TOFD检测

TOFD检测（共8篇）

TOFD检测 篇1

0前言

随着TOFD检测技术的不断推广, TOFD检测技术在锅炉压力容器制造安装的质量检验中得到越来越多的应用。国内现有的NB/T47013.10-2010《承压设备无损检测第10部分:衍射时差法超声检测》标准对等厚度母材对接接头的检测方法有明确地规定, 然而对焊缝两侧母材厚度不同 (常常是封头与筒体厚度不同) 的情况就仅作出了“取薄侧厚度值”的规定[1]。对此笔者根据此前的经验, 对不等厚度母材对接接头TOFD检测的工艺制定、上表面盲区计算、深度定位等做简单的介绍。

1 工件介绍

某容器制造厂生产的TSA预净化器要求进行TOFD检测, 工件参数如表1。

筒体对接焊缝TOFD工艺这里不做介绍, 其封头与筒体为不等厚对接焊缝连接, 焊缝结构如图1。

图1中各焊缝参数如下:薄板厚度D2=20 mm, 厚板厚度D1=34 mm, 焊缝宽度a=18 mm, 削边宽度l=20 mm。

2 检测工艺介绍

2.1 探头、楔块选择

根据标准规定, 可以选择探头7.5Mϕ6;为了使声束聚焦在焊缝厚度方向的2/3处且S1、S2尽量对称和满足焊缝结构尺寸要求, 将楔块选择为薄壁侧63°, 厚壁侧60°, 由此计算得S1=47 mm, S2=26 mm。在本案例中如果按常规设置选取63°楔块, 为保证聚焦在2/3处, 则S1=54 mm, 两探头间距离过大会导致直通波灵敏度很低, 因此笔者在后壁侧选择60°楔块, 意在尽量减小PCS和使S1、S2平衡。

2.2 直通波和底波到达时间计算

因直通波是沿两探头之间最短路径传播, 可得:

经计算得出直通波到达时间:下式中5.6为楔块对总延迟:

底波到达时间:

采用5M探头, 厚度方向上有13个周期, 经实际验证能基本满足时间分辨力要求。

2.3 上、下表面盲区计算

2.3.1 上表面盲区计算方法

扫查面附近的内部缺陷的信号可能隐藏在直通波信号之下, 导致无法识别, 因此上表面盲区就是直通波信号所覆盖的深度范围[2]。由于焊缝结构和探头布置方式比较特殊, 无法采用盲区试块测试上表面盲区, 因此采用理论计算其盲区高度, 取直通波1.5个周期 (T) , 假定盲区高度为d, 可得到以下等式:

根据上式解出上表面盲区d约为5.2 mm。

2.3.2 下表面盲区计算方法

对TOFD技术检测可靠性影响较大的底面盲区主要是轴偏离底面盲区[2], 而轴偏离盲区可利用椭圆方程计算得出, 以下对计算过程做简单的论述:

(1) 为便于计算不考虑焊缝余高的影响, 建立图2坐标系, 得探头1和探头2的坐标分别为F1 (-47, 34) 、F2 (26, 20)

(2) 下表面与椭圆相切, 设切点的坐标为 (xq, 0) ,

利用椭圆切线定理得:

得到xq≈-1, 即切点为 (-1, 0) ;

根据椭圆的定义, 椭圆上任意一点到两焦点的距离之和等于2a:

代入切点坐标可求出a值约为45.5;

(3) 取检测范围为焊缝加两个各10 mm, 则轴偏离值为14 mm, 即点坐标 (±14, y) , 代入方程:

即可求得y值分别为 (-14, 1.1) 、 (14, 1.6) ;

(4) 因此下表面盲区高度为1.6 mm。

2.3.3 上、下表面盲区解决方法

采用脉冲反射法超声检测和磁粉检测作为补充手段, 解决上表面盲区和下表面盲区的问题。

3 深度定位误差的分析

由于焊缝两边母材厚度不同且探头布置不对

参考文献

[1]NB/T47013.10-2010.承压设备无损检测第10部分:衍射时差法超声检测[S].

[2]雒里柯.衍射时差法 (TOFD) 超声检测表面盲区的不同算法[J].无损探伤, 2012, 36 (5) :45-46.

TOFD检测 篇2

1TOFD超声成像检测技术的优势

我国对于压力容器检验的关注度较高,而且在很多技术的选用上,都表现为严格的特点。结合以往的工作经验和当下的工作标准,认为TOFD超声成像检测技术的优势,主要是表现在以下几个方面:第一,TOFD超声成像检测技术的`应用,能够针对压力容器检测的多项指标有效明确,提高工作效率的同时,不会对检测质量造成问题。TOFD超声成像检测技术的操作,能够与计算机技术、超声技术、成像技术等,均能开展有效的联合操作,这就很容易在压力容器检测的过程中,将各项指标有效的体现出来,减少疏漏。第二,TOFD超声成像检测技术的操作,在自身的难度上并不高,而且经过长时间的优化、革新以后,还增加了自动化、智能化的理念,这对于未来工作的开展,将会提供更多的保障。

2TOFD超声成像检测技术的原理

TOFD检测 篇3

关键词：TOFD检测技术；缺陷图像；工艺方案；海底管道

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）01-0049-04

1　TOFD检测技术简介

1.1　检测原理

TOFD检测是利用大扩散角探头对，在声束覆盖范围内的工件上采集缺陷的端点衍射信号，从而来发现缺陷并对之进行定位。

衍射时差法（TOFD）是一种依靠从待检试件内部结构的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。超声波入射到线性缺陷上时，它除了普通的反射波以外，在两端还会发生衍射。衍射能量在很大的角度范围内传播至接收探头，可测量缺陷自身高度。除了缺陷的衍射能量以外，TOFD法还检测两个探头间直接传播的直通波和未受缺陷影响直接抵达试件内壁的内壁反射信号也称之为底面波。TOFD可以用直通波和底面反射波作参照，缺陷的深度是从直通波与衍射脉冲的时差来计算的。

TOFD技术将采集到的A扫信号，经过数据处理后与编码器所采集的探头位置信息一一对应，即得到了TOFD探伤的最原始数据，TOFD分析都是基于这个阶段存储的序列A扫信息，所以任何TOFD设备都不可能在缺少序列A扫的情况下对缺陷进行更详细的图像处理和分析，换言之，图像分析的第一步是对序列A扫波形的分析。

1.2　超声衍射时差（TOFD）检测技术扫查图像的形成

在每个A扫信号上根据采样周期对其进行采样，每个样点在屏幕上分配相同的宽度和高度，在显示屏对应一个像素，根据其振幅确定每个像素的灰度，其中纯白表示100%FSH，经过在0%位置的中间灰色，到纯黑色的－100%FSH，这样一个超声波A扫信号转换为由许多淡灰色和深灰色的色点交替组成的一行。

