改进YOLOv5的高密度聚乙烯管热熔接头3D全聚焦成像缺陷识别分析

为保障聚乙烯管热熔接头缺陷识别效率和准确性,该文提出一种基于改进YOLOv5的高密度聚乙烯管热熔接头3D全聚焦成像缺陷识别方法。首先,在YOLOv5模型的特征提取网络中加入SE注意力机制模块,提高不明显缺陷的边缘特征提取,在预测网络中,将原始YOLOv5的损失函数改为SIoU损失函数,提高模型回归效率和收敛速度,更有利于模型的优化;其次,对高密度聚乙烯试块典型缺陷(ϕ1 mm、ϕ2 mm、ϕ3 mm)进行3D全聚焦成像检测实验,采集原始的3D全聚焦缺陷图谱,完成图像增广并建立数据集;最后,采用迁移学习策略对改进模型进行训练,获取最优模型并进行评价。结果表明:该方法与传统YOLOv5相比,其准确率提升了2.4%,召回率提升了3.1%,较好解决检测人员错检、漏检等情况,提高检测效率。

改进型密集阵列全聚焦成像算法的碳纤维复合材料板损伤定位研究

本文针对各向异性碳纤维复合材料板的损伤定位问题,提出改进型密集阵列全聚焦成像方法。首先,考虑碳纤维复合材料板的各向异性,通过实验分析超声导波在板中的传播特性,得到沿不同传播方向的群速度值。其次,对密集型传感器阵列的参数进行分析和优化研究,分别对不同阵列参数即阵元间距和阵元数量进行指向性函数的数值分析,优化阵列的参数,以保证阵列主瓣较窄、旁瓣较低且无栅瓣。然后,提出了一种考虑碳纤维复合材料板各向异性的改进型密集传感器阵列板结构缺陷定位算法。使用超声导波在碳纤维复合材料板中沿不同传播方向的群速度值,对全聚焦算法进行修正,并利用虚拟聚焦原理对板结构进行全聚焦成像。最后,通过布置碳纤维复合材料孔洞损伤实验,对基于密集阵列全聚焦成像方法的定位精度进行分析。实验结果表明,改进型密集阵列全聚焦成像算法的定位精度为1.00 mm,相较于使用单一群速度值,该方法在定位孔洞损伤缺陷时具有更高的精度。

基于分割环阵的CFRP分层缺陷超声全聚焦成像

碳纤维复合材料在钻孔加工时易产生分层缺陷,分层缺陷严重影响了构件的力学性能,存在严重的安全隐患。针对碳纤维复合材料孔边分层缺陷的检测,提出一种基于分割环形阵列的1/4矩阵全聚焦成像方法。设计了R4×S8、R3×S12、R3×S16和R4×S12四种分割环形阵列结构,通过数值仿真对比分析了各阵列的聚焦声场特点,最终确定分割环阵探头为5 MHz的R4×S12探头。使用该探头对碳纤维复合材料孔边分层试块的上层、中层、下层缺陷进行全矩阵采集,利用VTK工具包分别进行全矩阵三维成像和1/4矩阵三维成像。结果表明,1/4矩阵方法比全矩阵方法三维成像的缺陷对比度更高,1/4矩阵方法的缺陷尺寸表征误差更小,误差不超过6%。与全矩阵成像相比,1/4矩阵成像信噪比提升范围为3.43~7.61 dB,有效提升了图像质量。

大型螺栓阵列超声全聚焦成像的场能强化算法研究

大型螺栓大多用于连接需要承受重载和剧烈振动的构件,由于处于关键承载位置,其可靠性和稳定性对于工业结构的安全至关重要。阵列超声全聚焦成像能够提供高灵敏度、高分辨率的三维成像,为螺栓监测/检测提供了更好的质量和可靠性评价能力。但对于大型螺栓监测/检测而言,由于常规全聚焦方法使用单个阵元发射,造成在远离探头的部分超声能量较小,检测灵敏度下降。针对上述问题,提出了一种多反射场能量叠加强化的方法,针对所有反射能量场进行场能重建,将多层声场能量累加,使得缺陷处的信号增强。实验结果表明,随着声场能量层数增加,缺陷处的信号逐步增强,缺陷信噪比提高,可以检出常规全聚焦方法无法检出的小缺陷,证明该方法可以有效提高对微小缺陷的检测能力,提高全聚焦技术对螺栓的检测深度。

