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超声c扫检测系统优化与铜钢接头缺陷波识别

超声C扫检测系统优化与铜钢接头缺陷波识别

作者：李海东南京理工大学

学位级别：硕士

本文对自主开发研制的超声c扫检测系统进行优化。完成了对机械扫查装置的优化,设置了合适的伺服电机工作参数,解决了机械噪声,电机零漂等问题,设计制作了新的活动水槽,设计研制了超声探头行程限位模块,修正了电机传动比。针对电气电路... 详细信息

本文对自主开发研制的超声c扫检测系统进行优化。完成了对机械扫查装置的优化,设置了合适的伺服电机工作参数,解决了机械噪声,电机零漂等问题,设计制作了新的活动水槽,设计研制了超声探头行程限位模块,修正了电机传动比。针对电气电路对超声数据采集过程中的电磁干扰现象,分析了产生干扰的原因,总结了干扰的特点,通过硬件隔离,软件滤波两种方法成功的提高了系统的信噪比。分析了铜-钢无熔深焊接接头的特点,分析了产生缺陷的原因。采用超声检测与破坏性检测相结合的方式,确定铜-钢无熔深焊接接头缺陷种类。设计了含有缺陷的自然试样的制作工艺,制作了一批用于检测分析的自然试样和用于检验对比的人工试样。通过多次试验,得出了不同缺陷的反射波形并分析其特征,定义了缺陷波高、底波波高、缺陷c扫面积、缺陷紧密度、界面波高五个用来判定缺陷性质的特征参数,以“最大概率”为原则,建立了基于计算机在线实现的缺陷自动识别模式。调试系统,对Φ122mm熔敷焊弹带进行超声c扫描,分析了c扫检测结果。针对硬件系统中仍存在的一些不足,提出了改进方案,对缺陷反射波的时域特征进行分析并得出了一定规律,寻求进一步开发缺陷识别模式的方法。

关键词：超声c扫系统优化波形分析模式识别

航空发动机叶片超声c扫三维可视化无损检测技术研究

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航空发动机叶片超声C扫三维可视化无损检测技术研究

作者：张罗丹兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来随着国家在航空领域的快速发展和航空工业对航空部件的质量标准不断提高,超声三维可视化无损检测软件系统平台得到了迅速发展,超声三维可视化技术也逐渐由之前单一的医学领域应用向工业领域应用延伸。在工业领域中,航空发动机叶... 详细信息

近年来随着国家在航空领域的快速发展和航空工业对航空部件的质量标准不断提高,超声三维可视化无损检测软件系统平台得到了迅速发展,超声三维可视化技术也逐渐由之前单一的医学领域应用向工业领域应用延伸。在工业领域中,航空发动机叶片超声无损检测的研究始终围绕着提高检测效率和可靠性进行。本文以开发超声三维可视化无损检测软件系统为目标,通过研究反求测量过程中的拾取关键技术和缺陷区域的边界特征点的自动化提取技术以提高叶片检测效率和可靠性。主要内容如下:(1)针对目前超声三维可视化无损检测系统拓展性差、通用程度低,开发周期长的现状,通过分析超声c扫检测的检测原理并结合项目的实际需求,提出了一种UML和组件技术相结合,用于快速开发超声三维可视化无损检测系统的普适化建模方法。构建了超声三维可视化无损检测系统模型,包括系统的架构、需求、用例、静态类、活动、时序和组件部署模型,最后在c#.NET平台下开发了软件系统原型,利用实测数据验证了该建模方法的有效性。(2)为了快速获得三维点云模型指定点,便于人员在反求测量过程中对三维模型的目标点进行手动选取,研究了点云模型的拾取方法。分析了OpenGL内置的拾取机制,针对这一拾取机制应用到超声三维可视化系统中的不足,在项目软件中采用了一种基于射线的拾取方法。在此基础上,结合计算机图形学几何原理,利用c#.NET调用OpenGL底层图形库的开发技术实现了射线与三角网格的求交算法,完成了算法的移植,该算法有效处理了点云数据经过三角网格化后的三角面片与射线的求交过程,从而为超声三维可视化无损检测系统提供了完整、有效的拾取方案。(3)为了准确、自动的提取叶片超声c扫点云模型的特征边界点,研究了均值漂移聚类算法的算法原理,以点云的空间位置作为聚类特征空间,实现了叶片点云模型的边界特征点提取。并结合超声c扫数据的数据类型和特点,提出了一种基于空间位置和超声强度值的多尺度均值漂移算法,实现了故障叶片缺陷区域的边界特征点自动提取。

