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，常常需要采用分區聚焦技術，針對不同厚度范圍的檢測區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，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掃描系統由硬件和軟件兩部分構成。四通道水浸超聲C掃描系統的硬件結構見圖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。

軟件開發環境采用Microsoft公司的Visual Studio.Net 2008完成，開發平臺為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，而這些線程的執行由系統調度程序控制，調度程序決定哪個線程可執行以及什么時候執行線程。線程有優先級別，優先權較低的線程必須等到優先權較高的線程執行完后再執行。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出的CMP同步信號進行數據采集，一次外部觸發，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。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，運行穩定。目前CScanPro軟件已在3臺超聲C掃描檢測系統中安裝和使用，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］.北京電子工業出版社，2003.

［5］陳聯，王麗紅，陳光奇，黃宏，葛瑞宏.空間環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.