【正文】 。由于板材缺陷而導致飛機失效甚至失事的所造成經(jīng)濟損失。采用自動超聲檢測能節(jié)省人力。研究超聲無損評價技術對鋁板的質(zhì)量控制具有重大的意義。傳統(tǒng)的超聲檢測多是依據(jù)檢測者的經(jīng)驗對超聲回波進行主觀的評價。這種方法太主觀，檢測的可靠性和效率十分有限。隨著計算機技術的快速發(fā)展，將信號分析與處理技術、成像技術、人工智能技術和自動化控制技術應用于超聲檢測已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。不僅可以通過圖像來展現(xiàn)內(nèi)部缺陷，而且可以利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術來進行缺陷的定性定量分析和無損評價。 超聲檢測技術國內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢 超聲檢測方法和技術現(xiàn)狀 1)國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)超聲檢測技術的主要研究領域可以分為檢測方法研究和設備研發(fā)。在設備研發(fā)方面主要為數(shù)字化超聲波探傷儀、TOFD超聲檢測系統(tǒng)、超聲成像系統(tǒng)和磁致伸縮超聲導波檢測系統(tǒng)；在檢測方法和技術方面，主要為自動超聲檢測技術、超聲成像檢測技術、人工智能技術、TOFD超聲檢測技術和超聲導波檢測技術。2000年以來，國內(nèi)研究機構(gòu)和高校主要側(cè)重于超聲相控陣技術。例如清華大學的施克仁教授和鮑曉宇博士、電子測試技術國防科技重點實驗室利用數(shù)字波形相位延時技術，設計實現(xiàn)了多通道相控陣超聲檢測實驗系統(tǒng)，達到了很高的發(fā)射延時分辨率[1]。中國石油天然氣管道科學院聯(lián)合上海電氣自動化設計研究所等單位，通過對超聲波相位控制和電子方法，實現(xiàn)了超聲波聲束聚焦、偏轉(zhuǎn)。與國外同類產(chǎn)品相比，增加了橫向裂紋的掃描檢測、三維動態(tài)缺陷顯示功能。近年來，國內(nèi)科研機構(gòu)開始側(cè)重于研究數(shù)字化多通道超聲檢測技術，并結(jié)合自動化控制技術，用于中小型管道類、曲面類構(gòu)件的無損檢測。例如，南京航空航天大學的芮華、徐大專把傳統(tǒng)的超聲波無損檢測技術和先進的虛擬儀器、數(shù)字信號處理、嵌入式操作系統(tǒng)等技術相結(jié)合，研制了一種新型滿足了自動化探傷中高重復頻率(1kbp s)和實時報警等關鍵性能的要求的數(shù)字化超聲波自動探傷系統(tǒng)[2]。國內(nèi)研究的總體現(xiàn)狀是，大多局限于聲場理論的探討和國外已有產(chǎn)品的仿制，缺少新的檢測技術、檢測方法以及檢測系統(tǒng)設計方面的研究。換能器的研制上沒有創(chuàng)新，為了達到聚焦和偏轉(zhuǎn)的目的通常只考慮數(shù)字延時，幾乎都未考慮強度控制。國內(nèi)外超聲相控陣的檢測儀器價格昂貴，無法實現(xiàn)可控強度聚焦和偏轉(zhuǎn)。2)國外現(xiàn)狀國內(nèi)外對超聲檢測技術的研究已經(jīng)十分深入，特別是近年來國外對相控陣超聲檢測技術的研究日趨活躍，例如在造船工業(yè)、核工業(yè)、航空工業(yè)等質(zhì)量要求高的行業(yè)，開始引入超聲相控陣技術進行缺陷檢測。 超聲檢測儀器現(xiàn)狀 1)國內(nèi)現(xiàn)狀五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進行仿制生產(chǎn)。目前已經(jīng)形成自己的研制和生產(chǎn)基地。許多廠家，如廣東汕頭超聲儀器研究所、中科院武漢物理研究所、武漢科聲、南通精密儀器、鞍山美斯等公司和研究機構(gòu)都推出了自己的超聲波探傷儀系列產(chǎn)品。其中一些單通道手持檢測儀的技術水平也已相當接近國外同類產(chǎn)品的，但數(shù)字式多通道探傷儀（用于大型板材的自動化超聲波探傷）的研制還基本處于起步階段。直到1988年鞍山鋼鐵公司從日本購入了一套二手厚鋼板自動探傷設備，在生產(chǎn)中取得了比較好的效果后，帶動了國內(nèi)鋼板自動探傷設備的開發(fā)。目前國內(nèi)在大型板材的探傷設備上，已經(jīng)取得了一定的成績[3]。例如武漢的中國科學院物理研究所推出的KS128和KS64兩種型號的探傷系統(tǒng)，以及鞍山美斯探傷設備公司研制的MS8nB型多通道數(shù)字式超聲波探傷儀。