关键词：叶片超声c扫三维可视化拾取均值漂移

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航空发动机叶片超声c扫三维成像技术研究

航空发动机叶片超声C扫三维成像技术研究

作者：李彦军兰州理工大学

学位级别：硕士

高精度的无损检测技术作为复合材料叶片质量检测的重要手段,其发展对航空工业体系的建设具有重要意义。近年来随着扫描设备等硬件水平的提升,工业生产对超声检测的应用范围提出了更高的要求,如何提高检测的效率和结果的可靠性,是叶片超... 详细信息

高精度的无损检测技术作为复合材料叶片质量检测的重要手段,其发展对航空工业体系的建设具有重要意义。近年来随着扫描设备等硬件水平的提升,工业生产对超声检测的应用范围提出了更高的要求,如何提高检测的效率和结果的可靠性,是叶片超声无损检测中需要重点研究的问题。本文以研制超声检测三维显示软件系统为目的,通过对点云简化算法的应用研究提高了检测的效率,同时制定了符合超声点云数据特点的着色方案保证了结果的可靠性。主要内容如下:(1)完成了三维显示软件系统的研制。通过分析软件的功能需求,确定了最佳实施方案。首先,采用***技术,以三层架构实现了用户管理、cAD模型数据管理、点云数据分层管理等数据库的管理;其次,结合IGES和obj两种三维模型文件的数据结构,在c#.NET平台下调用Open GL库函数实现了这两种文件格式的析取与显示;最后,通过调用在Matlab中生成的点云数据重构算法和点云数据简化算法的.NET组件实现了点云数据的重构与显示。(2)提出了一种自适应于反射强度值的点云简化算法。为了实现Qslim算法在处理超声点云数据网格模型时能够自适应于非空间测度量的简化要求,提出了一种新的网格模型简化算法。基于超声点云数据中包含强度信息的特点,首先将强度信息测度经过归一化处理后嵌入到二次误差测度矩阵中,而后根据简化阈值重新分配了强度信息测度和二次误差测度矩阵对收缩代价的影响比重。最后实验结果表明,优化后算法使得简化结果能够自适应于反射强度值。从而为超声成像系统提供了高效、准确地数据简化算法。(3)在Msh颜色空间中构造了新的颜色映射方案。为了能够更加直观的表达缺陷信息,首先分析了Open GL的着色渲染方式,从而解释了采用颜色映射来实现模型着色的合理性;然后,从色度学和人体构造学角度解释了彩虹色映射方案的不合理性,并在Msh颜色空间中构造了能够合理凸显缺陷特征信息的两极分散颜色映射方案完成了模型的着色。

关键词：叶片超声c扫三维成像点云简化着色方案

基于超声c扫的航空发动机叶片三维可视化技术研究

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基于超声C扫的航空发动机叶片三维可视化技术研究

作者：魏财斌兰州理工大学

学位级别：硕士

随着我国航空事业快速发展,航空发动机叶片作为飞行器的核心零件,在制造和设计过程中引入许多新的理念和材料,以改善叶片各方面性能;同时,原有叶片也逐渐老化需要大规模检测和维修。航空发动机叶片存在缺陷损伤会导致航空发动机的机械... 详细信息

随着我国航空事业快速发展,航空发动机叶片作为飞行器的核心零件,在制造和设计过程中引入许多新的理念和材料,以改善叶片各方面性能;同时,原有叶片也逐渐老化需要大规模检测和维修。航空发动机叶片存在缺陷损伤会导致航空发动机的机械性能显著退化,甚至引发飞行事故。开展航空发动机叶片三维可视化技术研究,可以更加直观准确地显示叶片缺陷信息,对叶片的缺陷检测具有重要意义。本课题以某型航空发动机叶片作为研究对象,通过探究超声波在不同介质中的透射原理,结合三维点云处理技术、计算机图形学技术和数字模型处理技术,开展了基于超声c扫的航空发动机叶片三维可视化技术研究。主要内容如下:(1)提出了一种基于旋转球半径自适应选择的叶片曲面重构算法。针对某型航空发动机叶片缺陷区域几何形状复杂、位置分布散乱,叶片超声c扫点云数据为单层且密度不均匀,使用Delaunay三角剖分难以准确重构和表达叶片缺陷区域,通过旋转球半径自适应选择及颜色映射方法实现叶片曲面三维重构。对比分析实验结果,验证了该方法可以准确高效地完成叶片曲面重构;同时直观地呈现叶片缺陷位置分布。(2)提出了一种基于分类扩充点云数据的叶片体绘制方法。针对单层点云数据重构曲面不能体现叶片内部缺陷深度和外部缺陷形态的局限,通过改进均值漂移算法对缺陷点云提取,利用提取的缺陷点云对原始点云分类并分别扩充多层点云数据,基于光线投射算法完成叶片体绘制。实验结果表明:该方法可有效地重构叶片立体模型,使立体模型更直观地展示叶片内部缺陷深度和外部缺陷形态。(3)完成了超声无损检测三维可视化软件系统。根据项目实际需求,利用c#.NET作为开发平台,结合SQL Server 2019、***和Open GL等相关技术,实现软件系统结构框架和各个模块功能开发。通过某型航空发动机叶片和其它工件的超声点云数据,验证了该软件系统的有效性。

