向發(fā)展。特別是相控陣超聲無損檢測(cè)技術(shù)除傳承超聲檢測(cè)共性特點(diǎn)外，還具有波束柔性合成和自適應(yīng)控制能力，能夠有效減少檢測(cè)盲區(qū)，在鋼

2、管檢測(cè)中表現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但是，隨著鋼管生產(chǎn)應(yīng)用的規(guī)?；c質(zhì)量要求的嚴(yán)格化，傳統(tǒng)的手工檢測(cè)愈加難以適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展需要，業(yè)界對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)的需求日益強(qiáng)烈。基于以上背景，本學(xué)位論文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于旋轉(zhuǎn)聲場(chǎng)的高性能自動(dòng)化在線超聲無損檢測(cè)理論與實(shí)踐研究”(NO.51175465)的資助下，提出開展鋼管自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究。在分析相關(guān)檢測(cè)理論和工藝，實(shí)現(xiàn)鋼管內(nèi)相控陣檢測(cè)聲場(chǎng)建模的基礎(chǔ)上，解決實(shí)時(shí)高分辨率超聲成像及成像

3、結(jié)果友好表征等關(guān)鍵問題，并將機(jī)電一體化與相控陣超聲無損檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)一套鋼管在線相控陣超聲成像檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，為實(shí)現(xiàn)鋼管自動(dòng)化在線超聲成像檢測(cè)奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究工作包括:
　　第一章論述鋼管在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中的重要地位以及開展鋼管相控陣超聲無損檢測(cè)的重要意義，系統(tǒng)總結(jié)相控陣超聲無損檢測(cè)相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。指出當(dāng)前鋼管檢測(cè)所存在的主要問題，明確本文的研究內(nèi)容，為后續(xù)章節(jié)的研究指明方向。

4、
　　第二章分析相控陣超聲波束的合成與控制原理，采用瑞麗積分法模擬液體介質(zhì)中的相控陣輻射聲場(chǎng)，并介紹常見的鋼管相控陣超聲成像技術(shù)。同時(shí)，提出鋼管自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測(cè)系統(tǒng)的功能目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上制定系統(tǒng)的總體方案，并規(guī)劃每個(gè)功能模塊的工作內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)形式，為后續(xù)研究工作奠定理論及技術(shù)基礎(chǔ)。
　　第三章開展基于離散點(diǎn)源法的相控陣聲場(chǎng)建模技術(shù)研究。在利用離散點(diǎn)源建模理論對(duì)液體介質(zhì)和雙層液固介質(zhì)中的輻射位移場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上，針

5、對(duì)鋼管自動(dòng)化相控陣超聲無損檢測(cè)應(yīng)用的特點(diǎn)，完成楔塊-鋼管疊層結(jié)構(gòu)介質(zhì)內(nèi)相控陣超聲檢測(cè)聲場(chǎng)的理論計(jì)算，并分析不同換能器參數(shù)對(duì)相控陣超聲檢測(cè)聲場(chǎng)的影響，達(dá)到優(yōu)化檢測(cè)參數(shù)及實(shí)現(xiàn)聲束在鋼管感興趣區(qū)域內(nèi)聚焦的目的。
　　第四章開展鋼管相控陣超聲成像及其結(jié)果友好表征技術(shù)的研究。針對(duì)螺旋掃查成像的特點(diǎn)及實(shí)際螺距非均勻性的問題，在對(duì)A掃描檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)提取的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)型雙線性內(nèi)插法將提取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)重采樣，有效建立空間坐標(biāo)與檢測(cè)數(shù)據(jù)之

6、間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)螺旋掃查方式下的鋼管相控陣超聲C成像。同時(shí)，采用分區(qū)RGB顏色映射的策略，高對(duì)比度分辨率轉(zhuǎn)換成像數(shù)據(jù)，達(dá)到友好表征鋼管相控陣超聲成像結(jié)果的目的。
　　第五章基于分布式體系結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)策略，以自主研發(fā)的多通道相控陣檢測(cè)儀為功能核心部件，在完成相關(guān)硬件和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)出一套鋼管自動(dòng)化在線相控陣超聲成像檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。同時(shí)，利用所研發(fā)的系統(tǒng)對(duì)無縫鋼管開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證本文相關(guān)理論與技術(shù)的可