分別用于在線檢測和離線檢測。汕頭超聲電子研制的國產(chǎn)64路檢測通道、實現(xiàn)動態(tài)聚焦功能的CTS2108便攜式超聲相控陣探傷儀，采用開放式結(jié)構(gòu)設計，可隨時擴展更多檢測通道。雖然也具有線掃和扇掃功能，但還不能達到一次同時多角度檢測，與國外產(chǎn)品存在一定的差距。數(shù)字化超聲波探傷儀配套機械傳動裝置構(gòu)成自動超聲檢測裝置，國內(nèi)的一些公司已經(jīng)有相關產(chǎn)品。例如，武漢中科創(chuàng)新技術公司等國內(nèi)數(shù)10家公司生產(chǎn)的便攜式和多通道數(shù)字化超聲探傷儀，通道數(shù)多達128個，采樣率最高可達100MHz，已經(jīng)用于無縫鋼管、焊接鋼管、火車車輪、石油鉆桿和汽車關鍵部件的自動化檢測。國產(chǎn)超聲探傷儀在自動化和智能化方面與國外儀器還有較大差距。國產(chǎn)超聲波探傷儀掃描范圍較小，測量還不是很精確。此外，對于大規(guī)格高性能鋁合金厚板全面積探傷成套設備，目前國內(nèi)尚沒有成熟的產(chǎn)品可供選用，而英國Ultrasonic Sciences公司的厚板水浸探傷成套設備（如圖1）技術成熟，已經(jīng)成功應用于鋁合金厚板缺陷檢測。圖1英國UltrasonicSciences公司生產(chǎn)的水浸探傷系統(tǒng)2)國外現(xiàn)狀國外公司如GE檢測科技、R/DTECH、西門子、IMASONIC等已推出商業(yè)化便攜式超聲相控陣檢測設備和大型超聲相控陣檢測系統(tǒng)。例如GEPhasorXS型相控陣超聲探傷儀可以一次同時多角度檢測，可隨意切換常規(guī)超聲和相控陣模式。使用相控陣模式時，PhasorXS的扇形掃描功能大大提高了缺陷檢測能力，只需要進行一次掃查，就能覆蓋大面積的檢測區(qū)域，大大提高了檢測工作的效率。操作人員無需更換探頭或楔塊，就能方便地利用一個探頭達到多個角度和聚焦深度。數(shù)字式超聲波檢測儀器的發(fā)展速度極為迅速，其探傷效率和探傷速率都有質(zhì)的飛躍。國際上處于領先地位的超聲探傷儀器生產(chǎn)商有：美國Panametrics公司、美國PAC公司、美國GE公司、德國Krautkraemer公司、英國Sonatest公司、英國UltrasonicSciences公司、法國SOFRATEST公司等。美國Panametrics公司產(chǎn)的EPOCH4PLUS數(shù)字式超聲探傷儀是手持便攜式的，操作簡便，掃描范圍廣，可達到110000mm，頻率范圍大，模擬帶寬可達到25MHz，測量精度高。德國Krautkraemer公司超聲波探傷儀USN60是自動掃查系統(tǒng)的便攜式超探儀，它集模擬性能與數(shù)字優(yōu)點于一身，在金屬中的掃描范圍可達到27940mm。德國KrautKraemer公司生產(chǎn)的USD10型智能超聲探傷儀能實現(xiàn)自動探傷和顯示缺陷的位置和數(shù)值。缺超聲自動系統(tǒng) 超聲無損評價技術現(xiàn)狀 1)國內(nèi)現(xiàn)狀針對在目前工業(yè)生產(chǎn)的超聲檢測中缺陷難以定性的問題，國內(nèi)一些科研單位已經(jīng)開始了超聲無損評價技術的研究，并取得了一定的進展。超聲無損評價技術主要涉及噪音信號的去除、特征提取和智能識別缺陷。例如，南昌航空工業(yè)學院的盧超、鄔冠華和吳偉在分析儀器電噪聲，材料散射噪聲和缺陷回波的小波變換特性的基礎上，提出一種用一個尺度間變化的門限閾值來抑制噪聲回波的小波變換系數(shù)再重構(gòu)檢測回波的方法提高信噪比[4]。浙江大學的車紅昆、項占琴、程耀東提出一種基于小波包變換時頻鄰域統(tǒng)計特征的自適應消噪方法，能有效提高信號的信噪比以及不同類型缺陷信號之間的可區(qū)分性，并抑制波形失真和信號的能量衰減[5]。中國礦業(yè)大學的弓樂、曹康和吳淼采用小波變換、小波包變換和動態(tài)包絡等方法對超聲回波信號進行降噪和特征提取，利用多種神經(jīng)網(wǎng)絡對缺陷進行分類，建立了一套金屬材料超聲探傷缺陷分類輔助系統(tǒng)，具有采集金屬材料中缺陷回波數(shù)據(jù)、降噪、特征提取和智能識別缺陷等主要功能[6]。華南理工大學的陳國華引入小波分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術進行缺陷深度的智能識別，構(gòu)造了智能識別實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了裂紋型缺陷的智能識別和缺陷智能定量識別[7]。