关键词：航空发动机叶片超声c扫三维可视化面重构体绘制

基于超声c扫的航空叶片孔洞定量评估及修复算法研究

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基于超声C扫的航空叶片孔洞定量评估及修复算法研究

作者：李景俊兰州理工大学

学位级别：硕士

随着现代科学和工业技术的迅速发展,无损检测作为提高产品质量、保证服役设备安全运行的重要技术手段,在现代工业设备的安全保障体系中发挥着至关重要的作用。航空叶片存在缺陷损伤会引起航空发动机的机械性能显著退化甚至结构的完全失... 详细信息

随着现代科学和工业技术的迅速发展,无损检测作为提高产品质量、保证服役设备安全运行的重要技术手段,在现代工业设备的安全保障体系中发挥着至关重要的作用。航空叶片存在缺陷损伤会引起航空发动机的机械性能显著退化甚至结构的完全失效。开展航空叶片的定量评估技术研究可以发现航空发动机的早期失效和潜在故障,有利于飞行器剩余寿命的精准估计,对于保证飞行器安全服役具有重要的现实意义。本课题以航空发动机叶片为研究对象,通过探究超声波在叶片中的透射理论,揭示了超声波在叶片介质中的传播规律;结合三维点云处理技术、计算机图形学曲面显示技术和数字模型处理技术,开展了基于超声c扫点云数据的三维可视化、缺陷评估及孔洞修复的相关技术研究。主要内容如下:（1）提出了一种基于双判定准则的航空发动机叶片缺陷孔洞边界特征点的提取算法。针对航空发动机叶片缺陷孔洞几何形状复杂、位置分布散乱且曲率变化明显,使用单一判定准则难以完整地提取边界特征点。通过融合采样点的法向夹角判定准则与邻域场力矢量和判定准则,采用加权的方式获得采样点的特征值与判别阈值作为边界特征点的判定依据。实验结果表明:该方法可有效地提高边界特征点提取的准确度。（2）提出了一种基于超声c扫三维点云的缺陷定量评估算法。对于航空发动机叶片的传统缺陷检测结果存在不能直观显示和无法定量分析的局限,通过将超声c扫点云数据应用于缺陷定量评估模型中,利用改进后的DBScAN聚类算法结合Delaunay三角剖分算法和区域网格生长算法实现区域离散化点云的三维重建,基于重建的三角形网格中的拓扑关系建立缺陷定量评估模型。以一块预制多个平底孔的叶片为例,验证了该算法的可行性和准确性。（3）提出了一种基于细节特征保持的复杂孔洞修复算法。针对常规的孔洞修补算法无法准确地恢复缺陷孔洞的几何特征信息以及存在新增三角形的质量较差等问题,通过重建孔洞区域的特征线将复杂孔洞分解为简单的子孔洞,结合边界特征点的法向信息和凹凸性实现插入点的局部位置调整。实验表明:该算法可以有效地恢复孔洞区域的曲面特征,使修补后的孔洞区域更加逼近缺陷孔洞的原始几何形状,获得了较好的孔洞修补效果。

关键词：航空发动机叶片超声c扫三维可视化定量评估孔洞修复

航空发动机叶片超声c扫三维成像技术的应用研究

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航空发动机叶片超声C扫三维成像技术的应用研究

作者：王昊兰州理工大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的发展和提升,扫描设备获得的点云数据量不断增大,点云数据结构也越来越复杂,根据所使用数据类型快速准确地重建出采样点的原有模型,一直是逆向工程所追求的目标。本文以航空发动机叶片超声c扫点云为研究对象,通过对基于P... 详细信息