利用计算机技术、图像处理技术和专用软件强大的处理功能，通过对TOFD图像离线分析，可对缺陷进行精确定性、定位、定量。

1.4　TOFD技术特点

1.4.1　TOFD技术的可靠性好。由于其主要是利用衍射波进行检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效地发现，使该技术具有很高的缺陷检出率。国外研究机构的缺陷检出率的试验得出的评价是：手工UT，50%～70%；TOFD，70%～90%；机械扫查UT+TOFD，80%～95%。由此可见，TOFD检测技术比常规手工UT的检测可靠性要高得多。

1.4.2　TOFD技术的定量精度高。采用衍射时差技术对缺陷定量，精度远远高于常规手工超声波检测。一般认为，对线性缺陷或面积型缺陷，TOFD定量误差小于1mm，对裂纹和未熔合缺陷，高度测量误差通常小于1mm。

1.4.3　TOFD检测简单快捷，最常用的非平行扫查只需一人即可以操作，探头只需沿焊缝两侧移动即可，不需做锯齿扫查，检测效率高，操作成本低。

1.4.4　TOFD检测系统配有自动或半自动扫查装置，能够确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可以转换为TOFD图像。图像的信息量显示比A扫描显示大得多，在A型显示中，屏幕只能显示一条A扫信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量A扫信号的集合。与A型信号的波形显示相比，包含丰富信息的TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析。

1.4.5　当今使用的TOFD检测系统都是高性能数字化仪器，完全克服了模拟超声探伤仪和简单数字超声波探伤仪记录信号能力差的特点，不仅能全过程记录信号，长久保存数据，而且能够高速进行大批量信号处理。

2　CB32A-CB326海底輸油管道

2.1　基本参数

CB32A-CB326海底输油管道采用复壁管结构，其中芯管为Ф273×13，套管为Ф377×12，管道设计压力6.4MPa，总长度2.95km。

2.2　施工流程

该海底管线的敷设方式采用SL902铺管船在海上连续敷设。在SL902船上依次有组对、根焊、热焊、填充、盖面、无损检测、防腐补口等7个工位。

2.3　检测方法的选择

胜利油田海底管线施工时目前均采用铺管敷缆船在海上连续作业，取代了以前早期的敷设方式。早期的施工方式采用陆地分段预制，检测合格后，分段浮拖、挖沟回填，连接各分段，继续下段的小沟、浮拖，直至全部敷设完成，检测工序可穿插完成，对整个工期的影响非常小。目前，采用SL902铺管船直接在海上连续作业，作业时在船上沿生产线设置了多个连续工序，主要工序包括组对、根焊、热焊、填充、盖面、无损检测、防腐补口等工序。无损检测采取射线检测，一般执行JB/T4730标准或者SY/T4109-2005标准。由于船上作业的特殊性，目前的检测方法越来越不适应海底管线施工的现状，主要存在如下问题：

辐射防护困难。船上作业基本24h不停，人员倒班各工序不停，所有人员不在工位上，就在船上休息，休息部位在底部，采用X射线作业时需要考虑所有6个方位的射线防护问题，且船上距离有限，辐射对人员的伤害仍在一定程度上存在。

检测工序时间过长，与其他工序不匹配。在流水线上产品的制造时间取决于最长的工序时间，海底管线连续辐射施工时，由于组对机具的改进、焊接水平的提高以及防腐工艺的更新，除无损检测外的其他工序施工时间大大缩短，正常工序时间均不到4min，而无损检测采用射线检测，虽采用中心法一次曝光，但由于后期胶片处理需要时间，即使采用了自动洗片机，该工序仍需要15min，大大制约了整个施工进度。胜利埕岛海域气象不稳定，适合出海作业的时间短，连续海上作业时间非常紧张，而海上船机费在整个施工成本中占了很大的比重，检测工序时间过长，不仅仅导致工期延长，更重要的是导致成本大大上升，已成为了制约海底管线施工的瓶颈工序。

对面状缺陷的检测率低，可靠性低。海底管线敷设在海床上，投产后经受海潮、暗流、作业船只等多种破坏，故对其焊缝质量要求较严。焊缝中面状缺陷破坏性最大。射线检测对体积状缺陷检测率较高，但对面积性缺陷检测率较低，容易导致小裂纹、未熔合等危险性缺陷漏检。

由于该海底管线采用SL902船海上连续敷设，且用于内补口的口爬行器放置在无损检测工位后，如果采取射线检测，则内爬行器的拖缆和紧固线将与射线爬行器产生干扰，导致无法工作。故该芯管不能采用中心法透照，如采用双壁单影透照，则透照次数增加，每道口仅摄片时间就需要15min以上，加上冲洗时间，每道口需要的检测时间将超过30min，且辐射防护难度更大，鉴于此，考虑到TOFD检测技术的特点，对芯管检测特选用TOFD检测替代射线检测。

3　芯管TOFD检测工艺及检测难点

3.1　设备、器材选用

检测设备使用汉威HS810　TOFD仪器，探头选择TOFD10MHZ3mm　63℃，所使用的TOFD检测设备、器材和材料应能满足NB/T47013.10的要求，耦合选用淡水，并保证实际检测用的耦合剂应与检测校准时的耦合剂相同。

3.2　扫查方式选择

初始扫查方式选用非平行扫查，用于缺陷的快速探测以及缺陷长度、缺陷自身高度的测定，可大致测定缺陷深度；对已发现的缺陷选用平行扫查方式进行，可精确测定缺陷自身高度和缺陷深度以及缺陷相对焊缝中心线的偏移，并为缺陷定性提供更多信息。

3.3　PCS确定

初始扫查时，探头中心距离设置为该探头对的声束交点位于覆盖区域的2/3深度处。

3.4　扫查面准备

探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油垢及其他杂质。检测表面应平整，便于探头的扫查，表面粗糙度Ra值应不低于6.3μm，一般应进行打磨。保留余高的焊缝，如果焊缝表面有咬边、较大的隆起和凹陷等应进行适当的修磨，并作圆滑过渡以免影响检测结果的评定；要求去除余高的焊缝，应将余高打磨到与邻近母材平齐。

3.5　时间窗口调整

3.6　灵敏度调节

因工件厚度为22mm，小于50mm，且采用单检测通道时，采用直接在工件上进行灵敏度设置，方法是将直通波的波幅设定到满屏高的60%～80%；若采用直通波不适合或直通波不可见，可将底面反射波幅设定为满屏高的80%，再提高20～32dB；若直通波和底面反射波均不可用，可将材料的晶粒噪声设定为满屏高的5%～10%作为灵敏度。