超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法

针对超声导波缺陷成像中存在的入射信号能量低、缺陷成像分辨率不足等成像质量不高的问题,提出了一种超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法。首先在长时宽、大带宽线性调频信号激励下,基于超声导波相控阵列逐元激励模式,获取被测结构的全矩阵捕获数据;然后对各响应信号做匹配滤波,对长时宽响应信号波包进行脉冲压缩;接着采用虚拟时间反转法,对脉冲压缩后所得信号进行频散和幅值补偿,以消除大带宽导致的信号相位畸变和因波扩散传播而导致的幅值下降,从而获得无相位畸变的窄时宽信号波包;最后设计了同时包含信号相位和幅值信息的成像指标,进行加权全聚焦成像。在含裂纹、表面缺陷的碳钢板中进行了超声导波缺陷成像试验,结果表明,该方法可以实现单缺陷/双缺陷的高质量成像。

基于灰狼算法的轨道交通钢轨缺陷的稀疏全聚焦成像方法

[目的]采用超声相控阵技术可实现轨道交通钢轨缺陷的高精度成像检测,但广泛应用的全矩阵捕获全聚焦成像方法存在计算耗时长、实时性不高的缺点。为缩短成像计算时间,采用稀疏矩阵替代全矩阵进行超声成像,但传统智能优化算法在解决稀疏阵列设计问题时存在收敛慢、易陷入局部最优的问题。为提高收敛性能和全局搜索能力,提出基于灰狼算法的轨道交通钢轨缺陷的稀疏全聚焦成像方法。[方法]对优化算法下的稀疏阵列性能进行了分析;利用超声相控阵仪器在钢轨试样上采集超声信号,通过稀疏矩阵进行全聚焦成像,以分析成像质量和成像时间。[结果及结论]利用优化算法得到的稀疏阵列具有较高的旁瓣抑制力,PSL(峰值旁瓣水平)可达到-12.83 dB;当PSL阈值为-6 dB时,稀疏阵列主瓣宽度与全阵列2.8°的主瓣宽度相当;稀疏率为75%时,钢轨成像性能指标质量接近全阵列,成像时间缩短了56.35%。

基于镜面回波估计的热壁加氢反应器堆焊层缺陷多模式全聚焦成像

热壁加氢反应器长期在高温、高压和氢腐蚀等恶劣工况下运行,其内壁堆焊层的缺陷检测对设备安全至关重要。针对加氢反应器堆焊层的外侧超声检测技术难点,提出了一种基于镜面回波估计的多模式全聚焦成像检测方法。首先,使用镜面回波估计器进行仿真分析得到多模式全聚焦成像区域灵敏度,确定对缺陷敏感的超声路径;然后,获得不同路径下裂纹缺陷的全聚焦成像特征;最后,使用多模式全聚焦成像方法对试块堆焊层表面裂纹缺陷进行检测与定位。仿真及试验结果验证了该方法在内壁裂纹检测及缺陷定位精度上的可靠性,为行业提供了一种更经济高效的检测方案。

超声相控阵全聚焦后处理成像技术的研究与发展

超声相控阵全聚焦后处理成像技术基于对全矩阵数据中缺陷检测回波超声信号的提取、分析与处理,实现对工件内部缺陷的检测成像。但全聚焦成像的后处理成像技术存在成像效率低、图谱缺陷信息单一、针对部分复杂型面的工件检测成像精度下降等问题。以全矩阵全聚焦算法理论为基础,研究超声相控阵全聚焦后处理技术,并提出今后的发展趋势及研究方向。

超声三维全聚焦成像技术的研究进展

超声三维全聚焦成像技术在缺陷表征能力方面具有更直观的优势,是当今超声相控阵检测领域的研究热点之一。对超声三维全聚焦成像技术的研究进展进行了简要概述,分别基于一维线阵、二维面阵探头介绍了超声三维全聚焦成像技术的成像机理和研究成果,初步探讨了目前研究中存在的不足及未来的发展方向。

