基于虚拟仪器的超声成像系统的研制

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1、第48分台场学术沙龙——耻科学发展观推动科技的创新583HybridGeometry—andlmage—BasedApproach．ProcofS1GGRAPH96·1996：ll～205常歌，黄野基于CSG构件分析的建筑物模型提取方法．武汉大学学报信息版，20016张剑清等摄影测量学武汉：武汉大学出版社，2003，1作者简介张剑清，中国测绘学会会员，武汉大学遥感信息工程学院，教授。现主要从事于摄影测量与遥感、计算机视觉等方面的研究。传真：027—87561011；E—mail：)qzhang@supresof『tCOFIIcn。基于虚拟仪器的

2、超声成像系统的研制李建文徐彦霖王增勇中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳，621900摘要随着超声成像技术研究的飞速发展，超声成像检测在越来越多的领域得到广泛的应用。超声成像技术大多与计算机技术、信号和图像处理结合起来，主要包括数据采集和图像重建。本研究基于先进的虚拟仪器技术和Labwindows／CVl编程．以N15911高精度高速数据采集卡为核m构建了一套五轴水浸超声自动扫查成像系统。该系统能进行各种特征值超声成像，实现缺陷的定位、定性和定量分析，捡瓤缺陷准确可靠；能进行材料的声速和厚度的测定，试验结果表明谊系统性能稳定、可靠性好

3、。关键词无损检测虚拟仪器超声成像系统一、超盅成像检测系统构建检测系统为研制的五轴水浸超声成像系统，可以实现平面、柱面、锥面、球面等工作的水浸超声成像检测。平动机构：x、y、z向定位精度±0．05mm，重复定位精度：0．02ram：回转机构：R、Q向重复定位精度：±0．1。。系统硬件A／D采用了美国NI的高精度数字示波器卡NI一5911，lOOMS&实时采样、IOOMHz频宽、8～2l位精度、由频率与采样率决定单～通道、高达27位(一160bdf5)仿真自由动态范围16MB内存，软件系统采用NI的Windows／CVl开发应用程序。1．系统架构五

4、轴水浸超声波扫查装置主要由五轴机械运动机构和开放式计算机测控系统构成，其系统架构如图1所示。系统工作时，由运行在工控机上的测控程序向运动控制卡发出运动指令，再由运动控制卡控制扫查机构中相应的运动轴按照程序预定的轨迹运动，与各运动轴伺服电机直连的旋转编码器将各轴的运动及位置信息反馈回运动控制卡，形成半闭环运动控制系统，以提高扫查机构的运动精度。另一方面，超声波传感器采集的信号经超声探伤仪和数据采集卡的数字化处理送入工控机．由测控程序对采集的超声波数字信号做进一步数据处理，并与编码器反馈回来的各轴的运动位置信息在系统数据库中建立起一一对应关系，以备

5、对超声波无损检测的数字化、图像化处理。584以科学发展观促进科技创新(中)图1五轴水浸超声波扫查系统架构图2．扫查装置机械结构扫查装置的机械结构主要由支架、水平转台、水槽、X向运动机构、Y向运动机构、z向运动机构探头调姿机构等零部件构成，其机械结构图如图2所示。1支架2水平转台3承槽4r向运曲机构5J向瑶动机构6引自运曲机构7探头谰娶机构图2扫查装置机械结构图二、五轴水浸超声自动扫查装置控制软件系统研制1。控制系统配置控制系统采用IPC+测控软件+1／(3卡的开放式结构，其硬件平台是基于IPC的开放式的平台，它以标准的IPC配置通过I／(3卡送

6、出控制指令或者接收反馈信息，驱动并控制硬件的执行。该系统总体方案如图3所示。测控应用系统软件为Win32多线程用户应用程序，由应用系统软件界面和应用软件功能模块等组成，主要完成数控系统的人机交互、系统管理、各种插补计算、加工过程监控等数控任务，采用VisualC十+60开发。竺竺坌竺望兰查兰苎=兰兰兰苎竺兰兰兰茎兰型兰!竺=———=———#——===—；———#——====；———#—————====———一一一2．控制系统总体方案图3控制系统总体方案图四、超声检测的信号采集和处理本软件能够实现对超声波脉冲的发射／接收控制、全波列信号的采集、数

7、字信号的处理功能。能够对超声信号进行高速、高精度的全波列数字化采样，并向计算机进行高速传输。在计算机上实现数字化探伤仪的功能，并能够将信号的各种参数在时域、频域中进行综合分析。本软件包括数据采集和信号处理模块。软件系统采用Nl的LabWindows／CVI软件开发应用程序。信号处理模块是用来对采集的全波信号作数字处理，处理方法包括滤波、相关分析、傅里叶变换、希尔伯特变换、功率谱和相位谱分析等处理。还包括信号放大、信号选择闸门设景、信号延迟和增益调整等。586以科学发展观促进科技创新(中)五、底波超声检测试验结果及分析检测对象为GB7233--8

8、7ZGS对比试块，如图4所示，上面有9个'k2mm平底孔、距上表面深度L分别5mm、10ram、15ram、20mm、25mm、30mm、35ram、