轴对称物体缺陷超声检测的特征提取及三维反演模型

Axial-symmetrical objects is widely used in industry field. The object defects, like crack, lard, air hole, directly affect the quality of products.So it is necessary to test its quality before its usage.This project studies defect feature extraction and 3-D inversion model of axial-symmetrical objects base on ultrasonic testing. The detailed contents include: (1)Study of feature extraction and type recognition algorithm by signal processing technology aiming at different defects, like hole,crack, lard, nick and air hole in axial-symmetrical objects. (2)Establishment of ultrasonic 3-D sound field model and reflected echoes model of defects in axial-symmetrical objects base on 2-D sound field model. (3) Establishment of 3-D inversion model of defects base on 3-D sound field model and reflected echoes model of defects.(4) Experimental verification for defect feature extraction algorithm and 3-D inversion model.One of our project objectives is to distinguish the type of defects with recognition rate of 95%. Another objective is to realize 3-D reconstruction of some specific defects,like crack, air hole with diameters of above 2mm and hole,crack, nick with lengths of above 10mm.

轴对称物体广泛应用于工业领域，在生产过程中常常会伴有裂纹、夹杂、气孔等缺陷，这些缺陷影响着产品的正常使用，因此在使用前对产品进行无损检测具有重要意义。本项目针对轴对称物体缺陷超声检测中缺陷识别和重构的问题，研究轴对称物体缺陷特征提取方法及三维反演模型。具体研究内容有：（1）采用信号处理技术，研究轴对称物体内直孔、裂纹、夹杂、划痕、气孔等缺陷的特征提取和类型识别方法；（2）以二维声场模型为基础，建立耦合介质和轴对称物体中超声波传播的三维声场模型和缺陷回波模型；（3）根据轴对称物体的三维声场模型和缺陷回波模型，研究轴对称物体内直孔、裂纹、夹杂、划痕、气孔等缺陷的三维反演模型；（4）通过实验验证上述缺陷特征提取方法和三维反演模型的有效性。项目的研究目标为：能够区分出划痕、夹杂、裂纹和气孔等缺陷，识别率达95%；能够对直径大于2mm的夹杂、气孔和长度大于10mm的直孔、裂纹、划痕等缺陷进行三维重构

轴对称物体广泛存在于国防军工、交通运输等领域，如兵器或航天中弹头和弹体、汽车以及火车的零部件等。在生产过程中由于温挤压或铸造工艺生产，金属材料的轴对称物体常常会产生裂纹、夹杂、气孔、划痕等缺陷，影响了产品的正常、安全使用。因此在使用前对产品进行无损检测具有重要的意义。超声波探伤方法能够检测出金属材料表面和内部的缺陷，该方法的关键技术是缺陷特征提取、类型识别、重构与定位。.本项目针对轴对称物体缺陷超声检测中缺陷识别和重构的问题，研究轴对称物体缺陷特征提取方法及三维反演模型。.主要的研究内容有：（1）开展内部缺陷超声检测方法和实验研究，搭建了轴对称物体超声检测平台；（2）采用多元高斯声束模型研究了空心圆柱体、实心圆柱体和圆锥体的三维声场，分析了超声波在圆柱面入射、反射、折射现象以及倾斜偏心入射的声场分布；（3）采用有限元技术仿真了圆柱体内声波传递模式和缺陷的回波情况，并分析了缺陷位置、形状对回波的影响；（4）利用应力波的传播原理，将有限差分方法与二维傅里叶变换相结合，通过计算传递过程中空间波数谱变换规律，研究了阵列超声波在圆平面内的传递过程，计算得出缺陷回波信号；（5）研究了用于缺陷识别的特征量提取技术和用于缺陷定位的反褶积特征量提取技术；（6）研究了基于时间延时缺陷边界定位技术，基于空间波数谱的缺陷重构方法，并用体绘制方法进行缺陷的三维重构。.在该项目的额资助下，共发表相关学术论文32篇，申请发明专利4个，培养博士研究生1名，硕士研究生9名。.项目的研究成果为轴对称物体缺陷超声检测的工程应用提供了理论支持，研究过程中所得出的规律、理论、模型也可适用于类似结构的声场仿真、检测信号特征提取、缺陷识别和重构。.项目的研究成果为轴对称物体缺陷超声检测的工程应用提供了理论支持，研究过程中所得出的规律、理论、模型也可适用于类似结构的声场仿真、检测信号特征提取、缺陷识别和重构。