基于合成孔径聚焦技术的轮对探伤成像算法研究

论文摘要

随着我国经济的飞速发展,火车的运行速度逐渐得到提高,火车运行的安全性也随之成为了人们广泛关注的问题,对火车轮对缺陷的检测并准确判断其位置,一直是铁道运输部门非常重视的问题。超声无损检测技术因为其穿透能力强,检测迅速等优势,是目前被广泛采用的技术,但是传统超声成像技术得到的图像分辨率较低,给缺陷的准确判断和评估带来一定的困难。为了改善轮对超声探伤成像质量,提高图像信噪比和缺陷的检出率,本文通过对超声成像技术的深入研究,针对轮对超声探伤的方法和特点,提出了将轮对探伤结果B扫描图像的直观性与合成孔径聚焦技术的高分辨率特性相结合的图像处理技术。首先,建立合成孔径聚焦超声成像算法的数学模型,进行了深入、详细的数据计算和分析,设计了算法方案,并在实验室条件下进行了数据采集和图像重建,对结果进行了分析和计算,验证了该方案的可行性和有效性。然后,建立了合成孔径聚焦轮对超声探伤成像的数学模型,对超声数据进行了分析,并以内部含有缺陷的CRH型车轮轮对为检测对象,进行了轮对探伤实验、数据采集,实现了基于合成孔径聚焦超声成像算法的轮对超声探伤图像重建,得到图像结果,并对结果进行比较和分析。另外,为了使图像成像质量更高,提出了两种优化方案,一是基于设定阈值和消除伪缺陷点,二是基于超声信号相关性的方案,分别设计了算法处理方案,得到图像显示结果,对结果进行比较和分析,并对三种算法通过图像结果、处理前后信号和运行时间三方面进行了比较。最后,采用图像客观质量评价方法,对重建图像的信噪比进行了定量计算,信噪比提高了6-8dB,达到了预期要求,并设计了软件控制界面,使图像结果更方便、直观的显示。结果表明该技术能有效提高轮对超声探伤成像的信噪比和分辨率,可以提供更准确详实的缺陷信息,提高探伤系统检出率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超声无损检测技术的研究及国内外现状
• 1.3 轮对超声探伤技术的研究及国内外现状
• 1.4 合成孔径聚焦技术
• 1.4.1 合成孔径聚焦技术在超声成像中的发展
• 1.4.2 合成孔径聚焦技术在超声成像中的国内外研究现状
• 1.5 课题研究内容和结构安排
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 结构安排
• 1.6 课题的创新性
• 第2章 合成孔径聚焦超声成像
• 2.1 合成孔径聚焦超声成像技术原理
• 2.2 合成孔径聚焦超声成像技术算法
• 2.2.1 超声成像的数据的可视化显示
• 2.2.2 合成孔径聚焦超声回波信号分析
• 2.3 合成孔径聚焦超声回波信号的仿真
• 2.3.1 单点缺陷超声回波信号分析
• 2.3.2 单点目标仿真结果和分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 合成孔径聚焦超声成像技术的图像重建总体方案设计
• 3.1 合成孔径聚焦超声成像的数学建模分析
• 3.2 合成孔径聚焦超声成像数据计算和处理分析
• 3.2.1 合成孔径长度的计算
• 3.2.2 延迟时间的计算
• 3.3 合成孔径超声检测方案设计
• 3.4 合成孔径聚焦超声成像实验和分析
• 3.4.1 实验系统简介
• 3.4.2 实验数据的采集
• 3.4.3 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 合成孔径聚焦技术在轮对超声探伤中的算法研究
• 4.1 轮对超声探伤成像系统
• 4.1.1 移动式轮辋轮辐探伤系统简介
• 4.1.2 探伤系统组成
• 4.1.3 超声系统组成
• 4.2 合成孔径聚焦成像在轮对探伤中的数学建模
• 4.3 轮对合成孔径聚焦超声信号分析
• 4.3.1 超声回波信号的特点
• 4.3.2 超声检测中的噪声分析
• 4.3.3 超声检测中噪声处理方法
• 4.3.4 超声去噪实现和结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 轮对合成孔径聚焦超声成像图像重建
• 5.1 数据采集
• 5.1.1 检测对象
• 5.1.2 数据采集方法
• 5.2 合成孔径聚焦超声图像重建
• 5.2.1 图像显示结果
• 5.2.2 图像结果比较
• 5.3 合成孔径聚焦处理前后信号比较和分析
• 5.3.1 信号比较
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 合成孔径聚焦超声成像算法优化
• 6.1 合成孔径超声图像重建算法优化方案
• 6.1.1 重建点判定
• 6.1.2 消除伪缺陷
• 6.1.3 合成孔径超声重建优化算法方案设计
• 6.1.4 算法优化图像显示结果
• 6.1.5 结果分析和比较
• 6.2 合成孔径聚焦超声信号相关性算法
• 6.2.1 相关性
• 6.2.2 超声信号相关性分析
• 6.2.3 合成孔径聚焦相关性算法处理的数学模型
• 6.2.4 合成孔径聚焦非线性算法处理方案
• 6.2.5 图像显示结果
• 6.2.6 结果分析和比较
• 6.3 三种算法比较
• 6.4 本章小结
• 第7章 定量评定和软件界面开发实现
• 7.1 超声图像评价体系
• 7.1.1 图像主观质量评价
• 7.1.2 图像客观质量评价
• 7.2 信噪比评价结果和分析
• 7.2.1 计算结果
• 7.2.2 结果分析
• 7.2.3 算法通用性说明
• 7.3 软件界面开发实现
• 7.4 本章小结
• 总结与展望
• 1. 全文总结
• 2. 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：部分算法Matlab源代码
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果