3.7　编码器的校准

3.8　难点一

4　检测效果

5　結语

胜利海底管道适合采用TOFD替代射线检测，检测时要针对具体检测对象，选择合适的TOFD工艺参数，依据管道规格情况，制作合适的扫查轨道，并选择合适的盲区检测工艺，这样，TOFD检测效果完全能达到或超过射线检测质量和可信度，建议下一步在埕岛海底管道推广。

参考文献

[1]　强天鹏．衍射时差法（TOFD）超声检测技术[M]．

[2]　承压设备无损检测（JB/T4730.10-2005）　[S]．

TOFD检测 篇4

近年来,TOFD检测技术在厚壁压力容器中的应用越来越广泛,但TOFD技术因直通波导致表面存在较大盲区,目前常用脉冲反射法与磁粉检测来解决表面盲区问题。脉冲反射法在检测厚壁压力容器时,信号衰减大且工件底面多为不规整,导致信噪比降低,表面及近表面缺陷检出率较低;磁粉检测一般只能检测表面以下2~3mm的缺陷[1],不能满足要求。爬波声场能量主要集中在表面下某个范围内,且不同于表面波,对工件表面粗糙不敏感,适合检测表面及近表面缺陷[2]。因此本文结合爬波检测技术来解决TOFD表面盲区问题,并对爬波检测工艺进行研究。

1 爬波检测的基本原理

最早实验研究爬波的是由Harbold和Stemberg进行,Gruber等利用环向爬波来估测孔洞的直径。爬波的定义最早出自于德国1898年的专利,爬波是超声爬波探头产生折射角为90°时的压缩波(纵波)[3]。当纵波以第一临界角α1附近的角度入射到界面时,就会在第二介质中产生表面下的纵波,即为爬波[4]。爬波产生原理如图1所示,其中的α1为第一临界角,β1为横波折射角,β2为纵波折射角,其指向即为爬波光束方向。

由图1中可以看出,爬波理论上是平行于表面传播的纵波,实际上最大能量方向是与表面呈一定角度,该角度大小与纵波入射角有关。爬波的传播速度变化范围[5]为0.8C~0.95C(C为压缩波速度),决定于传播介质。爬波的衰减的主要原因是纵波在沿表面下传播过程中不断的发生向横波的波形转换,导致在传播的过程中波幅递减。正因爬波的这些特性,通过对水平方向与深度方向传播能量衰减进行研究,并设计爬波检测工艺。

2 爬波检测CIVA仿真

2.1 爬波声场CIVA仿真

根据爬波基本原理,为了更加直观的分析爬波探头的声场,通过CIVA软件对4Mhz的双晶爬波探头进行仿真,仿真结果如图2所示。

由图2可知,爬波声场主要集中在近表面区域,主声束不平行表面,与表面呈一定角度;声场能量随着水平距离与深度的增加急剧减小;爬波声场之后有横波声场,且声场能量高于爬波声场能量。由此更直观的看出:爬波检测在一定范围内可检测表面及近表面缺陷。

2.2 爬波检测中缺陷响应CIVA仿真

爬波检测中,爬波在沿表面下传播过程中,不断发生波形转换,导致声场能量衰减快。爬波传播可分为水平方向传播与深度方向传播,因此通过改变水平距离与缺陷位置深度进行仿真研究,并分析对爬波检测的影响。该部分仿真主要从三个方向进行分析研究:一是改变水平距离;二是改变缺陷位置深度;三是综合分析不同水平距离与不同缺陷位置深度对检测的影响。

(1)改变水平距离与改变缺陷深度仿真

仿真通过对长10mm高2mm的表面刻槽,分别在距探头前端10~100mm处进行仿真水平距离的影响;通过对10mm高2mm的缺陷,分别在1~10mm深度进行仿真缺陷位置深度对检测影响,距探头前端10mm。探头参数为4Mhz入射角为90°,经CIVA软件仿真结果如图3(a)、(b)所示。

由图3可见,爬波探头的声场能量随着水平距离与缺陷深度位置的增大骤减,对图3中缺陷能量衰减分析结果如表1所示。

经Origin 9.0分析结果如图4所示。

从图4可知,爬波声场能量随着水平距离与缺陷深度的增大,均呈指数衰减。图4(a)中,水平距离在0~40mm之间,能量衰减快;图4(b)中缺陷深度在2~6mm之间,能量衰减快。由此可知,爬波在水平与深度方向上传播范围相当有限,检测时应注意传播距离的影响。

(2)不同水平距离对不同深度缺陷仿真

通过对长10mm高2mm的缺陷,分别在距探头前端10mm~60mm,分别对深度方向上1~10mm的缺陷进行CVIA仿真,仿真结果如图5所示。

由图5可知:不同水平距离对不深度缺陷检出效果不同,随着水平距离的增加,能够检出缺陷深度增加,但靠近表面缺陷深度检出能力降低,该结论与图3(b)中仿真结果不一致。这是因为爬波声场的分布主要在近表面区域,主声束与表面成一定角度,当水平距离增大时,深度越深的缺陷可能靠主声束越近,越靠近表面区域的声场能量越弱。当水平距离增加到50mm时,表面1~3mm深的缺陷几乎不能检出。因此,爬波检测水平距离不应超过40mm,深度方向可检测1~10mm深的缺陷。

3 爬波检测实验与工艺

3.1 爬波检测实验

根据上述CIVA仿真结果可知,爬波检测的声能随着水平方向与深度方向的增加而骤减,水平方向的检测范围对爬波检测的检出率有重要影响,通过实验进行验证爬波检测范围,并得出爬波检测工艺。

实验采用OMNISCAN-MX TOFD检测仪、4MHz凤凰爬波探头、编码器、转接线等设备,在30mm厚TOFD试块上进行爬波实验,30mm TOFD对比试块示意如图6所示。

(1)爬波衰减实验

以埋深4mmΦ2mm的侧孔为基准,侧孔距探头前端距离为5mm,找到最大回波,并将回波幅值调到满屏波高80%。再将探头水平向后移,每间隔5mm记录一次,直到40mm。实验结果如表2所示。

经Origin 9.0软件分析结果如图7所示。

由图7可知,声场能量幅值的衰减随水平距离增大,衰减也较大。与图4(a)对比分析可知,实际所测得爬波能量衰减比理论衰减的速度要慢,因为仿真与实际工件的介质参数不同,测量时也存在误差。还可得出衰减均在0~40mm之间,衰减的幅度大;40mm后,能量幅值衰减已经特别大,能量很弱,实验与仿真结果基本一致。

