计算机控制多通道超声检测系统研究

　　从20世纪40年代兴起的扫频测试技术,是电子测量技术自动化的开端。早期的第一代测试系统大都是为了某种测试目的而专门设计制造的专用非标设备,难以改作它用;随着计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及,标准化接口系统的诞生和使用,出现了以积木概念为特点的第二代自动测试系统,该系统用计算机控制各器件的动作,完成数据的整理和计算,并可简单地模仿人工测试,具有智能化的特点。

　　下面从组成测试仪器的硬件和软件出发,论述了计算机测试系统在超声检测领域的应用。传统的无损检测技术存在以下几个问题,①采用机械扫描,扫描速度慢,成像效率低,在大工件检测时尤为突出。②传统数字超声成像系统主要有两种,一种是以传统超声波探伤仪为基础开发的,该类系统应用时,一些对检测结果影响较大的检测参量如衰减、增益和激励重复频率等必须手动调节,不利于检测自动化与智能化^[1];另一种是以智能化芯片(CPU)为基础开发的,此类系统软件功能不强大,参数的调节很不方便。而采用工业用相控阵探头造价昂贵,系统复杂,国内企业很少采用。

　　为解决上述问题,笔者研究开发了使用计算机控制的多通道超声检测系统。该系统能完成对多个聚焦探头的顺序接收、量化、成像和图像处理等功能,系统参量几乎全部采用软件调节,大大增加了系统的灵活性,并为向真正智能化超声成像系统发展奠定了良好的基础。

　　1　检测系统组成和工作原理

　　系统由计算机、三块PC插卡(多通道超声发射/接收卡、超声图像卡与步进电机驱动卡)、多个聚焦探头和机械系统组成^[2],原理框图如图1所示。机械系统包括精密三维扫描工作台、多工位自动回转台、专用夹具和水槽。

　　该系统在计算机的控制下协同工作。首先,进行系统初始化;其次,计算机控制步进电机驱动精密三维工作台,从而带动多个探头对工件进行扫描。每到一个扫描位置,超声发射/接收卡将高压激励脉冲以重复激励频率不断加载到每个聚焦探头上,完成超声波的发射,并依次接收每个探头产生的回波信号,与此同时数据采集电路工作,将模拟超声信号转化成数字信号,然后由计算机处理并存储、显示打印超声图像,最后对缺陷进行分析。

　　传统的点探头扫描超声成像系统受机械扫描速度限制,在要求较高的扫描分辨力的情况下,检测效率很低。例如笔者用的超声无损检测处理系统,当扫描分辨力为0.186 mm时,C扫描一个65 mm×65 mm的工件需60 min左右。而使用多通道虚拟超声检测系统,可将原单探头扫描的区域分隔成多个部分,即多个通道,例如采用四通道扫描则只需18 min就可完成该工件的C扫描成像。实际检测中所用探头的数量受工件大小和聚焦探头外径大小的限制。一般在企业实际应用中,通常不需要如此高的扫描分辨力。可以适当降低扫描分辨力,并增加通道数,该系统基本上就能满足在线检测要求。