Page 69 - 无损检测2024年第八期

张云淼，等：

基于三维仿形建模的曲面构件水浸超声检测

图 5 Hermite 分段插值算法曲面密化原理示意
2 试验验证

2.1 三维曲面试块检测结果验证 图 6 曲面人工缺陷试块实物
曲面人工缺陷试块实物如图 6 所示，在试块 块建模及细化，其结果如图7所示。
中预制了不同形状的面积型缺陷，矩形缺陷尺寸 使用面积型人工缺陷的缺陷信号设置扫查灵敏度，
（宽 × 长）分别为 8 mm×10 mm，6 mm×10 mm， 以0. 2 mm为步进间距，以仿形建模结果作为扫查路线，
4 mm×10 mm，圆形缺陷尺寸为φ4. 0 mm， φ2. 0 mm。 平滑处理后的人工缺陷试块水浸超声检测C扫图像如
利用笔者提出的三维插点仿形建模算法完成试 图8所示， 可见该灵敏度下可成功检出预设人工缺陷。

图 7 插点模型及细化结果
作为对比试块调试设备灵敏度，应用该仿形线对构
件进行扫查，其结果如图9（b）所示。
随后对其进行超声检测，增材制造曲面构件的
超声C扫描检测图像如图10所示， 可见，C扫描图像

图 8 人工缺陷试块的超声 C 扫描图像 中发现两处缺陷，1#缺陷当量尺寸为0. 69 mm，2#
缺陷当量尺寸为0. 94 mm。
由超声C扫图像统计人工缺陷尺寸并与预设值
增材制造曲面构件的数字射线检测图像如图11
进行比较，其结果如表1所示。
所示，可见两处缺陷均有效检出，1#缺陷定量尺寸
表1 人工模拟缺陷检测结果
为0. 55 mm，2#缺陷定量尺寸为0. 89 mm。
缺陷编号 预设尺寸/mm 测量尺寸/mm 定量误差/%
矩形缺陷1 8×10 7.80×10.10 1.52 3 讨论与分析
（宽×长） （宽×长）
矩形缺陷2 6×10 5.84×9.78 4.81 由图8及图10可以看出，利用所提的基于三维
（宽×长） （宽×长）
仿形建模的曲面构件水浸超声检测方法完成了三
矩形缺陷3 4×10 3.80×9.75 7.73
（宽×长） （宽×长） 维空间曲面增材构件内部质量检测，但人工平底孔
圆形缺陷1 φ4.0 φ3.82 8.89 缺陷和人工刻槽缺陷轮廓形貌出现了不同程度的失
圆形缺陷2 φ4.0 φ3.80 9.75 真，缺陷边缘与实际结构存在一定差异，人工缺陷尺
圆形缺陷3 φ2.0 φ1.87 6.50
寸定量误差最大为9. 75%；典型产品检测中1#缺陷
圆形缺陷4 φ2.0 φ1.85 7.50
和2#缺陷超声检测结果和数字射线检测结果具有
2.2 典型产品检测结果验证 较好的一致性，均能够实现缺陷的有效检出，二者定
利用上述建模方法结合水浸超声检测方法，对 量误差最大值为0. 14 mm，满足实际产品检测要求。
某三维曲面构件完成了插点仿形建模及产品检测。 造成上述问题的主要原因为，插点仿形建模过程中，
该构件表面呈马鞍形，表面的每条截线存在不同的 是通过人为选点的方法来完成关键位置确定的，其
曲率特征。构件的仿形建模结果如图9（a）所示，使 他点则通过Hermite插值法自动生成，此过程中存在
用标准试块中的埋深为2. 5 mm的φ0. 8 mm平底孔 由构件外形轮廓的细微变化引起实际声束入射方向
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测