(2)爬波检测范围实验与工艺实验验证

实验通过对30mm试块上0.5mm、1mm、2mm刻槽及埋深4mmΦ2mm、埋深7.5mmΦ3mm侧孔在不同水平距离进行爬波实验。分别在距缺陷水平方向10mm~60mm处进行实验,每次实验检测灵敏度均以埋深4mmΦ2的侧孔为基准,将波高调至80%进行实验。

实验结果表明:当水平距离在10~40mm之间时,刻槽及侧孔均能有效检测,随着距离的增大,缺陷信号的分辨率逐渐降低,信噪比也降低。在50~60mm时,仪器增益调至最大,刻槽检测效果较差,基本不能分辨刻槽的长度,侧孔能有效检出。图8为水平距离为10mm时的刻槽及7.5mm深的侧孔与水平距离50mm的刻槽及7.5mm深的侧孔爬波检测图谱,由图8可清楚的判别水平距离10mm时的刻槽与侧孔;在50mm处,刻槽则不能很好区分,侧孔能有效的检出。因此爬波检测范围最大不应超过40mm,水平距离越小对表面较浅的缺陷检出效果越好。

在上述实验结果得知,爬波检测范围应在0~40mm内,检测灵敏度以埋深为4mmΦ2mm的侧孔为基准,找到最大波高并调至80%时为检测灵敏度。按照该检测工艺在100mm模拟试块上进行检测,模拟试块焊缝宽度45mm,表面有长30mm深5mm的表面裂纹。探头前端距焊缝中心距离为30mm,灵敏度设置为68.7d B。检测结果如图9所示。

由图9可知:经测量裂纹测得长度为33.3mm与实际裂纹长度30mm相差3.3mm,测量存在一定误差,但由爬波检测特点所致,无法测量裂纹深度。从爬波试验较好的结果及目前对厚工件表面盲区无有效的解决方案的情况下,爬波检测可作为一种有效的方法来解决TOFD表面盲区。

3.2 爬波检测工程应用实例

在某压力容器制造厂,对一壁厚为147mm的对接环焊缝压力容器进行TOFD检测,表面盲区采用爬波+MT进行补充检测。在进行爬波检测中,爬波检测工艺参数设置为4Mhz爬波探头,探头前端距焊缝中心为35mm,灵敏度为72d B进行扫查,在该工艺参数设置下进行爬波检测发现4处缺陷。其中一例缺陷在检测区域内的回波信号,如图10(a)所示,在同一位置处进行TOFD检测与MT检测,均没有发现明显的缺陷显示。该处缺陷经返修发现未熔合缺陷,经测量,距离上表面为6mm。

在检测过程中,还发现TOFD检测在靠近近表面的缺陷,爬波检测也能发现,如图11所示。

从工程实例可知,爬波在解决厚壁压力容器的TOFD检测表面盲区具有很好的效果,且以成像的方式反映缺陷,在一定程度上能对TOFD检测起到辅助的作用,因此对TOFD表面盲区检测不失为一种有效的补充检测方法。

4 结束语

(1)经实验表明:爬波检测水平距离在0~40mm范围内,具有较好的检测效果,随着水平距离的增加,对表面较浅缺陷的检出能力降低,且检测效果也会降低。

(2)实际检测证明:爬波检测能对厚壁压力容器的表面盲区检测起到较好补充检测效果,并且在一定程度上对检测TOFD检测起到辅助检测的作用。

(3)在实际应用中还发现:现场噪声及电子噪声均会对爬波检测造成干扰,且对接焊缝的错边均会在爬波图谱上形成伪缺陷,从而影响检测效果。爬波检测也不能对缺陷定量,这些问题今后将做进一步研究。

参考文献

[1]任吉林,林俊明,电磁无损检测[M].科学出版社,北京,2008.06:222.

[2]樊利国等,爬波检测及其应用.无损检测,2005,27(4):212-216.

[3]江山等,表面及近表面裂纹的爬波无损检测.无损探伤,2005,第29(3):8-11.

[4]李安营等,爬波探头的制作原理及应用.无损探伤[J].

TOFD检测 篇5

1 TOFD超声成像检测技术的相关概述

TOFD超声成像检测技术主要是对超声波进行应用, 从而实现无损检测。其具体的原理就是通过超声波的探测的形式获得的压力容器内部可见的图像, 对超声波的穿透性进行应用, 由超声波对容器内部结构的声学特征信息进行收集, 并由相关软件对获取的数据信息进行收集和整理, 最后形成可见的图像形式。TOFD超声成像检测技术可以有效的发现压力容器内部的缺陷情况, 配合相关维护人员的工作, 使得的缺陷可以得到及时处理, 避免隐患的进一步扩大。

TOFD超声成像检测技术具有无损检测的特点, 检测过程中不会对压力容器造成影响, 其检测结果具有准确度高, 缺陷位置明显的效果, 对压力容器的检验具有十分重要的作用, 而且, 成本不高, 自动化程度高, 相关作业是由的计算机完成, 减少误差的产生, 规避压力容器的安全隐患。

2 TOFD超声成像检测技术在压力容器检验中的应用

通过TOFD超声成像检测技术的应用, 可以有效的对压力容器内部的具体情况进行判定, 并确定隐患的具体位置, 为压力容器的检修提供参考, 为此, 需要对其的应用要点进行分析和解读。

2.1 被检验设备的要求

为了实现的TOFD超声成像检测技术的有效应用, 需要合理的对压力容器进行处理, 促使检测的效果可以得到提升, 减少误差的产生。需要的对压力容器内部的影响检测效果的杂物、土层等进行控制, 采用耦合凝胶等材料, 压力容器进行控制, 保障检测的效果。此外, 还需要在的根据压力容器的实际情况选择适宜的耦合、控制温度, 提高检测的可靠性。

2.2 仪器的准备

为了实现TOFD超声成像检测技术的应用, 需要重视对设备准备工作。首先, 需要科学的对探头进行选择, 探头是影响检测准确性的关键部分, 保障探讨的适应性。如果压力容器的厚度<7.5cm时, 可以选择单探头的形式, 如果的厚度>7.5cm时, 可以选择探头组合式。针对化工企业, 压力容器通常会>7.5cm, 因此, 选择的探头组的形式。并根据检测的实际需求, 合理的探头中心距进行调整。

2.3 仪器的校准

检测之前, 需要强化对检测设备的校准工作, 为了确保检测的准确性和灵敏性, 需要对对的波幅进行调整, 并合理进行增益设置。设置时, 需要根据压力容器的基本情况, 促使检测质量可以得到提升。TOFD工作探头组需要满足的表面波波高处于满屏高的0.4~0.9。此外, 为了获得准确的检测结果, 需要科学的对声速进行控制, 避免声速波动对检测造成影响。最后, 还需要合理的对探头角度进行调整, 确保探头可以采集到有效的数据信息。

