四通道水浸式超聲C掃描檢測軟件研制

楊黨綱，史亦韋，王 錚，李碩寧，王東升

(北京航空材料研究院，北京10095)

1 引言

隨著航空、航天制造技術的飛速發(fā)展，復雜精密構件的應用越來越廣泛。超聲檢測作為五大常規(guī)無損檢測技術之一，為多種復雜精密鑄件的質量檢測提供了可靠的檢測結果［1］。在復雜精密構件或大厚度工件水浸式超聲C掃描檢測中，常常需要采用分區(qū)聚焦技術，針對不同厚度范圍的檢測區(qū)域采用相應的參數進行掃描檢測。

為了滿足生產檢測需要，作者研制了四通道水浸式超聲C掃描檢測系統(tǒng)，設計了專用的四探頭夾具，探傷儀采用GEIT的USIP－40，可同時支持四通道的超聲C掃描檢測及4個門內的信號輸出。

四通道水浸式超聲C掃描系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構成。四通道水浸超聲C掃描系統(tǒng)的硬件結構見圖1所示，硬件結構主要分為:計算機、探傷儀、數據采集、運動控制和電機驅動。計算機用于總控制，實現運動控制、數據采集、數據處理和成像等工作。運動控制卡與計算之間采用RJ45接頭的網線連接，實現通訊和數據傳輸。外觸發(fā)信號是由運動控制卡根據電機編碼器的位置反饋輸出CMP信號進行同步，使得采集數據和實際位置相對應。

2 軟件研制

研制的四通道水浸式超聲C掃描檢測軟件CScanPro，如圖1所示。該軟件實現了工件超聲C掃描檢測的分區(qū)聚焦和四通道檢測技術，主要完成了工件的四通道超聲C掃描平面檢測，實現了四通道超聲信號數據采集、運動控制、數據處理、成像處理、缺陷統(tǒng)計等操作，四個通道互相獨立，可具有不同的水距，分別設置不同檢測參數，相互獨立，通道間無干擾［2，3］，也可應用于非聚焦四通道超聲C掃描檢測，提高了檢測效率。

軟件開發(fā)環(huán)境采用Microsoft公司的Visual Studio.Net 2008完成，開發(fā)平臺為Windows XP SP3，采用了多線程、GDI+、.Net Framework 3.0、界面包等技術。多線程技術是指一個進程內的所有線程使用同一個地址空間，而這些線程的執(zhí)行由系統(tǒng)調度程序控制，調度程序決定哪個線程可執(zhí)行以及什么時候執(zhí)行線程。線程有優(yōu)先級別，優(yōu)先權較低的線程必須等到優(yōu)先權較高的線程執(zhí)行完后再執(zhí)行。在多處理器的機器上，調度程序可將多個線程放到不同的處理器上去運行，這樣可使處理器任務平衡，并提高系統(tǒng)的運行效率［4］。

軟件模塊結構如圖2所示，包含數據采集，運動控制，成像處理三大模塊。

圖2 CScanPro軟件系統(tǒng)模塊

數據采集模塊負責將探傷儀4個門內的信號采集到計算機，并進行轉換處理。探傷儀4個門內的信號為0～10 V的電壓信號。數據采集模塊根據運動控制模塊發(fā)出的CMP同步信號進行數據采集，一次外部觸發(fā)，同時采集4個通道的超聲信號電壓。

運動控制模塊負責將軟件系統(tǒng)設置的掃描模式、掃描參數等信息和參數轉換為運動控制代碼，在軟件系統(tǒng)進行啟動檢測時控制機械掃描器按照指定的方式和參數進行運動，并為數據采集模塊提供同步信號。

成像處理模塊負責將采集來的數據根據掃描模式、掃描參數等進行成像，生成超聲C掃描檢測圖像，用于缺陷統(tǒng)計、定位等操作。由于四通道探頭成一字線性排列，與掃描方向平行，所以4個通道的超聲C掃描圖像存在一定的系統(tǒng)位移，在圖像顯示和定位時需要進行平移修正。成像數據的傳輸和處理是成像的基礎，采用了矩陣存儲方式。對于平面掃描模式，數據采集存儲時應考慮運動控制模式、開始位置和運動參數等的影響，數據關系如圖3所示。成像處理模塊內置了12種固定調色板和一個用戶自定義調色板，可隨時切換，滿足用戶不同需求。

圖3 平面掃描數據存儲示意

CScanPro軟件主界面如圖4所示，主要分為四個視圖和3個可任意停靠的窗口。視圖主要用于顯示C掃描圖像、色標、缺陷統(tǒng)計、對比圖像、直方圖等，輸出窗口用于輸出提示信息。掃描參數窗口顯示設置的掃描參數，儀器參數窗口顯示探傷儀和探頭的參數等，便于掃描中進行觀察。

3 檢測結果

進行四通道掃描需要選中“4通道”選項，采用四通道探頭夾具及探傷儀，并在探傷儀上設置好4個通道的模擬輸出。四通道探頭夾具為專用夾具，確保探頭夾具上的編號、探頭編號、探傷儀通道號一一對應正確。工件表面、探頭表面應無氣泡，調節(jié)好探傷儀參數，設置好門的位置和高度。在CScanPro軟件的平面掃描模式中，設置掃描方向和步進方向，再根據具體數據設置好采樣間距、步進長度、步進間距等，如圖5所示。設置好參數后就可以用手動控制來調節(jié)探頭位置，設置探傷儀參數，然后進行自動掃描檢測［5］。

掃描過程中可以用空格鍵實現暫停功能，暫停后可以選擇繼續(xù)或者提前結束掃描。掃描結束后應盡快存儲數據。超聲C掃描圖像支持放縮顯示，同時還提供了局部放大器插件用于觀察圖像細節(jié)。研制的四通道水浸式超聲C掃描檢測軟件CScanPro，具有一次掃描4個通道同時成像的分區(qū)聚焦檢測功能，也可應用于非聚焦四通道超聲C掃描檢測，提高了檢測效率。CScanPro軟件還具有多幅檢測結果圖像按照模板拼接功能，可將4個通道成像視圖中特定關注區(qū)域的圖像按照定義的模板進行剪輯合成出一幅圖像，便于觀察和分析。用戶可根據自己需要對模板進行定制，剪輯合成時，模板內非有效區(qū)域的圖像將被屏蔽，不參與合成。

4 結論

四通道水浸式超聲C掃描檢測軟件CScanPro，實現了一次掃描4個通道同時成像的分區(qū)聚焦檢測功能，也可應用于非聚焦四通道超聲C掃描檢測，提高了檢測效率，實用性強，運行穩(wěn)定。目前CScanPro軟件已在3臺超聲C掃描檢測系統(tǒng)中安裝和使用，可進行四通道超聲C掃描實際檢測，結果準確，滿足測試要求。

圖4 CScanPro軟件主界面

圖5 平面掃描參數設置

［1］李家偉.無損檢測手冊［M］，北京機械工業(yè)出版社，2004.

［2］楊黨綱.PCI－9820高速數據采集卡在材料超聲檢測系統(tǒng)中的應用［J］.材料工程，2006，10:56－59.

［3］楊黨綱.PCI－8340數據采集卡在超聲自動檢測系統(tǒng)中的應用［C］.第十一屆全國無損檢測新技術會議，2009，184～189.

［4］TOM A.Visual C++.Net Bible［M］.北京電子工業(yè)出版社，2003.

［5］陳聯，王麗紅，陳光奇，黃宏，葛瑞宏.空間環(huán)境下航天器部件密封性能評價方法研究［J］.真空與低溫，2011，2:109～113，120.