曲面构件相控阵超声成像检测技术研究

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1、学校代号10536学号13203040401分类号TB553密级公开专业学位硕士学位论文曲面构件相控阵超声成像检测技术研究学位申请人姓名王哲所在学院汽车与机械工程学院专业学位类别工程硕士专业学位领域超声波无损检测指导教师胡宏伟副教授论文提交日期2015年4月长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论义是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研巧成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名；曰期；

2、２地年月＾曰学位论文版权使用授枚书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阔。本人授权长沙理工大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保巧和ｒ编本学位论文。同时援权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于］、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密囚。＂＂（请在［＾上相应方框内打Ｖ）＂作者签名：曰期：＞咬年ｉ月＾曰三运

3、１—导师签名／：＾＾＾曰期：兴护年１月曰学校代号：10536学号：13203040401密级：公开长沙理工大学硕士学位论文曲面构件相控阵超声成像检测技术研究学位申请人姓名王哲指导教师胡宏伟副教授所在学院汽车与机械工程学院专业学位领域超声波无损检测论文提交日期2015年4月论文提答辩期2015年5月答辩委员会主席龚中良教授ResearchonPhasedArrayImagingTestingforCurvedComponentsbyWANGZheB.E.(Hunanuniversityofartsandscience)2013Athesissubmittedinpartialsatisf

4、actionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinDisciplineofMechanicalEngineeringinChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisorAssociateProfessorHUHongweiMay,2015摘要曲面构件已在航天航空、交通运输、电力、医疗器械等行业的关键部件得到广泛应用，超声无损检测对提高其制造质量及服役安全具有重要意义。由于曲面构件几何形状复杂，如何实现对曲面构件的缺陷进行定量及定性分析，成为近年来研究热点。超声相控阵技术通过控制延

5、时时间实现灵活的声束控制，具有声束可达性好、检测效率高等优点。本文针对曲面构件超声相控阵检测时存在的成像质量低、缺陷提取及量化困难等问题，开展了成像参数优化及缺陷提取量化等技术研究。第一章阐述了论文背景及意义，从曲面构件的检测方法、超声相控阵技术、曲面构件声场仿真等方面分析了国内外研究现状及存在问题。引出论文研究内容及章节安排。第二章研究了超声相控阵基本原理及关键技术。阐述了超声相控阵及声束控制的基础原理，分析了超声相控阵偏转与聚焦模型，推导了声束控制延时时间的计算方法，为研究超声相控阵曲面构件待测区域聚焦及偏转扫查奠定了基础。第三章为解决超声相控阵检测成像质量低等问题，研究了超声相控阵换能

6、器辐射声场原理及特性，分析了换能器辐射声场中阵元数、中心轴线处声压特性、界面情况及脉冲宽度等声场特性参数对检测成像质量的影响。并基于时域有限差分法运用WAVE2000软件对曲面构件相控阵声场进行了仿真，并通过采集聚焦点处声压幅值系统分析了阵元数、阵元间距及阵元宽度等几何参数对成像质量影响，获得了参数优化结果。第四章针对理论分析结果，通过控制变量法对轮辋试块及RB-3试块进行超声相控阵检测，得到了超声相控阵检测参数及其他因素对轮辋试块检测成像质量的影响规律。第五章针对检测成像质量低、缺陷提取及量化困难的问题，提出了迭代法与数学形态学相结合提取缺陷的图像处理方法，并与传统迭代法、Otsu法、Be

7、rnsen法进行对比，研究了各种方法在不同检测孔径下提取的缺陷面积、周长及长短轴等缺陷特征值。结果显示迭代法与数学形态学相结合具有更好的缺陷提取效果及量化精度，且增加换能器孔径尺寸能降低缺陷量化的相对误差。最后对全文工作进行总结，并对后期研究进行了展望。关键词：曲面构件；超声相控阵技术；参数优化；图像处理IABSTRACTCurvedcomponentshasbeenwidelyusedtoinsomekey