2.4 检测的实施

针对TOFD超声成像检测技术的实际情况, 需要科学的展开压力容器的检测, 保障实验的可靠性。首先, 需要对超声波发射装置和探头等部分进行开机, 开始进行的超声波的发射, 沿着焊缝处展开B-扫描, 如果测得两个超声波信号, 则证明的焊缝处没有缺陷的存在。将无缺陷部分作为参考, 如果出现的衍射波的情况, 可以有效的由探头进行检测, 从而获得准确的数据资料, 对获得的数据资料进行整合。下图为TOFD超声成像检测技术的实施图。

2.5 数据处理

结合TTOOFFD超声成像检测技术采集的数据参数, 科学的展开数据据的的分分析析工工作作, , 并并根根据据数数据据分分析析的的基基本本参参数数, , 由由软软件件进进行行的图像的生成, 并根据数据图像的基本情况, 获得准确的缺陷情况, 对缺陷的危险性进行判断, 推动的化工设备的稳定, 实现相关产业的持续健康发展。

3 结语

TOFD超声成像检测技术是化工压力容器的检测具有十分有效的推动作用, 可以使得压力容器的质量可以得到有效的控制, 使得压力容器的缺陷问题得到抑制, 发挥压力容器的功能性, 推动相关产业的持续健康发展。

参考文献

[1]秦志辉, 孙小兵.TOFD检测技术在压力容器定期检验中的应用[J].中国特种设备安全, 2011, 08:31-33.

[2]胡滨.压力容器检验中TOFD超声成像检测技术应用分析[J].科技风, 2015, 13:73.

TOFD检测 篇6

一、TOFD检测原理

TOFD检测主要是应用了对被测工件发生超声波时, 除了反射信号外, 工件缺损部位同时会产生一种衍射信号的原理。该检测技术除了能够进行缺损检测外, 同时还能够检测到缺损的深度以及位置, 具有无损检测的优势, 常使用纵波斜探头进行一发一收检测模式, 并将其对称放置于球罐焊缝两侧, 在无明显缺损部位, 发射超声脉冲波。当球罐有缺损存在时, 除了直通波以及地面反射波之外, 缺损处同时会产生的衍射波, 其工作原理如图1所示。

1检测区域

TOPD检测技术主要覆盖了被检测工件的高度和宽度, 高度就是指球罐厚度, 宽度则为焊缝宽度加上两侧直径约12.5mm范围。

2选择和设置探头

参考相关文献[3]可知球罐厚度为35mm, 并根据文献[4]指出, 探头频率为4.5MHz、声束角度为63°、晶片直径为4mm是比较理想的探头参数。

3调节探头中心距

可以将探头中心距设置于探头与超声波交合点以下2/3高度处, 为符合标准的中心距。

4设置A扫描时间窗口

将时间窗口起始位置参数设定为直通波接收探头信号0.5us以上, 而终止位置参数可设置为超声波发射后直到底面反射波形成后0.5us以上。检测仪器屏幕能够将直通波、地面反射波以及变形波显示出来。

5深度校准

测量仪器通过超声波的发射以及反射能够实时观察到, 因此可将时间间隔所呈现的厚度参数设置为球罐厚度, 并且能够通过直通波与反射波形成的时间差进行校验工作。

6设置灵敏度

灵敏度需要通过测量仪器中的对比试块进行调节。可以使用测量设备中的对比试块进行灵敏度的调节, 在此之前, 需要将衍射信号波幅接收信号调低;此外, 还需要在被测工件的表面进行耦合补偿。若被检工件厚度<50mm时, 仅需要通过单检测通道, 即可直接进行灵敏度的设置。通常情况下直通波的波幅设定为满屏高的40%~80%。

二、TOFD检测工艺

TOFD检测工艺是利用被检工件内部缺损的端角以及端点处发出的衍射波进行缺损检测的一种方法, 该项检测工艺已经得到ASTM E2373-04、ASMEⅧCode2235等检测标准的认同。TOFD检测对于判断缺损的真实存在性以及定位方面具有较好的应用效果, 在检查核电、建筑、石油化工以及长输管道设备的缺损中具有较好的应用效果。TOFD检测技术能够有效地避免壁厚较大工件的缺损检测问题, 并且呈现较好的发展性以及可能性。TOFD主要是通过发生超声波来实现检测, 当超声波遇到开裂、小孔等问题时, 会在缺损部位的尖端生成衍射波, 应用探头能够获取不同位置以及声频的衍射波, 从而分析出缺损所在的高度以及深度。由于横波声速低于纵波声速, 因此, 屏幕中的反射横波会慢于反射纵波, 从而能够避免横波对检测结果的干扰作用。因此, 可以说TOFD检测技术主要是利用纵波来完成检测缺损工作的。

TOFD检测工艺具有较多的优势, 例如缺损检出率高、定位准确、检测周期断、检测效率高、安全环保、检测数据能够进行绘图处理、检测结果具有较高的科学性并且储存方便。与常规脉冲回波超声检测技术相比, TOFD检测不会被缺损的方向影响, 并且不会以缺损反射波幅的高低作为判定缺损大小的依据, 这与常规超声检测中的比较大小法有一定的差异。TOPD检测工艺能够使测量数据数字化, 便于数字化结果的储存、运输、成像等工作, 具有高度的可变性以及现实性, 能够减少或降低重复检测的问题, 进而避免浪费资源, 有效提高TOPD检测工艺在定期检查中的实用性。

三、实施检测扫查

在进行检测扫查时, 需要将被测球罐表面的油漆去除并打磨光滑, 采取科学、有效以及便于操作的媒介当作TOFD检测中的超声耦合剂。在进行TOFD检测时, 探头所对中心线要与焊缝中心线保持重合状态, 并且要采取非平行扫查方式进行检测。如果在检测完毕后想对检测结果进行更进一步的检测时, 笔者以多年的工作经验建议对被测工件联合应用偏置非平行扫查、平行扫查或常规超声检测法等检测方法。检测过程中的扫查速度要保持匀速, 否则容易导致数据出现丢失或延误的现象。若需要采取焊缝长度分段法进行检测, 分段直径应≤20mm。在检测球罐的环焊缝时, 扫查停止位置要超过初始位置的20%。在球罐检验中, 其T型焊接接头是重要检测环节, 该部位是球罐最容易产生裂缝的部位, 因此, 需要进行多次排检。