复杂结构焊缝缺陷双线阵全聚焦超声成像方法

某型航空发动机高温合金盘由涡轮盘本体和外层整体叶片环焊接而成,采用常规单通道超声方法检测焊接面缺陷时,存在检测分辨率低、信噪比差等问题,为此,提出了一种采用两组线性阵列换能器的检测方案。利用全聚焦方法(TFM)对焊接面缺陷进行成像表征,与常规全聚焦方法不同,阵列孔径和波形模式均能随检测深度动态变化,其最优参数通过理论仿真确定。制备了含预埋缺陷的航空发动机高温合金盘试样,开展了检测实验。结果表明:提出的双线阵全聚焦超声成像方法能有效提高高温合金盘未焊合面积型缺陷的检测能力,是一种可行的检测方案。

缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究

相控阵超声全聚焦成像充分利用了检测信号,具有成像精度高、可进行缺陷识别等特点,是未来最具应用前景的相控阵成像算法之一。然而,目前相控阵超声全聚焦成像仍不能实现缺陷的高分辨率成像,无法对缺陷进行准确的定性、定量分析。为此,采用有限元仿真相控阵传感器的全阵列采集(FMC)过程,在全矩阵数据的基础上设计全聚焦成像程序,对圆孔和裂纹两种典型缺陷进行TFM成像,研究典型缺陷的TFM成像规律,从缺陷散射的角度分析影响相控阵超声全聚焦成像的因素。结果表明,实际检测中相控阵超声传感器只能接收到缺陷的部分散射信息,而相控阵超声在缺陷处的散射场分布与缺陷的类型、尺寸、角度及入射波类型、入射角度等因素有关,因此能否接收到缺陷散射的主要能量是影响全聚焦成像精度的关键。

基于Omega-K算法的快速全聚焦超声成像研究

针对现有超声全聚焦技术难以实时成像的问题,提出基于w-k算法的快速全聚焦技术。首先将用于全聚焦方法（TFM）成像的三维全矩阵数据分解为N个二维子矩阵;利用快速傅里叶变换,将1～N号子矩阵由时域I（t,x）转换为频域D（kZ,kx）;基于w-k算法构建波数迁移因子F（kZ,kx）,对D（kZ,kx）进行加权得到ID（kx,kz）,实现频域中的声束聚焦;通过快速傅里叶逆变换得到子矩阵聚焦图像,并将其进行图像融合,最终获得全聚焦图像。结果表明,单核测试条件下,快速全聚焦方法获得具有200×300像素点的64阵元图像所需平均时间仅为0.65 s,而常规全聚焦算法需要1 467.36 s。综上,基于ω-k算法的全聚焦技术具有成像速度快、对硬件要求低等优点,为实时的高精度在线无损检测提供了一种可行方法。

利用扩散场信息的超声兰姆波全聚焦成像

利用兰姆波的扩散场信号,实现了距离传感器较近缺陷的全聚焦成像.通过两传感器接收的扩散场全矩阵信号进行互相关,恢复出两传感器之间的格林函数响应,重建新的全矩阵.该重建全矩阵削弱了直接耦合采集响应信号中存在的早期饱和非线性效应信号,恢复了被遮盖的近距离缺陷散射信号.在含缺陷的各向同性铝板中激发兰姆波,重建信号的早期信息与直接俘获信号的后期信息相结合形成混合全矩阵,结合全聚焦成像,优化成像效果.所提方法为薄板类结构中距离传感器较近缺陷的兰姆波无损检测提供了理论指导.

基于超声相控线阵的缺陷全聚焦三维成像

在无损检测领域,缺陷三维成像能够还原材料内部缺陷的空间信息,与传统的二维成像相比有着明显的优势。目前实现超声相控阵缺陷三维成像主要依靠面阵探头,而这些设备往往十分复杂和昂贵。通过采取适当的数据采集方法和后处理成像算法,超声相控线阵系统能够实现低成本、高效率的三维超声检测成像。采用断层扫描和全矩阵捕捉的方法获取成像数据;再利用全聚焦成像算法绘制高分辨率的断层图像;根据这些图像在三维空间中真实的位置关系,插值还原出缺陷的三维图像。此外,针对全聚焦成像算法计算量大的问题,提出了一种加速算法。实验表明,这种检测方法能够快速得到目标空间区域的高质量三维图像,准确体现缺陷的空间分布情况,相比于借助B扫查图像和C扫查图像材料内部缺陷的方法,具有更强的直观性。