但是系統(tǒng)需要建立了數(shù)字超聲探傷缺陷樣本庫，在樣本庫中收集有各類缺陷的多種樣本，因此樣本的完備性很大程度決定了缺陷識別的準確性。訓練樣本量的多少和訓練樣本的涵蓋范圍會直接影響到神經(jīng)網(wǎng)絡的推廣能力。目前超聲波檢測的聲學理論基礎還主要停留在固體中少數(shù)規(guī)則缺陷（如球體、圓柱體、無限槽縫等）對超聲波的反射、固體中的晶粒對超聲波的散射，但超聲波檢測更重要的是根據(jù)已測得的散射情況推斷工件內(nèi)部存在著什么樣的缺陷。2)國外現(xiàn)狀目前，作為提供智能識別方法之一的人工神經(jīng)網(wǎng)絡在超聲檢測中得到了廣泛應用。國外研究機構(gòu)在定性識別方面都開展了大量的研究。例如，Masnata及其合作者制造出了135個裂紋、夾渣等人工缺陷，采用Fisher判別方法對超聲檢測得到的參數(shù)進行處理，選擇了波形的上升時間、下降時間、持續(xù)響應等16個量作為神經(jīng)網(wǎng)絡輸入，準確地實現(xiàn)了對三種缺陷的分類識別[8]。 超聲檢測技術國內(nèi)外發(fā)展趨勢超聲無損檢測診斷技術正向快速化、標準化、數(shù)字化、程序化和規(guī)范化地方向發(fā)展，其中包括高靈敏度、高可靠性、高效率的檢測診斷儀器和檢測診斷方法，檢測診斷和驗收標準的指定，檢測診斷操作步驟的程序化、實施方法的規(guī)范化等。目前國內(nèi)外已經(jīng)誕生了多種數(shù)字化便攜式探傷儀，然而自動化超聲波探傷系統(tǒng)仍以多通道模擬方式為主。這類儀器可靠性差，檢測精度不高，操作不便，存在的問題有模擬閘門報警方法的虛警和漏檢概率很大，檢測性能達不到實際使用要求，各通道之間參數(shù)的離散性大，不便于采用工業(yè)探傷標準；對波形的處理、存儲困難，不利于探傷結(jié)果的保存和分析，因此采用數(shù)字化檢測技術是必然的趨勢[2]。現(xiàn)代超聲無損檢測技術正在向著數(shù)字化、自動化、智能化和系統(tǒng)化方向發(fā)展，材料缺陷檢測中定位、定性、定量的可靠性將不斷得到提高[9]。世界無損檢測技術發(fā)展趨勢是廣泛采用計算機和信號處理技術來提高無損檢測技術的可靠性[10]。超聲無損檢測技術逐步從NDI和NDT向NDE過渡。超聲波無損探傷是初級階段，它的作用僅僅是在不損害零部件的前提下，發(fā)現(xiàn)其人眼不可見的內(nèi)部缺陷。以滿足工業(yè)設計中的強度要求。而超聲無損評價是超聲檢測發(fā)展的最高境界，不但要檢測缺陷的有無，還要給出材質(zhì)的定量評價，也包括對材料和缺陷的物理和力學性能的檢測及其評價。近年來，國內(nèi)外在超聲探傷技術方面的研究與應用有如下趨向：1)由定性探傷向定量探傷和直接顯示缺陷的圖像發(fā)展。經(jīng)過上個世紀的科研積累，以及計算機圖像科學的發(fā)展，現(xiàn)在由定性地判斷缺陷的有無發(fā)展為對缺陷的位置、大小、形狀、性質(zhì)進行定量判斷，并且利用各種成像技術直接顯示缺陷的二維、準三維圖像。2)把信號處理領域的新成果引入到超聲信號的處理中，如各種快速計算技術，分離譜處理，小波分析等方法，使得超聲探傷的準確性和快速性大大提高。3)把超聲探傷技術與自動化技術與人工智能相結(jié)合，向在線自動探傷和儀器的智能化發(fā)展，其中非接觸超聲探傷技術將有突破性進展。4)超聲探傷和斷裂力學相結(jié)合，對于重要工程構(gòu)件的壽命進行評價。由于機械結(jié)構(gòu)裂紋缺陷的產(chǎn)生、擴展往往伴隨著復雜的應力變化，實現(xiàn)精確檢測，超聲檢測可用于金屬起始裂紋檢查。5)超聲探傷和原子尺度材料缺陷的孕育與納觀材料缺陷相聯(lián)系，對被檢對象中缺陷的類型、尺寸、形狀、取向等加以檢測。6)超聲探傷和材料的物性評價相結(jié)合，在新材料的設計、加工和工程應用中迅速得到發(fā)展。7)把無損檢測技術直接運用在機器生產(chǎn)的每一步，以便能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測和實時監(jiān)控。極大提高工業(yè)自動化程度的提高。8)自動化超聲波探傷系統(tǒng)仍以多通道模擬方式為主轉(zhuǎn)為以多通道數(shù)字化超聲檢測為主。（？？？） 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