四、数据分析

当所有检查结束之后, 可以应用现代信息化技术对TOFD检测结果进行绘图处理, 并通过图像资料进行观察与分析。若检测数据丢失量超过检测量的5%, 则为不合格的检测结果, 且相邻数据连续丢失也会被判断为不合格检测结果。在扫查过程中, 需要保证被检工件被检测仪器完全扫查到, 若检测区域小于被测工件区域, 需要重新检测。

五、表面盲区的分析和补充检

扫查面以及轴偏离底面存在盲区, 这是TOFD检测技术中的主要缺陷。

(1) 扫查面盲区形成的原因是:直通波具有一定的宽度, 而反射的缺陷信号被掩盖在直通波的信号中, 导致仪器无法对反馈信号进行有效辨识。该区域的计算公式为:

其中, t0为衍射信号的反馈时间;c为纵波的速率;s为探头中心距。

由于焊缝表面凹凸不平, 若焊缝表面有开裂、裂缝等现象存在, TOFD检测也很难发现。轴偏离地面盲区:在使用TOFD检测技术的过程中, 缺陷处衍射的信号在相同位置所留下轨迹为椭圆形。当衍射的缺陷信号出现在衍射信号轨迹以下的地方时, 则该信号无法被检测仪器有效接收, 因此, 该缺陷部位也就无法被检测到。通过实验证实, 应用磁粉检测方式对T50型试块进行检测, 将试块比较粗糙的背面作为检测面, 磁粉检测结果为:4个Φ3横通孔, 检测率为100%, 并且对底面刻槽也具有一定的敏感度。使用TOFD检测技术为对比, 发现对于Φ3横通孔的敏感度较低, 只能检出距表面2mm深地面人工刻槽以及距底面深4mmΦ3横通孔, 而2个深度2mm表面刻槽以及距扫查面深4mm的Φ3横通孔没有被检测出。

结论

液化气球罐具有高压、有毒等特点, 在长期使用过程中, 球馆内壁与液化气中的化学物质产生反应, 容易出现腐蚀现象, 因此, 定期检查对于液化气球罐安全管理具有重要的作用。TOFD检查是一种无损检测方式, 但是其主要存在两个盲区, 需要结合其他检测方式, 以满足实际检测的要求, 提高检测准确度。

参考文献

[1]元亚明, 叶宇峰, 蔡刚毅, 等.TOFD检测技术在液化气球罐定期检验中的应用[J].广州化工, 2014, 42 (21) :163-165.

[2]姜秀海, 朱红军.2000m3液化气球罐的TOFD检测[J].化工装备技术, 2014, 35 (2) :36-39.

[3]姜秀海, 朱红军.2000m3液化气球罐的TOFD检测方案[J].中国化工装备, 2014, 13 (3) :45-48.

[4]史亦韦, 王乃波, 卢超, 等.超声△法与TOFD法在薄壁电子束焊缝上的检测结果对比分析[J].材料工程, 2012, 52 (2) :20-24.

TOFD检测 篇7

我单位于2010年9月承接了安钢集团3#高炉 (380米3) 热风炉的建设任务, 在对接焊缝的无损检测上大胆采用衍射时差法超声检测 (即TOFD) 来代替传统的X射线检测, 取得了良好的效果。

1 TOFD与传统X射线检测方法的比较

1.1 TOFD检测原理及特点

TOFD的全称是衍射时差法超声检测, 以下简称TOFD检测。它作为一种较新的超声波检测技术, 不同于以往的超声脉冲反射法和声波穿透法等技术, 国家在2010年8月发布了《JB4730.10》 (《承压设备无损检测第10部分:衍射时差法超声检测》, 为TOFD检测提供了检测标准。JB4730.10包含了方法标准和验收标准的内容, 同时规范了技术的适用范围、术语和定义, 对检测人员、设备、试块等都有明确的要求。JB4730.10标准的出台将极大地推动TOFD检测技术在我国的推广应用。

TOFD检测的数据结果以图谱的形式进行显示、存储、和分析, 因此TOFD技术首先具备“成像”和“可记录”的特点。它利用的是在固体中声速最快的纵波在缺陷端角和端点产生的衍射来进行检测。在焊缝两侧, 将一对频率、尺寸和角度相同的纵波斜探头相向对称放置, 一个作为发射探头, 另一个作为接受探头。发射探头发射的纵波从侧面入射被检焊缝断面。部分波束沿近表面传播被接受探头接受, 部分波束经底面反射后被接受探头接受, 通过各个声波信号之间到达的时间差并形成特殊的TOFD图象, 显示缺陷位置、高度、形状等信息。特点是成像直观, 检测速度快, 能全程记录检测过程并可实现数据回放。在无缺陷部位, 接收探头会接收到沿试件表面传播的侧向波和底面反射波。而有缺陷存在时, 在上述两波之间, 接收探头会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波。

TOFD技术可靠性好, 对缺陷的检出率高 (检出率统计数据为:手工A超约50%, 射线60%～70%, TOFD80%～90%) 。TOFD深度定量精度高, 对焊缝的检出率高, 一次扫擦基本上可以覆盖整个焊缝区域, 数据显示结果图形化, 易于分辨缺陷。缺点是存在近边面盲区, 图谱判读需要专门培训和丰富经验, 定性困难。

1.2 X射线检测原理及特点

射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用, 因吸收和散射而使其强度减弱。如果被透照物体 (试件) 的局部存在缺陷, 且构成缺陷的物质的衰弱系数又不同于试件, 该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。把底片放在观片灯上借助透过光线观察, 可以看到由对比度构成的不同形状的影像, 评片人员据此判断缺陷情况并评价试件质量。

射线照相法可以直接得到缺陷的直观图像, 且可以长期保存, 对气孔和夹渣之类缺陷有很高的检出率, 但射线照相法检测成本较高, 检测速度较慢, 对人体有伤害, 需要采取防护措施。

1.3 TOFD与X射线在热风炉建设中的优缺比较

安钢集团3#高炉共有4座热风炉, 热风炉最高为50.41m, 最大直径为Φ11.26m。炉壳板厚为δ30, δ38, δ45, 其中炉壳中δ30, δ38最为普遍。按照设计图纸要求, 炉壳所有对接焊缝需要做超声波检测外, 还需要抽查5%或10%的对接焊缝做X射线检测。传统的X射线检测数据直观, 易于保存, 然而对30～45的中厚板检测时间长, 且不能多工种作业, 严重制约了热风炉的建设工期。我们经过认真的比较后, 参照《固定式压力容器安全技术监察规程》中4.5.3.1: (1) 压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测, 超声检测包括衍射时差法超声检测 (TOFD) 、可记录的脉冲反射法超声检测和不可记录的脉冲反射法超声检测;当采用不可记录的脉冲反射法超声检测时, 应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测作为附加局部检测。根据上述条款, 我们大胆提出以衍射时差法超声检测 (即TOFD) 来代替传统的X射线检测。并得到了原设计单位和监理公司的书面同意。

