异形构件超声检测技术研究与系统设计

论文摘要

异形构件具有结构复杂,棱角和台阶等不连续边界多等结构特点。本文研究对象在进行超声检测时会产生棱角波及台阶波等强干扰信号。由于人工无法区分这些干扰信号与缺陷信号,因此亟需结合信号处理技术设计开发一套异形构件超声自动在线检测系统,以提高产品质量与使用安全性。本文根据异形构件结构特点与主要缺陷类型,使用多探头综合探伤方法,利用超声爬波检测原理与底波高度法研究了构件的超声检测方法。设计开发了8通道数字超声处理系统,实现了超声波发射与回波信号前端处理（放大、检波、门选及峰保）电路。设计了基于ISA总线的8通道数据采集及控制系统,能够根据上位机命令设置检测通道的闸门与增益等探伤参数,能够采集前端系统输出的回波峰值电压并保存在RAM中。上位机可以通过ISA总线控制采集系统工作或读回检测数据。使用WinDriver软件开发了采集系统的Windows驱动程序。使用Visual C++开发了异形构件综合判伤及控制程序,实现了与PLC系统通信、系统探伤参数设置、检测日志保存与缺陷显示等功能。通过比较棱角波、台阶波等干扰信号的波形特点,及其与缺陷信号的差异,利用信号能量特征提出了损耗补偿算法,实现了叠加在干扰信号中的缺陷信号的有效提取。针对由工件装配引起的信号扰动形成的垂直探头回波信号趋势线,使用邻阈跟踪法和阈值判伤法两种处理方法消除了信号趋势线并提取了缺陷信号。通过数据融合方式,综合三个检测通道的判伤结果来识别缺陷类型。并对9个刻有人工缺陷或自然伤的工件进行检测,验证了以上算法应用于异形构件自动检测与判伤的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的及研究意义
• 1.2 超声检测研究现状
• 1.2.1 管棒结构的超声检测方法研究现状
• 1.2.2 信号处理在超声检测中的应用现状
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 异形构件超声检测方法
• 2.1 标准样件介绍
• 2.2 探头选择原则
• 2.3 超声检测原理
• 2.3.1 爬波产生机理
• 2.3.2 爬波特性
• 2.4 检测方案
• 2.4.1 异形构件超声检测方法
• 2.4.2 回波信号特征提取方法
• 第3章 检测系统硬件平台设计
• 3.1 检测系统方案
• 3.2 多通道数字超声处理系统
• 3.2.1 线性稳压电源
• 3.2.2 超声波发射接收卡
• 3.2.3 仪器接口说明
• 3.3 数据采集与控制卡
• 3.3.1 采样系统与采样策略的设计
• 3.3.2 系统控制单元设计
• 3.4 CPLD内部功能模块与实现
• 3.5 驱动程序开发
• 第4章 主控界面设计与实现
• 4.1 软件总体设计
• 4.1.1 串口编程
• 4.1.2 多线程编程
• 4.1.3 数据库编程
• 4.2 软件界面及其完成功能介绍
• 4.2.1 参数设置界面
• 4.2.2 检测界面
• 4.2.3 数据记录界面
• 第5章 缺陷识别算法
• 5.1 检测数据特征分析
• 5.2 损耗补偿算法
• 5.2.1 棱角波与缺陷回波比较
• 5.2.2 棱角波信号处理
• 5.2.3 台阶波中叠加缺陷回波
• 5.3 邻阈跟踪趋势线提取法
• 5.4 算法的实现
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