一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法及系统与流程

1.本发明涉及损伤定位领域，更具体的说，它涉及一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法及系统。


背景技术：

2.铝合金作为现代工业生产中最重要的材料之一，被各领域广泛使用。在铝合金加工过程中，由于原材料或者加工流程等问题，铝合金内部会出现损伤。目前对于铝合金进行损伤检测会采用一种基于超声波的多圆定位方法，通过联立圆方程进行损失位置的数值求解，但是铝合金的损伤位置并不是一个点，而是具备几何形状的区域，因此通过数值求解定位的方法无法直观地观察损伤区域。


技术实现要素：

3.本发明提供一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法及系统，根据铝合金二维模型中不同坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型进行着色，使得操作人员可以通过铝合金二维模型直观地观察铝合金中的损伤区域，也能直观地观察出损伤区域对应的形状特征。
4.一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，包括：
5.s1：以铝合金的左下角为原点，以水平向右为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向建立二维坐标系，同时对铝合金进行二维建模，生成铝合金二维模型，间隔预设距离对铝合金二维模型进行网格划分，并将所有网格交点对应的坐标存入铝合金坐标集；
6.s2：在铝合金上放置超声波传感器p和超声传感器r，超声波传感器p和超声传感器r通过耦合剂与铝合金贴合，并且超声波传感器p的位置位于网格交点处，此超声波传感器p为自发型，能够发出超声波，超声传感器r为接收器，用于接收超声波；
7.s3：令i＝1，i用于作为编号记录定位圆；
8.s4：根据超声波传感器p在铝合金上的位置获取超声波传感器p在二维坐标系中的圆心坐标ai，ai为(ai，bi)；
9.s5：通过超声波传感器p发出超声波，获取超声波传感器r接收超声波对应的回波信号fi，测量超声波在铝合金板内的传播速度v0；
10.s6：将回波信号fi按照时域展开，获取回波信号fi对应的直达波特征峰值到达时间tzi和反射波特征峰值到达时间tfi，计算反射延迟时间tri，tri＝tf
i-tzi；
11.s7：根据反射延迟时间tri，圆心坐标ai和传播速度v0建立定位圆ci，i为定位圆对应的编号；
12.s8：判断“i＜i”是否成立，i为定位圆的预设数量，若是“i＜i”成立，将超声波传感器p放置于铝合金上的另一位置，将i+1赋值给i，回到s4；若是“i＜i”不成立，进入s9；
13.s9：获取所有定位圆cj，j∈{1，2，3
······
i}，遍历所有铝合金坐标集中的坐标，根据所有定位圆cj计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值；
14.s10：根据铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型对应坐标处进行着色，生成铝合金损伤定位图像。
15.作为优选的一个方面，根据反射延迟时间tri，圆心坐标ai和传播速度v0建立定位圆ci，具体包括如下步骤：获取反射延迟时间tri，圆心坐标ai和传播速度v0，计算定位圆半径ri＝(tri·
v0)/2，定位圆ci的形式为：(x-ai)2+(y-bi)2＝r
i2
。
16.作为优选的一个方面，根据所有定位圆cj计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值具体包括如下步骤：依次选择铝合金坐标集中的坐标，记为模拟点bk(xk，yk)，k为铝合金坐标集中的每个坐标对应的编号，k∈{1，2，3
······
k}，k为铝合金坐标集中坐标的总个数，计算模拟点bk对应的损伤概率值其中其中dj(xk，yk)为模拟点bk(xk，yk)到定位圆cj的最短距离，其中(xh，yh)为定位圆cj的圆心坐标，rj为定位圆cj的定位圆半径，α为损伤放大系数，由铝合金的损伤区域大小决定，其中为距离损伤因子，用于描述离定位圆的距离越大，对应的损伤概率值越小。
17.作为优选的一个方面，对铝合金二维模型进行着色具体包括如下步骤：将铝合金坐标集中的每个坐标按照损伤概率值从大到小的顺序重新进行排序，再记录此时铝合金坐标集中第n个坐标对应的损伤概率值为ξ，将铝合金坐标集中第n+1个至第k个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为背景色；将时铝合金坐标集中第一个坐标对应的损伤概率值记为μ，遍历此时铝合金坐标集中第一至第n个坐标的损伤概率值δn，n为铝合金坐标集中第一至第n个坐标对应的编号，n∈{1，2，3
······
n}，若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第一前景色；若是将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第一前景色；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第二前景色；若是第二前景色；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第三前景色；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第四前景色；背景色、第一前景色、第二前景色、第三前景色和第四前景色组成着色策略。
