本发明涉及阵列超声全聚焦检测技术领域，具体地，涉及一种火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法、系统及介质。
背景技术：
基于全矩阵数据的检测与评价是近十年来发展的阵列超声新技术，与基于相位控制的方法不同，并不采用合成声束与试件内部缺陷相互作用，其工作模式称为全矩阵采集，而全聚焦方法是应用最为广泛的时域全矩阵数据检测成像算法，全聚焦方法能够在不增加声束发射数量的前提下，利用后处理计算实现任意数量聚焦声束的检测成像，突破了常规阵列超声检测方法的检测能力瓶颈，大幅度提升了检测结果的灵敏度和分辨率。
在采用阵列超声方法对火箭燃料贮箱焊缝位置处可能存在的气孔、裂纹等缺陷进行检测时，由于零件壁厚较薄，容易受到超声近场的影响，而且缺陷图像也存在较大畸变。采用楔块耦合的多模式全聚焦的方法可以规避超声近场的影响，实现缺陷的检测和定量评价。
专利文献cn109490419a(申请号：201910010408.x)公开了一种全聚焦成像的声束校准方法，该方法通过实际测量标准试块中横通孔的幅值信息来建立声束校准矩阵以补偿声波能量衰减，校准的步骤如下：制作标准试块；全矩阵数据的采集及存储；子全矩阵数据的提取；对每一个子全矩阵数据进行全聚焦成像；提取横通孔幅值信息并生成原始校准数据；对原始校准数据做线性插值计算生成声束校准矩阵；对全聚焦成像进行声束校准。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法、系统及介质。
根据本发明提供的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，包括：
步骤1：采集阵列超声全矩阵数据；
步骤2：确定声束发射和接收路径；
步骤3：根据声束发射和接收路径计算声束的传播时间；
步骤4：根据声束传播时间对阵列超声全矩阵数据进行转化，得到全矩阵图像矩阵；
步骤5：对全矩阵图像矩阵进行对比分析和判定；
步骤6：对全矩阵图像矩阵的判定结果进行检测。
优选地，所述步骤1包括：根据燃料贮箱壁厚以及检测范围，确定楔块参数和换能器参数，并采集阵列超声全矩阵数据；
对于n个阵元晶片的换能器，进行n次超声波激励和n×n次a型信号的接收，第i次超声波激励由阵元晶片i单独完成，反射回波由n个阵元晶片分别接收，形成n组a型信号。
优选地，所述步骤2包括：将试件的检测区域划分为离散的聚焦点，并确立多种从换能器到聚焦点的声束发射和接收路径，将换能器发射的声束以不同的声波模态和在试件中经不同的反射次数到达虚拟聚焦点处。
优选地，所述步骤3包括：根据声束发射和接收路径，计算每种路径策略对应的阵元i传播到聚焦点p，再返回至阵元j的传播时间tij(x,z)，计算出各声束发射和接收路径下每个阵元点到每个离散聚焦点的声波传播时间。
优选地，所述步骤4包括：根据声束传播时间对全矩阵数据进行平移叠加，构造出全矩阵图像矩阵，特定聚焦点(x,z)的像素幅值i(x,z)表示为：
其中，
(x,z)表示虚拟聚焦点的横纵坐标；
x表示：虚拟聚焦点距离换能器中心的水平距离；
z表示：虚拟聚焦点的深度；
uij(tij(x,z))表示：由阵元i激励、阵元j接收时超声回波信号中表征目标点(x,z)的幅值信息。
优选地，所述步骤5包括：对多路径对应的全矩阵图像矩阵进行对比分析，当发射路径的反射次数和接收路径的反射次数相同时判定成像效果为好，对应的缺陷目标为气孔型缺陷；
当发射路径的反射次数和接收路径的反射次数不同时判定成像效果良好，对应的缺陷目标为裂纹型缺陷。
优选地，所述步骤6包括：若缺陷目标为气孔型缺陷，测量缺陷区域信号幅值峰值大小；
若缺陷目标为裂纹型缺陷，测量缺陷图像的长度值；
分别对比标准预埋缺陷试样中的缺陷实际尺寸和测量尺寸的曲线关系，确定试件中缺陷目标的实际尺寸。
根据本发明提供的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测系统，包括：
模块m1：采集阵列超声全矩阵数据；
模块m2：确定声束发射和接收路径；
模块m3：根据声束发射和接收路径计算声束的传播时间；
模块m4：根据声束传播时间对阵列超声全矩阵数据进行转化，得到全矩阵图像矩阵；
模块m5：对全矩阵图像矩阵进行对比分析和判定；
模块m6：对全矩阵图像矩阵的判定结果进行检测。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够显著提高成像分辨率，减小成像畸变，提高检测能力；
2、本发明在基于阵列超声全矩阵数据的基础上，考虑了不同缺陷类型对于声波响应的差异以及各声波模态在检测过程中的综合影响，提出了一种灵活的多模式全聚焦检测方法，能够更更加精确的对缺陷进行识别和测量，提高了检测的可靠性和精确性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为贮箱焊缝区域的全矩阵数据采集模型图；
图2为薄壁结构中阵列超声声束的几何传播路径图；
图3为对称及非对称模式的反射规律区别图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的一种火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法使用楔块耦合的方式进行全矩阵数据的接收，再通过建立多声波模式、多反射次数的声束路径成像策略，进行声束传播时间的计算。依据声束的传播时间对采集到的全矩阵数据进行平移叠加，可以获得多模式对应的全聚焦图像矩阵。
多模式全聚焦成像结果的评估依赖于不同缺陷类型对于不同模式的成像策略的敏感度的差异，据此差异，可以判别焊缝中缺陷的类型。此外，依据标准试样中缺陷的实际尺寸与测量尺寸的对比，可以对缺陷的尺寸进行评估。
