申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2024-02-07

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN117722997B

主分类号：G01B17/02

分类号：G01B17/02;G01S15/89;G01S7/521

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种结构厚度连续手动超声成像测量方法及扫查装置，属于无损结构厚度检测技术领域。解决了现有技术中传统的超声波测厚技术获取材料厚度信息不全面的问题；本发明设计基于扫查装置，在扫查装置运动的平面建立直角坐标系和空图像；经设定的时间间隔后，读取编码器的编码值计算出扫查轮运动路程；判断出扫查装置运动状态，计算出扫查轮的运动方向和当前扫查轮及超声探头的位置坐标；提取超声探头获取的超声振动信号中的信号幅值；对记录的数据进行归一化处理和灰度值映射，在空图像形成表示厚度值的像素点，重复上述步骤，连续绘图，获得与材料结构厚度对应的二维图像。本发明有效反映了被测量区域更全面的材料及结构的厚度信息。

主权项：1.一种结构厚度连续手动超声成像测量方法，所述测量方法采用一种扫查装置，所述扫查装置包括超声探头1、探头架2、手持架3、编码器、扫查轮、轴轮8、磁铁9、轴承10、轴承座11和编码器支架12；所述编码器包括第一编码器4和第二编码器5，编码器与编码器支架12连接，扫查轮包括第一扫查轮6和第二扫查轮7，扫查轮内设置有轴轮8，扫查轮通过磁铁9和轴承10与轴承座11连接；所述手持架3前端与探头架2连接，手持架3后端底面与左右对称的轴承座11和前后对称的编码器支架12连接；所述超声探头1与探头架2连接；其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：S1.在设定的扫查装置运动平面建立直角坐标系并建立与被测量对象及测量部位对应的空图像；S2.记录超声探头初始位置坐标，开始扫查运动，在每个设定的时间间隔内，读取编码器的编码值，经过一个时间间隔后，根据编码值计算并记录扫查轮运动路程；具体的：扫查轮运动路程包括第一扫查轮运动路径SL和第二扫查轮运动路径SR，其中，A为编码值与扫查轮运动路程之间的转化系数，Sl为第一编码器前一编码值，为第一编码器当前编码值，Sr为第二编码器前一编码值，为第二编码器当前编码值；S3.通过比较扫查轮运动路程判断扫查装置在一个时间间隔内的运动状态，计算第一扫查轮和第二扫查轮的运动方向，并根据第一扫查轮和第二扫查轮与超声探头的位置关系，计算出当前第一扫查轮、第二扫查轮和超声探头的位置坐标并进行记录；S4.记录超声探头获取的超声振动信号，提取超声振动信号中的超声波传播时间或信号幅值记录在空图像的相应位置，并对记录的超声信号传播时间或信号幅值进行归一化处理和灰度值映射，使其形成图像中的像素点；S5.按设定的时间间隔，重复步骤S2至S4，连续记录超声探头在直角坐标系中的位置坐标，并根据获取的超声信号传播时间或信号幅值，进行连续绘图；S6.获得与材料结构厚度相对应的二维图像，根据二维图像中像素点的灰度值的变化，实现被测量区域厚度连续变化状况的直观显示，通过点击二维图像获取点击处的位置坐标和超声信号传播时间或信号幅值及其对应的厚度值；所述S3中，若SL＝SR＝0，则扫查装置静止，若SL＝SR≠0，则扫查装置进行直线运动，若SL≠SR，则扫查装置进行曲线运动；在扫查运动中的某一时刻，第一扫查轮和第二扫查轮的中点位置坐标为xc，yc，轮轴绕中心转动角度为θ，得到轮轴中点运动速度矢量和轮轴绕中心旋转的角速度ω；轮轴中点运动速度矢量表示为： 轮轴绕中心旋转的角速度ω表示为： 由编码器的编码值得到第一扫查轮的路程函数SLt、第二扫查轮的路程函数SRt、第一扫查轮的速度函数和第二扫查轮的速度函数第一扫查轮和第二扫查轮的速度由轮轴中点运动速度矢量和扫查轮以角速度ω绕轮轴中心旋转的速度叠加得到，整合上述参数得到运动路程方程；运动路程方程表示为： 其中，d为轮距，为第一扫查轮运动路程对时间的导数，为第二扫查轮运动路程对时间的导数，xL，yL为第一扫查轮前一位置坐标，xR，yR为第二扫查轮前一位置坐标；对运动路程方程中两式做差得到可分离变量的常微分方程；可分离变量的常微分方程表示为： 其中，为θ和的函数，为时间t的函数，测得当t＝0时第一扫查轮和第二扫查轮的初始位置坐标和角度，即可计算得到轮轴绕中心转动角度随时间的变化函数θt；对运动路程方程中两式做和得到轮轴中心点移动的速率vc，根据第一扫查轮和第二扫查轮均为纯滚动情况下扫查装置方向与轮轴中心点移动的速率vc方向一致，得到扫查装置方向；轮轴中心点移动的速率vc表示为： vc＝-vccosθ,vcsinθ根据第一扫查轮前一位置坐标xL，yL、第二扫查轮前一位置坐标xR，yR、超声探头xt，yt前一位置坐标、第一扫查轮运动路径SL和第二扫查轮运动路径SR，得到第一扫查轮当前位置坐标第二扫查轮当前位置坐标和超声探头当前位置坐标

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百度查询： 哈尔滨工业大学 一种结构厚度连续手动超声成像测量方法及扫查装置

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