18.作为优选的一个方面，超声波传感器p发出的超声波为lamb波。
19.一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像系统，包括：
20.二维坐标系建立模块，用于根据铝合金建立二维坐标系，并根据二维坐标系生成铝合金坐标集；
21.铝合金二维模型建立模块，用于对铝合金进行二维建模，生成铝合金二维模型；
22.超声波传感器模块，包括超声波传感器p和超声传感器r，其中超声波传感器用于发出超声波，超声传感器r用于接收超声波；
23.圆心坐标获取模块，用于根据超声波传感器p在铝合金上的位置获取圆心坐标；
24.回波信号获取模块，用于通过超声传感器r接收的超声波获取回波信号；
25.回波信号分析模块，用于对回波信号进行分析，获取反射延迟时间；
26.定位圆建立模块，用于根据反射延迟时间，圆心坐标和传播速度建立定位圆；
27.损伤概率值计算模块，用于根据铝合金坐标集和定位圆计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值；
28.铝合金损伤定位图像生成模块，用于根据铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型对应坐标处进行着色，生成铝合金损伤定位图像。
29.本发明具有以下优点：
30.1、本发明根据铝合金二维模型中不同坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型进行着色，使得操作人员可以通过铝合金二维模型直观地观察铝合金中的损伤区域，也能直观地观察出损伤区域对应的形状特征。
31.2、本发明只设置一个发送超声波的超声波传感器，并且通过移动此超声波传感器来生成多个定位圆，相较于多个超声波传感器，单个超声波传感器更加灵活，能够使用于不同规格的铝合金，并且单个超声波传感器出现故障更加容易检修，方便进行损失定位。
附图说明
32.图1为本发明实施例采用的基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像系统的结构示意图。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
34.实施例1
35.一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，包括：
36.s1：以铝合金的左下角为原点，以水平向右为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向建立二维坐标系，同时对铝合金进行二维建模，生成铝合金二维模型，间隔预设距离对铝合金二维模型进行网格划分，预设距离根据操作人员需求的损伤定位精确度进行确定，由操作人员进行提前设定，并且一般为0.1mm，并将所有网格交点对应的坐标存入铝合金坐标集，例如(6.8，6.8)；
37.s2：在铝合金上放置超声波传感器p和超声传感器r，超声波传感器p和超声传感器r通过耦合剂与铝合金贴合，并且施加一定压力使超声波传感器p和超声传感器r与铝合金良好耦合避免信号能量损失和降低边界效应，并且超声波传感器p的位置位于网格交点处，此超声波传感器p为自发型，能够发出超声波，超声传感器r为接收器，用于接收超声波；
38.s3：令i＝1，i用于作为编号记录定位圆；
39.s4：根据超声波传感器p在铝合金上的位置获取超声波传感器p在二维坐标系中的圆心坐标ai，ai为(ai，bi)；
40.s5：通过超声波传感器p发出超声波，此超声波为lamb波，并且激励频率为250khz，增益为20db，获取超声波传感器r接收超声波对应的回波信号fi，测量超声波在铝合金板内的传播速度v0；
41.s6：将回波信号fi按照时域展开，获取回波信号fi对应的直达波特征峰值到达时间tzi和反射波特征峰值到达时间tfi，计算反射延迟时间tri，tri＝tf
i-tzi，其中反射波特征
峰值为超声波传感器p发出的超声波经过损伤区域反射后，能量衰减，频率变化的特征信号峰值；
42.s7：根据反射延迟时间tri，圆心坐标ai和传播速度v0建立定位圆ci，i为定位圆对应的编号；
43.根据反射延迟时间tri，圆心坐标ai和传播速度v0建立定位圆ci，具体包括如下步骤：获取反射延迟时间tri，圆心坐标ai和传播速度v0，计算定位圆半径ri＝(tri·
v0)/2，定位圆ci的形式为：(x-ai)2+(y-bi)2＝r
i2
；
44.s8：判断“i＜i”是否成立，i为定位圆的预设数量，由操作人员设置，用于确定需要生成多少个定位圆，预设数量一般设置为8，若是“i＜i”成立，说明还未生成足够多的定位圆，将超声波传感器p放置于铝合金上的另一位置，将i+1赋值给i，回到s4；若是“i＜i”不成立，说明已经生成足够多的定位圆，进入s9；
45.本技术中只设置一个发送超声波的超声波传感器，并且通过移动此超声波传感器来生成多个定位圆，相较于多个超声波传感器，单个超声波传感器更加灵活，能够使用于不同规格的铝合金，并且单个超声波传感器出现故障更加容易检修，方便进行损失定位。
46.s9：获取所有定位圆cj，j∈{1，2，3
······
i}，遍历所有铝合金坐标集中的坐标，根据所有定位圆cj计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值；
47.根据所有定位圆cj计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值具体包括如下步骤：依次选择铝合金坐标集中的坐标，记为模拟点bk(xk，yk)，k为铝合金坐标集中的每个坐标对应的编号，k∈{1，2，3
