基于虛擬儀器的超聲成像軟件設(shè)計及其在扁鋼檢測中的應(yīng)用研究.pdf

1、彈簧扁鋼是利用鋼在淬火和回火狀態(tài)下所具有的良好彈性而專門用于制造彈性元件的鋼。彈簧扁鋼是重要的工業(yè)用鋼，廣泛應(yīng)用于航空、鐵道車輛、汽車、摩托車等運(yùn)輸工具和其它工業(yè)產(chǎn)品上。彈簧扁鋼在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生缺陷，如非金屬夾雜物、裂紋、脫碳、組織結(jié)構(gòu)不均勻等缺陷，這些缺陷對扁鋼的疲勞性能影響很大。然而，目前對彈簧鋼的無損檢測方法還不成熟，主要采用破壞性的疲勞試驗(yàn)、金相試驗(yàn)和電解法對彈簧扁鋼進(jìn)行抽樣檢測，這些方法是破壞性的檢測方法，其檢測周期長、成本

2、高、無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場檢測；且只能對少量產(chǎn)品的某個部位或某個切面進(jìn)行檢測，不能反映整塊扁鋼內(nèi)部缺陷及組織結(jié)構(gòu)分布情況。
　　超聲波傳播特性有幅度、速度和衰減系數(shù)，本研究提出采用超聲水浸 C掃描檢測方法并結(jié)合超聲波傳播特征對彈簧扁鋼進(jìn)行特征成像檢測。該檢測方法是無損檢測，檢測周期短、成本低，適合現(xiàn)場檢測，且能實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品進(jìn)行100％檢測，成像結(jié)果能直觀的反映整塊扁鋼內(nèi)部缺陷及組織結(jié)構(gòu)分布情況，為綜合評價彈簧扁鋼的質(zhì)量提供了重要手段。然而，常

3、用的商用超聲無損檢測設(shè)備一般只具有B掃和C掃成像功能，且大多是基于波形幅度的成像功能，這對于超聲波傳播特性的表達(dá)能力具有較大局限性。為了實(shí)現(xiàn)多種超聲波傳播特性的成像，更好的實(shí)現(xiàn)對彈簧扁鋼進(jìn)行綜合超聲成像檢測，本研究采用虛擬儀器技術(shù)的模塊化構(gòu)建方式，設(shè)計了適用于彈簧扁鋼組織結(jié)構(gòu)與缺陷無損檢測的成像分析軟件，基于該軟件開展了彈簧扁鋼無損檢測方法研究，主要研究內(nèi)容包括：
　　(1)基于超聲傳播特征參數(shù)的成像軟件設(shè)計
　　本研究開發(fā)

4、了針對于彈簧扁鋼內(nèi)部缺陷及組織結(jié)構(gòu)檢測的超聲特征成像軟件，軟件利用了超聲波傳播特性，如：幅度、速度、衰減系數(shù)，可實(shí)現(xiàn)B/C掃描成像、聲速成像、衰減系數(shù)成像。基于幅度的 C掃描成像可分析扁鋼內(nèi)部缺陷在掃描平面的分布情況并可測量缺陷尺寸，聲速成像和衰減系數(shù)成像可得出扁鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻分布情況。
　　(2)彈簧扁鋼超聲特征成像方法研究
　　基于幅值 C掃描成像檢測的試驗(yàn)中，通過分析聲束焦柱的直徑對檢測結(jié)果的影響，確定了 C掃描圖

5、像中的缺陷邊界，按缺陷直徑方向幅度衰減至最高幅度的0.73倍確定缺陷邊界（“紅—藍(lán)”邊界）可準(zhǔn)確測量缺陷尺寸。通過幅值C掃描成像檢測方法對彈簧扁鋼進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果表明，本研究設(shè)計的幅值成像軟件可以直觀的給出彈簧扁鋼內(nèi)部缺陷的分布，并且按“紅—藍(lán)”邊界的測量方法可準(zhǔn)確測量缺陷尺寸。通過聲速和衰減系數(shù)成像檢測方法對彈簧扁鋼進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果表明，本研究設(shè)計的聲速和衰減系數(shù)成像軟件直觀的給出扁鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不均勻分布情況。
　　(3)

6、三維成像軟件設(shè)計及檢測方法研究
　　本研究開發(fā)了針對于彈簧扁鋼內(nèi)部缺陷檢測的三維成像軟件，該軟件能夠?qū)Χ鄬?C掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，獲得檢測對象的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。在彈簧扁鋼的三維成像的試驗(yàn)方法研究中，通過分析聲束焦柱高度對檢測結(jié)果的影響，確定了按聲波幅度下降至最高幅度的90%測量的焦柱高度(5.9 mm)作為分層C掃描的掃描間隔。采用該掃描間隔對厚度為16mm的試樣進(jìn)行三次不同聚焦深度的C掃描檢測，即可達(dá)到全厚度檢測的目的，并利用本研