TOFD检测和X射线检测都能实现数据的长期保存, 然而在热风炉建设上, TOFD具有无可比拟的优点:检测速度快, 对于板厚超过25mm的材料, 经济成本比射线检测少得多。安钢3#高炉4座热风炉需要进行X射线检测的焊缝长度大约为410余米, 根据保守计算, 安钢3#高炉热风炉如果使用X射线检测 (240元/米) , 后期成本大约需要近十万元, 而TOFD检测后期成本仅有探头楔块的磨损费用, 只有几千元。TOFD检测仪器易于搬运, 可以在方便的任何地方进行检测。进行检测时, 可以多工种同时作业, 大大缩短了工期。

2 TOFD在热风炉焊缝检测中的应用

我们可以在TOFD图谱中很容易的量出缺陷深度, 为焊缝返修提供了便利, 这也是TOFD检测与X射线检测的一个明显的优势。

3 TOFD图谱与X射线图像典型缺陷的比较

3.1 点状缺陷

由于点状缺陷在射线片上显示形状大同小异, 点状夹渣由于形状不规则, 在底片上黑度不均匀, 而气孔是体积型, 中间充斥空气因此黑度较大, 而且是中间深四周弱, 在TOFD图谱上由于两种缺陷的形状不同显示出来的图像也有区别, 在图谱上基本上为一个平滑的抛物线状没有明显的长度, 信号强度不强, 没有明显的上下端点衍射, 抛物线的顶点色度最浓;点状夹渣形状不规则, 所形成的图像有明显的反射信号, 因此信号较强, 振荡周期较多, 无明显长度指示。

3.2 密集型气孔和条状夹渣

密集型气孔图像表现为多个独立的点状衍射的集合和叠加, 各点衍射信号强度基本一致, 条状夹渣图像表现为多个夹渣状衍射图像的连续, 长度方向时断时续, 深度不齐, 无明显上、下端点衍射信号, 形成图像比较杂乱, 上端反射信号较强, 成像对比度高;下端为较弱的衍射信号成像强度明显减弱。TOFD检测的灵敏度要高于X射线, 我们发现, 在X射线底片上看不见得微小气孔在TOFD图谱上也能反映出来。

4 TOFD检测与X射线检测方法在热风炉建设中的比较

在安钢集团3#高炉热风炉建设中, TOFD检测劳动强度小, 作业时间不受限制, 检测的后期成本较低, 检测灵敏度高, 获得了很好的检测效果和经济效果。

摘要：本文对热风炉建设中使用衍射时差法超声检测代替传统的X射线检测焊缝进行了对比, 重点阐述了衍射时差法超声检测 (即TOFD) 与传统X射线的各种检测数据的对比, 充分说明了其优越性。

TOFD检测 篇8

超声TOFD (Time Of Flight Diffraction) 衍射时差法是利用超声波作用于裂纹缺陷, 其裂纹端点和顶角产生的衍射波来对缺陷进行定位和定量分析。在超声TOFD图像处理过程中, 图像配准可提供焊缝缺陷目标区域, 减少后期图像处理的数据量和提高效率, 主要方法有基于灰度统计、变换域和特征[1,2,3]。

目前, 基于灰度的匹配算法研究, 1971年Leese提出MAD算法[4,5];1972年Barnea提出有利于提高模板匹配速度的序贯相似性检测算法 (Similarity Detection Algorithm, SSDA) [6], 但该算法易受噪声影响, 且匹配精度较低, 匹配结果并不理想;紧接着研究人员提出了归一化灰度相关算法[7], 在频域中基于傅氏变换的Fourier-Mellin变换相位相关法, 互信息法 (Mutual Information, MI) 等一系列匹配算法[8], 虽然这些算法具有计算量大、复杂度高及耗时多的缺点, 但其精确度要优于基于特征的匹配算法。

1988年Harris和Stephens提出了基于特征的Harris角点检测图像配准算法[9];1997年Smith和Brady提出SUSAN (Small Univalue Segment Assimilating Nucleus) 角点检测法[10];进一步, 陈白帆等人提出一种结合尺度空间理论的多尺度Harris角点检测法[11]。2007年, Gehua Yang等人提出GDBICP算法[12], 该算法是一整套适用于普遍意义上图像配准的算法, 包括初始化技术、DBICP估算方法和决策标准三大步骤, 决策标准的引入使得该算法区别于以往的配准算法, 配准的通用性增强, 取得了较为满意的效果。

本文使用离散傅立叶变换DFT来处理TOFD图像, 完善像素级的配准算法, 编写了亚像素级超声TOFD图像配准算法。

1 超声TOFD图像的亚像素配准算法

对于面阵CCD拍摄到的离散化图像, 在像素之间可以按照一定的灰度变化进一步对离散点区域进行细分, 称为“亚像素”[13], 由于一般硬件无法达到精确细分, 可以通过一定的算法软件把它近似地细分出来。

1.1 亚像素配准原理

在图像配准中, 每个图像帧的亮度部分都被切分为M×N大小的块, 当前图像帧中的每块都在参考图像中固定搜索范围内搜索最匹配M×N大小的块, 如图1所示。最佳配准位置的图像块相对于其它位置的块有最小的匹配误差或者最大的相似度[14]。为了提高匹配精度, 搜索窗中的匹配位置可精确到亚像素, 亚像素位置的图像数据由插值计算得到[15]。由于配准精度与内插的次数成正比, 要想得到高精度的亚像素配准, 就必须进行多次内插, 但势必会增加整个算法的计算量。

假设F1和F2分别为数字图像f1和f2的二维离散傅里叶变换, 则f1和f2的互相关度C可以表示为:

其中, 表示卷积, *表示复共扼, 而F-1表示傅里叶逆变换。F1F2*己经过归一化处理, 去除了对图像内容的依赖, 而保留对图像位移的敏感性。则相位矩阵Φ和相位相关矩阵D分别为:

在图像循环平移L的理想情况下, 相位矩阵Φ是位于L处的冲击函数[16]。

1.2 亚像素配准算法的设计

本文设计了一种基于互相关的亚像素图像配准算法。通过指定图像一个像素的一小部分来配准两幅图像, 得到亚像素的匹配精度。相对于零填充的FFT (快速傅里叶变换) 计算, 该算法在不降低精度的前提下, 使用选择性上采样矩阵乘法DFT (离散FT) , 显著降低了计算时间和内存占用率。计算过程中, 在其峰值附近一个非常小的区域内, 所有的图像点被用来计算上采样的互相关。