······
k}，k为铝合金坐标集中坐标的总个数，计算模拟点bk对应的损伤概率值其中其中dj(xk，yk)为模拟点bk(xk，yk)到定位圆cj的最短距离，其中(xj，yj)为定位圆cj的圆心坐标，rj为定位圆cj的定位圆半径，α为损伤放大系数，由铝合金的损伤区域大小决定，操作人员通过统计类似规格的铝合金的损伤区域大小来确定α的数值，在本技术中，α为30，其中为距离损伤因子，用于描述离定位圆的距离越大，对应的损伤概率值越小；
48.s10：根据铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型对应坐标处进行着色，生成铝合金损伤定位图像。
49.对铝合金二维模型进行着色具体包括如下步骤：将铝合金坐标集中的每个坐标按照损伤概率值从大到小的顺序重新进行排序，再记录此时铝合金坐标集中第n个坐标对应的损伤概率值为ξ，n由操作人员设置，用来表征怀疑为损伤区域的坐标点总个数，在本实施例中，将n设置为8000，将铝合金坐标集中第n+1个至第k个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为背景色，背景色可以为蓝色、黄色和橙色等颜色中的一种；将时铝合金坐标集中第一个坐标对应的损伤概率值记为μ，遍历此时铝合金坐标集中第一至第n个坐标的损伤概率值δn，n为铝合金坐标集中第一至第n个坐标对应的编号，n∈{1，2，3
······
n}，若是是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第一前景色，第一前景色可以为蓝色、黄色和橙色等颜色中的一种；若是
成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第二前景色，第二前景色可以为蓝色、黄色和橙色等颜色中的一种；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第三前景色，第三前景色可以为蓝色、黄色和橙色等颜色中的一种；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第四前景色，第四前景色可以为蓝色、黄色和橙色等颜色中的一种；背景色、第一前景色、第二前景色、第三前景色和第四前景色组成着色策略，由操作人员进行提前设定；根据铝合金二维模型中不同坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型进行着色，使得操作人员可以通过铝合金二维模型直观地观察铝合金中的损伤区域，也能直观地观察出损伤区域对应的形状特征。
50.实施例2
51.一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像系统，如图1所示，包括：
52.二维坐标系建立模块，用于根据铝合金建立二维坐标系，并根据二维坐标系生成铝合金坐标集；
53.铝合金二维模型建立模块，用于对铝合金进行二维建模，生成铝合金二维模型；
54.超声波传感器模块，包括超声波传感器p和超声传感器r，其中超声波传感器用于发出超声波，超声传感器r用于接收超声波；
55.圆心坐标获取模块，用于根据超声波传感器p在铝合金上的位置获取圆心坐标；
56.回波信号获取模块，用于通过超声传感器r接收的超声波获取回波信号；
57.回波信号分析模块，用于对回波信号进行分析，获取反射延迟时间；
58.定位圆建立模块，用于根据反射延迟时间，圆心坐标和传播速度建立定位圆；
59.损伤概率值计算模块，用于根据铝合金坐标集和定位圆计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值；
60.铝合金损伤定位图像生成模块，用于根据铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型对应坐标处进行着色，生成铝合金损伤定位图像。
61.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，其特征在于，包括：s1：以铝合金的左下角为原点，以水平向右为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向建立二维坐标系，同时对铝合金进行二维建模，生成铝合金二维模型，间隔预设距离对铝合金二维模型进行网格划分，并将所有网格交点对应的坐标存入铝合金坐标集；s2：在铝合金上放置超声波传感器p和超声传感器r，超声波传感器p和超声传感器r通过耦合剂与铝合金贴合，并且超声波传感器p的位置位于网格交点处，此超声波传感器p为自发型，能够发出超声波，超声传感器r为接收器，用于接收超声波；s3：令i＝1，i用于作为编号记录定位圆；s4：根据超声波传感器p在铝合金上的位置获取超声波传感器p在二维坐标系中的圆心坐标a
i
，a
i
为(a
i
，b
i
)；s5：通过超声波传感器p发出超声波，获取超声波传感器r接收超声波对应的回波信号f
i
，测量超声波在铝合金板内的传播速度v0；s6：将回波信号f
i
按照时域展开，获取回波信号f
i
对应的直达波特征峰值到达时间tz
i
和反射波特征峰值到达时间tf
i
，计算反射延迟时间tr
i
，tr
i
＝tf
i-tz
i
；s7：根据反射延迟时间tr
i
，圆心坐标a
i
和传播速度v0建立定位圆c
i
，i为定位圆对应的编号；s8：判断“i＜i”是否成立，i为定位圆的预设数量，若是“i＜i”成立，将超声波传感器p放置于铝合金上的另一位置，将i+1赋值给i，回到s4；若是“i＜i”不成立，进入s9；s9：获取所有定位圆c
j
，j∈{1，2，3
······
i}，遍历所有铝合金坐标集中的坐标，根据所有定位圆c