在本实例中，多模式全聚焦检测方法包含以下步骤：
(1)依据燃料贮箱壁厚以及检测范围，设计换能器和楔块，进行全矩阵数据的采集，本实例中，全矩阵数据的采集模型如图1所示。对于n个阵元晶片的换能器，将收集到n×n组a型信号组成全矩阵数据。
(2)将试件的检测区域划分为离散的聚焦点，并确立多种从换能器到聚焦点的声束发射路径和接收，使换能器发射的声束能以不同的声波模态和在试件中的反射次数到达虚拟聚焦点处，如图2所示为两种声束的传播路径，而且声束在时间中的发射和模态变换均可以等价转化成声束的透射，以此来方便声波传播时间的计算。
在楔块耦合的情况下，采取声束发射路径和接收路径的组合如下：s-s,s–ss,ss–ss,ss-sss,sss-sss。
(3)依据步骤2中确立的声束路径，计算每种路径策略对应的阵元i传播到聚焦点p，再返回至阵元j的传播时间tij(x,z)。计算出各声束路径下每个阵元点到每个离散聚焦点的声波传播时间tofn(x0,z0,x1,z1,c,h)，其中(x0,z0)为阵元位置，(x1,z1)为聚焦点位置集合，c为试件中声速，h为试件壁厚，n为反射次数。
(4)利用声束传播时间对全矩阵数据进行平移叠加，可以构造出二维图像矩阵i，在原始全聚焦方法的基础上考虑多次反射和波形转换等问题，声束路径成像策略mt-mr对应的多模式全聚焦成像算法结果可以表示为：
其中，xmt及xmr由点(x,z)t、模式mt-mr以及厚度h共同决定，指标集apt,和apr对应于基于相位控制的阵列超声检测技术中的激励和接收阵列孔径。
(5)将发射声束的反射次数和接收声束的反射次数相等时成为对称模式，反之为非对称模式。气孔型缺陷在对称模式下成像效果较好，而裂纹型缺陷在非对称模式下成像效果较好，对称模式和非对称模式的反射区别如图3所示。可以对比多模式成像的结果来判断焊缝中缺陷目标的类型。
(6)对于气孔型缺陷，测量缺陷区域信号幅值峰值大小；对于裂纹型缺陷，测量缺陷图像的长度值。分别对比标准预埋缺陷试样中的缺陷实际尺寸和测量尺寸的曲线关系，来确定试件中缺陷的实际尺寸。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
1.一种火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：采集阵列超声全矩阵数据；
步骤2：确定声束发射和接收路径；
步骤3：根据声束发射和接收路径计算声束的传播时间；
步骤4：根据声束传播时间对阵列超声全矩阵数据进行转化，得到全矩阵图像矩阵；
步骤5：对全矩阵图像矩阵进行对比分析和判定；
步骤6：对全矩阵图像矩阵的判定结果进行检测。
2.根据权利要求1所述的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤1包括：根据燃料贮箱壁厚以及检测范围，确定楔块参数和换能器参数，并采集阵列超声全矩阵数据；
对于n个阵元晶片的换能器，进行n次超声波激励和n×n次a型信号的接收，第i次超声波激励由阵元晶片i单独完成，反射回波由n个阵元晶片分别接收，形成n组a型信号。
3.根据权利要求1所述的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：将试件的检测区域划分为离散的聚焦点，并确立多种从换能器到聚焦点的声束发射和接收路径，将换能器发射的声束以不同的声波模态和在试件中经不同的反射次数到达虚拟聚焦点处。
4.根据权利要求1所述的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤3包括：根据声束发射和接收路径，计算每种路径策略对应的阵元i传播到聚焦点p，再返回至阵元j的传播时间tij(x,z)，计算出各声束发射和接收路径下每个阵元点到每个离散聚焦点的声波传播时间。
5.根据权利要求4所述的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤4包括：根据声束传播时间对全矩阵数据进行平移叠加，构造出全矩阵图像矩阵，特定聚焦点(x,z)的像素幅值i(x,z)表示为：
其中，
(x,z)表示虚拟聚焦点的横纵坐标；
x表示：虚拟聚焦点距离换能器中心的水平距离；
z表示：虚拟聚焦点的深度；
uij(tij(x,z))表示：由阵元i激励、阵元j接收时超声回波信号中表征目标点(x,z)的幅值信息。
6.根据权利要求1所述的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤5包括：对多路径对应的全矩阵图像矩阵进行对比分析，当发射路径的反射次数和接收路径的反射次数相同时判定成像效果为好，对应的缺陷目标为气孔型缺陷；
当发射路径的反射次数和接收路径的反射次数不同时判定成像效果良好，对应的缺陷目标为裂纹型缺陷。
7.根据权利要求6所述的火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测方法，其特征在于，所述步骤6包括：若缺陷目标为气孔型缺陷，测量缺陷区域信号幅值峰值大小；
若缺陷目标为裂纹型缺陷，测量缺陷图像的长度值；
分别对比标准预埋缺陷试样中的缺陷实际尺寸和测量尺寸的曲线关系，确定试件中缺陷目标的实际尺寸。
8.一种火箭燃料贮箱焊缝的多模式全聚焦检测系统，其特征在于，包括：
模块m1：采集阵列超声全矩阵数据；
模块m2：确定声束发射和接收路径；
模块m3：根据声束发射和接收路径计算声束的传播时间；
模块m4：根据声束传播时间对阵列超声全矩阵数据进行转化，得到全矩阵图像矩阵；
模块m5：对全矩阵图像矩阵进行对比分析和判定；
模块m6：对全矩阵图像矩阵的判定结果进行检测。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
技术总结