基于全聚焦成像技术的焊缝近表面平面类缺陷检测

全聚焦成像技术(TFM,total focusing method)利用虚拟聚焦算法,将采集到的每一组收发信号聚焦于成像区域的每一单元格上(虚拟聚焦点)并最终成像.Half-Skip TFM(HSTFM)是在全聚焦成像技术(TFM)的基础上发展起来的一种超声相控阵后处理成像技术.文中分别采用TFM,HSTFM这两种算法对位于焊缝试件近下表面的典型平面类缺陷(垂直于试件表面扩展)进行了成像检测.结果表明,TFM的成像仅观察到平面类缺陷上尖端的存在;而在HSTFM的成像中,平面类缺陷成像完整且清晰可见.同时,试验中根据HSTFM的成像结果,测量出了缺陷的尺寸与定位信息,并具有较小的测量误差.

搅拌摩擦焊焊缝阵列超声全聚焦成像检测技术

针对航天薄壁铝合金搅拌焊焊缝的高精度、高分辨率检测应用需求,开展了阵列超声全聚焦成像检测技术研究。基于斜楔块耦合下横波多次反射全聚焦优化算法搭建了阵列超声检测系统,利用该系统对厚度为6 mm搅拌摩擦焊焊缝不同位置处的Φ0.35 mm横孔进行了相控阵超声扇形扫描成像和阵列超声全聚焦成像检测对比试验。试验结果表明,两种方法均能够有效检测出焊缝中心或热力影响区的横孔,但阵列超声全聚焦成像检测技术在信噪比和纵向分辨力方面更具优势,该技术的发展为航天领域复杂构件高精度、高分率、高可靠性检测难题的解决提供了新的思路和途径。

超声全聚焦成像中等声程线伪影剔除方法

针对超声全聚焦成像算法中等声程线扩散产生的原理性伪影问题,提出了一种基于超声回波声场有效等声程线和图像强度分布特征相结合的伪影剔除方法。首先分析了全聚焦成像算法中等声程线产生伪影的机理,根据数据均方根误差自适应辨识有效等声程线;通过Canny算子获取全聚焦图像待处理候选区域,再根据候选区域中有效等声程线相交次数和图像强度的分布特征辨识缺陷图像和伪影,利用图像中强度最低像素值扩展填充剔除伪影后的区域,进而达到剔除伪影的目的。通过在不同直径通孔类和槽类标准缺陷试块上声场模拟实验,结果表明伪影剔除效果显著。同时,该方法对噪声也有一定的抑制能力,在不加滤波的条件下信号信噪比高于15 dB时就可获得较好的去伪影效果。

双探头梯形矩阵聚焦成像方法

R角是曲面变壁厚结构,传统超声检测方法难以对其轮廓和缺陷进行完整成像显示。针对此问题,首先,提出双探头全聚焦成像方法,实现R角区域的完整成像显示;其次,为了改善双探头全聚焦成像效率较低的问题,采用梯形矩阵聚焦成像算法,实现高效实时成像;最后,对典型变壁厚R角试件开展聚焦成像实验,验证了双探头梯形矩阵聚焦成像方法的有效性。结果表明,与传统单探头全聚焦成像方法相比,双探头梯形矩阵聚焦成像方法能够显示R角结构的完整内轮廓,并清楚显示和定位内部缺陷。

超声相控阵全聚焦法成像检测

超声相控阵全聚焦法(TFM)是用全矩阵捕获模式(FMC)获取的数据来进行信号处理的,所有计算均以30帧/s的刷新率完成。与标准相控阵法相比,全聚焦法成像分辨力甚高,能优化缺陷的定位、定量、表征等,并可对形状复杂试件进行检测。综述了超声相控阵全聚焦法成像检测的典型工业应用,并作了相关讨论,以供国内同行借鉴。

超声相控阵全聚焦成像检测缺陷的定位定量优势分析

超声相控阵全聚焦成像具有成像分辨率好、信噪比高等优势,是近些年压力管道无损检测的研究热点。定量分析全聚焦成像与常规相控阵对不同深度、尺寸缺陷的识别精度,对于进一步认识并推广超声相控阵全聚焦成像技术具有一定意义。采用常规相控阵检测及全聚焦成像检测,对相控阵B型试块中的各缺陷孔进行定量识别和对缺陷信息进行对比的结果表明:超声相控阵全聚焦成像技术检测出的缺陷深度和缺陷直径优于常规相控阵检测。