j
计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值；s10：根据铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型对应坐标处进行着色，生成铝合金损伤定位图像。2.根据权利要求1所述的一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，其特征在于，根据反射延迟时间tr
i
，圆心坐标a
i
和传播速度v0建立定位圆c
i
，具体包括如下步骤：获取反射延迟时间tr
i
，圆心坐标a
i
和传播速度v0，计算定位圆半径r
i
＝(tr
i
·
v0)/2，定位圆c
i
的形式为：(x-a
i
)2+(y-b
i
)2＝r
i2
。3.根据权利要求2所述的一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，其特征在于，根据所有定位圆c
j
计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值具体包括如下步骤：依次选择铝合金坐标集中的坐标，记为模拟点b
k
(x
k
，y
k
)，k为铝合金坐标集中的每个坐标对应的编号，k∈{1，2，3
······
k}，k为铝合金坐标集中坐标的总个数，计算模拟点b
k
对应的损伤概率值其中其中d
j
(x
k
，y
k
)为模拟点b
k
(x
k
，y
k
)到定位圆c
j
的最短距离，其中(x
j
，y
j
)为定位圆c
j
的圆心坐标，r
j
为定位圆c
j
的定位圆半径，α为损伤放大系数，由铝合金的损伤区域大小决定，其中为距离损伤因子，用于描述离定位圆的距离越大，对应的损伤概率值越小。4.根据权利要求3所述的一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，其特征
在于，对铝合金二维模型进行着色具体包括如下步骤：将铝合金坐标集中的每个坐标按照损伤概率值从大到小的顺序重新进行排序，再记录此时铝合金坐标集中第n个坐标对应的损伤概率值为ξ，将铝合金坐标集中第n+1个至第k个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为背景色；将时铝合金坐标集中第一个坐标对应的损伤概率值记为μ，遍历此时铝合金坐标集中第一至第n个坐标的损伤概率值δ
n
，n为铝合金坐标集中第一至第n个坐标对应的编号，n∈{1，2，3
······
n}，若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第一前景色；若是合金二维模型的像素值设定为第一前景色；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第二前景色；若是个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第二前景色；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第三前景色；若是成立，将第n个坐标对应的铝合金二维模型的像素值设定为第四前景色；背景色、第一前景色、第二前景色、第三前景色和第四前景色组成着色策略。5.根据权利要求1所述的一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法，其特征在于，超声波传感器p发出的超声波为lamb波。6.一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像系统，其特征在于，包括：二维坐标系建立模块，用于根据铝合金建立二维坐标系，并根据二维坐标系生成铝合金坐标集；铝合金二维模型建立模块，用于对铝合金进行二维建模，生成铝合金二维模型；超声波传感器模块，包括超声波传感器p和超声传感器r，其中超声波传感器用于发出超声波，超声传感器r用于接收超声波；圆心坐标获取模块，用于根据超声波传感器p在铝合金上的位置获取圆心坐标；回波信号获取模块，用于通过超声传感器r接收的超声波获取回波信号；回波信号分析模块，用于对回波信号进行分析，获取反射延迟时间；定位圆建立模块，用于根据反射延迟时间，圆心坐标和传播速度建立定位圆；损伤概率值计算模块，用于根据铝合金坐标集和定位圆计算铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值；铝合金损伤定位图像生成模块，用于根据铝合金坐标集中的每个坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型对应坐标处进行着色，生成铝合金损伤定位图像。

技术总结
本发明涉及损伤定位领域，更具体的说，它涉及一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像方法及系统。一种基于距离损伤因子的铝合金损伤定位成像系统，包括：二维坐标系建立模块；铝合金二维模型建立模块；超声波传感器模块；圆心坐标获取模块；回波信号获取模块；回波信号分析模块；定位圆建立模块；损伤概率值计算模块；铝合金损伤定位图像生成模块。本发明根据铝合金二维模型中不同坐标对应的损伤概率值对铝合金二维模型进行着色，使得操作人员可以通过铝合金二维模型直观地观察铝合金中的损伤区域，也能直观地观察出损伤区域对应的形状特征。形状特征。形状特征。


技术研发人员：阮腾达 蔡国强 冯锴 蔡张赫恒 马佳新 汤德炫
受保护的技术使用者：厦门交测智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/25