随着计算机技术的发展和提升,扫描设备获得的点云数据量不断增大,点云数据结构也越来越复杂,根据所使用数据类型快速准确地重建出采样点的原有模型,一直是逆向工程所追求的目标。本文以航空发动机叶片超声c扫点云为研究对象,通过对基于Poisson方程的三维重建算法的理论分析,制定了针对单层c扫点云的处理方案,实现了基于Poisson方程三维重建算法的超声成像检测。本文工作如下:(1)研究了基于Poisson方程的三维重建算法,针对重建结果的无边界性,分析了现有的解决方法的优缺点,针对三维超声点云的获取方法和数据特性制定了适应于本文实验数据的解决方案。(2)提出了一种有向的点云边界提取方法。通过对几种常用的点云特征边界提取方法的分析和比较,找出了简化计算过程的通用方法,并结合基于Morton码的半径近邻搜索方法,提出了基于边界点特性的边界特征提取方法。该方法通过最小包围盒得到某个特定的边界点,再根据边界点的相互关系制定了特定的搜索路线,减少了不必要的内部点的近邻搜索,加快了搜索速度。(3)提出了点云法向量估计的简化算法,并实现了基于Poisson方程三维重建算法在超声成像检测中的应用。通过总结其他算法的主要思想,结合超声c扫点云的特性,针对填补点的法向量和位置信息,在空间平面上使用基于点云欧氏距离的权函数,对点云的法向量进行初值估计,再使用MLS法对点云法向量进行校正,完成了超声c扫点云的泊松重建。最后结合超声点云的强度值信息,实现了基于Poisson方程三维重建算法在超声成像检测中的应用。

关键词：超声c扫单层叶片三维重建边界点提取法向量估计成像检测

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基于***的超声c扫特征成像系统研发

基于***的超声C扫特征成像系统研发

作者：曹胜强南昌航空大学

学位级别：硕士

随工业水平发展,材料及构件承载水平的提高,对材料及构件中的缺陷控制和检测灵敏度的要求提高,例如要对钛-钢爆炸焊的界面结合质量和粘接结构的粘接质量进行评价,并对镁合金夹杂物微小缺陷进行超声检测等。由于运用常规A扫检测的方式,... 详细信息

随工业水平发展,材料及构件承载水平的提高,对材料及构件中的缺陷控制和检测灵敏度的要求提高,例如要对钛-钢爆炸焊的界面结合质量和粘接结构的粘接质量进行评价,并对镁合金夹杂物微小缺陷进行超声检测等。由于运用常规A扫检测的方式,难以满足材料内部微小缺陷的检测要求,因此需要研制一套超声c扫特征成像检测系统用于工件和材料超声c扫特征成像检测。在综合分析现有的超声c扫描检测功能和技术指标基础上,本文研发了一种基于***的超声c扫特征成像检测设备,系统采用模块化设计,硬件部分包括上位机、机械扫查平台、运动控制单元、超声信号检测单元等组成,软件部分由运动控制模块、超声数据采集卡驱动模块、超声A扫信号采集与显示模块、超声c扫特征成像检测模块、超声c扫特征成像与图像处理模块组成。研发的系统的最小扫查为步距0.2mm,最大为扫查速度6000mm/min;超声信号检测单元可以匹配0.1～20MHz的超声探头,最高采样频率1Gs/s;设备具有超声A扫信号采集与显示功能、超声c扫特征成像检测功能和超声c扫特征成像和图像处理功能,并通过位置映射、颜色映射、超声回波信号幅值和Hilbert信号处理后提取包络线幅值等特征值对超声检测数据进行图像绘制,实现超声c扫特征成像。在完成了系统的硬件和软件设计的基础上,为了验证系统的检测效果和性能指标,开展了相关测试。其中,钛-钢爆炸焊试验对结合面波纹的呈现效果明显,测量结果误差为9.93%,系统检测精度满足对钛-钢爆炸焊结合层波纹及细小缺陷的检测要求。铝板胶结层检测试验中对超声检测信号进行Hilbert信号处理后取包络线幅值进行成像,其成像结果表明系统具有较高的缺陷检出率,测量结果误差为1.84%,对缺陷具有较好的检测精度,达到了项目检测要求。镁合金夹杂物缺陷检测的结果表明系统能够检出的最小100μm左右缺陷尺寸,满足项目检测要求。通过试验表明,本文研发的超声c扫特征成像检测系统满足项目检测要求,系统具有较好的检测效果和稳定性,并可以应用于其他工件检测要求,达到了实用化水平。