假设两幅图像f (x, y) 和g (x, y) 之间存在一定的移动, 可以通过快速傅里叶变换 (FFT) 来定位其峰值, 计算得到参考图像f (x, y) 和移位图像g (x, y) 之间的上采样互相关度。

算法基本步骤如下:

(1) 计算f (x, y) 和g (x, y) 的FFT (快速傅里叶变换) , 得到F (u, v) 和G (u, v) 。

(2) 将F (u, v) G* (u, v) 的乘积结果放在比原先f (x, y) 和g (x, y) 大一倍的矩阵空间内。

(3) 计算F (u, v) G* (u, v) 乘积结果的逆FFT (快速傅里叶反变换) , 得到一个上采样互相关度。

(4) 在所有得到的上采样互相关度值中找到最大值, 定位其峰值。

图像配准的误差指标为归一化均方根误差 (NRMSE) E, 由式 (4) 定义:

其中, rfg (x0, y0) 是f (x, y) 和g (x, y) 的互相关度, 由式 (5) 定义:

其中, F (u, v) 实现f (x, y) 的频域平移, 由式 (6) 定义:

通过该亚像素配准算法, 超声TOFD图像与模板图之间的互相关度由一般像素级配准算法的0.9提高到了0.99的亚像素级别。

2 实验结果与分析

实验使用奥林巴斯Focus LT-16:128设备, 测试模块的焊缝缺陷为400mm×300mm, 在增益为65d B下, 使用非平行对称扫查方式, 得到了50张超声TOFD原始图像的文本数据。

经由MATLAB软件导入文本数据转化为可视的超声TOFD原始图像如图2所示。

图像配准是在Windows XP SP3, MATLAB 7.0的平台上进行的, 计算机配置是Intel (R) Celeron (R) M processor 1.70 GHz, 内存为384MB。为符合超声TOFD成像特点, 顺时针旋转90度50张原始图以便获得目标缺陷。

2.1 像素级模板匹配算法结果分析

采用像素级配准算法得到结果如图3-5所示。

图3 (b) 中的标记即是算法找的最佳匹配位置, 图3 (a) 的缺陷图1大小为440×404像素, 而图4 (a) 的模板图大小为371×394像素, 是截取的50张缺陷图中缺陷比较明显的一张局部缺陷图, 图4 (b) 配准图是以最佳匹配位置为中心, 在原图上截取的与模板图等大的结果图。图5 (a) 是差的平方和SSD (Sum of Squared Differences) 显示图, 图5 (b) 是归一化互相关度NCC (Normalized Cross Correlation) 显示图, 两者取值范围皆为[0, 1], 且值越大, 图中亮度越亮。从图5 (a) 、5 (b) 来看, SSD和NCC皆是越靠近最佳匹配位置处越亮, 远离越暗。

由表1可得在最佳匹配位置处:坐标[x, y]=[213, 206], 平方差总和SSD=1, 归一化互相关度NCC=0.9368。

由图6可知:运用像素级模板匹配法对50张缺陷图进行配准, 原图和模板图之间的归一化互相关度NCC介于0.88到1之间, 在0.93附近波动, 50个样本图像中只有3个样本图像的NCC低于0.9。NCC集中分布在0.9~0.96。由统计特性得:NCC均值=0.9346334, 标准偏差=0.018915017。

由图7可知:运用像素级模板匹配法对50张缺陷图进行配准, 配准前后原图和模板图之间的归一化互相关度NCC变化明显, 配准前NCC全部低于0.5, 配准后NCC均有显著提升, 达到0.9的水平, 本文方法提升配准精度效果显著, 满足基本匹配要求, 匹配算法成功使得图像配准在TOFD图像中得以实现。

2.2 亚像素级配准算法结果分析

亚像素级图像配准算法得到结果如图8-10所示。

图8中移位图相对于参考图移动了[x, y]=[3.48574, 8.73837], 同时乘上了2个弧度全局相位;图9中配准图是由参考图将配准像素限定在0.5像素内, 即上采样因子设定为2采样还原得到的。

由表2可知:输出参数中归一化均方根误差NRMSE=0.0351, 全局相位=2, 归一化互相关度NCC=0.99526, 位移量[x, y]=[3.5000, 8.5000], 与预设移位值[3.48574, 8.73837]的误差在0.5像素内, 达到了亚像素精度。

由图10可知:运用本文的亚像素图像配准算法对50张缺陷图进行配准, 其归一化互相关度NCC介于0.989到0.996之间, 在0.9945附近波动, 50个样本图像中只有1个样本图像的NCC低于0.99。NCC集中分布在0.993~0.996。由统计特性得:NCC均值=0.994079, 标准偏差=0.001002412。

运用本文的亚像素图像配准算法对缺陷图进行配准, 配准后的NCC达到了0.99的水平, 本文亚像素配准方法在基本匹配上又有进一步提升, 算法成功使得图像配准精度达到亚像素层次。

3 结束语

在奥林巴斯超声采集设备上, 通过济宁模具厂400mm×300mm样品的焊缝检测实验, 对采集到的50张超声TOFD原始焊缝缺陷图像进行了配准, 匹配精度达到了亚像素水平, 得到以下成果:

(1) 使用基于FFT相关性的模板匹配算法, 使原图和模板图的NCC高于0.9, 实现基本匹配的需求。

(2) 完善超声TOFD图像配准算法, 编写基于离散傅里叶变换 (DFT) 的亚像素图像配准算法, 使配准后的NCC高达0.99。

(3) 通过亚像素图像配准算法得到焊缝缺陷目标图像, 并通过实际焊缝缺陷图像验证了算法的可行性。

(4) 通过提高图像配准精度到亚像素层次, 提供更加准确的超声TOFD焊缝缺陷目标图像, 大大减少后期图像处理的数据量和提高缺陷识别效率。

(5) 成功将灰度光学图像处理方法应用于超声波图像, 超声TOFD图像得到亚像素配准效果。

本文的亚像素配准算法仍可在降低算法复杂度上进一步改进。

摘要：为了提高超声TOFD (Time Of Flight Diffraction) 图像的配准精度, 研究编写了基于离散傅里叶变换 (DFT) 的亚像素配准算法, 使得原图与模板图的互相关度在0.99附近。为解决实际焊缝缺陷检测过程中处理数据量较大问题, 文章通过图像配准来提取有效缺陷区域, 减少后期图像处理的数据量和提高缺陷识别效率。现基于FFT的相关性, 提出了一种超声TOFD图像配准算法, 成功将灰度光学图像处理方法应用于超声波图像, 提高配准精度到亚像素层次, 得到的配准图像清晰, 缺陷特征明显, 其操作过程简单, 配准位置准确。