关键词： *** 超声c扫特征成像检测系统

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蜂窝夹心复合材料超声c扫移动小车设计

装备制造技术 2023年第8期 71-74页

作者：岳斌童恕琪张娇么晓珊王雷北京玻钢院复合材料有限公司北京102101

针对航空大型客机用大尺寸蜂窝夹心复合材料中蒙皮与蜂窝粘接质量情况的检测需求,结合国内外超声c扫系统的设计思路,利用模块块检测理念研制便携式超声c扫移动小车系统。该系统由三轴扫查器、运动控制器、信号采集卡、便携式超声探伤仪... 详细信息

针对航空大型客机用大尺寸蜂窝夹心复合材料中蒙皮与蜂窝粘接质量情况的检测需求,结合国内外超声c扫系统的设计思路,利用模块块检测理念研制便携式超声c扫移动小车系统。该系统由三轴扫查器、运动控制器、信号采集卡、便携式超声探伤仪及上位机、电池及电源等组成,上位机Pc通过正运动控制器读取42步进电机实时运动方向和坐标值驱动电机精确运动达到了超声波c扫描运动精度的基本要求,42步进电机带动轮轴作为单轴运动装置,轮轴运动的同时扫查轴进行信号采集完成超声波c扫描检测,小车滚轮由橡胶包裹可在蜂窝夹心复合材料板上直接运动,通过将大尺寸板材划分区域并标记即可完成100%覆盖检测,该方案解决了伺服电机体积大、尺寸大、造价高的问题,弥补了人工超声A扫检测数据无法储存和可能存在漏检的缺点,同时克服了传统超声c扫的设备不方便携带至现场检测的缺点。通过蜂窝夹心复合材料预制脱粘缺陷与实际产品的检测验证,结果表明,研制的移动小车检测系统可以有效识别2 mm×2 mm以上脱粘缺陷,本系统方案对于其他大尺寸复合材料超声波c扫检测具有广泛的应用推广价值。

关键词：超声检测移动小车超声c扫脱粘缺陷

铜钢焊接接头超声自动c扫检测与干扰消除技术研究

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铜钢焊接接头超声自动C扫检测与干扰消除技术研究

作者：孙艾南京理工大学

学位级别：硕士

本文利用先进的自动控制技术、计算机编程开发技术、超声信号处理技术和超声c扫检测技术对超声自动c扫检测系统做了改进和优化,提高了检测系统的自动化控制和数字化处理水平,实现了检测过程和检测结果的图像化输出功能。通过试验研究... 详细信息

本文利用先进的自动控制技术、计算机编程开发技术、超声信号处理技术和超声c扫检测技术对超声自动c扫检测系统做了改进和优化,提高了检测系统的自动化控制和数字化处理水平,实现了检测过程和检测结果的图像化输出功能。通过试验研究获得了自动控制系统的最佳运行参数,降低了电机运行过程中产生的震动和噪声影响;在2#电机运行导轨上设计并安装了行程安全控制开关,保障了设备运行的安全性,提高了电机控制模块的自动化性能。优化了检测软件界面并在功能上作了进一步开发,设计增加了始波跟踪功能,实现了始波位置的动态跟踪,取代了探头自适应装置,简化了探头夹持装置的结构。通过在程序中开辟多线程的方法提高了检测软件的运行速度,从而提高了检测速度。在检测程序中添加了超声A扫和c扫实时显示功能,设计了c扫显示方式转换功能。改变了检测结果的保存方式,能够将检测结果自动保存为Microsoft Word格式的检测报告,方便检测人员的编辑和打印检测结果。针对电噪声干扰问题,分析研究了瞬态电噪声干扰的特点,对设备相关装置采取了降噪措施,并且尝试采用传统的小波变换方法消除超声信号中的噪声干扰,但是对去噪效果分析认为小波变换去噪方法的去噪效果没有达到预期的效果。于是提出了“异步信号差值比较法”的超声信号处理方法,并最终实现了消除瞬态电噪声干扰的目的。在利用对比试块完成检测工艺评定试验的基础上,完成了20个铜钢焊接接头实物工件的超声自动c扫检测试验。结合夹渣、未熔合和缩孔缩松等几种典型缺陷的超声A扫波形的特点分析了不同缺陷的超声c扫图像的形态特征,并利用破坏性试验证明了这几种典型缺陷的超声c扫图像的可靠性,也验证了超声自动c扫检测系统使用性能良好,检测结果稳定可靠。

关键词：铜钢焊接接头超声检测超声c扫噪声干扰去噪