‌‌‌‌طراحی و پیاده‌سازی شبیه‌ساز انواع روش‌های تصویربرداری فراصوتی آزمون‌های غیرمخرب

نوع مقاله: مقاله علمی- ترویجی

نویسندگان

1 گروه مخابرات و الکترونیک، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

2 پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

چکیده

روش‌های نوین آزمون غیرمخرب، مبتنی بر تصویربرداری فراصوتی با استفاده از آرایه‌های فازی می‌باشند. با توجه به تنوع روش‌های تصویربرداری، بررسی و مقایسه آنها تاکنون کم‌تر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله ضمن معرفی انواع روش‌های تصویربرداری فراصوتی، شبیه‌ساز آزمون غیرمخرب معرفی می­شود. این شبیه­ساز علاوه‌بر پیاده­سازی روش‌های تصویربرداری فراصوتی، به یک سخت افزار تصویربرداری فراصوتی ساخته شده در آزمایشگاه مرتبط می­شود و امکان مقایسه روش‌های مختلف را از منظر کیفیت تصویر، میزان نویز زمینه، دقت تشخیص عیوب، سرعت اجرا و میزان پیچیدگی محاسباتی فراهم می­آورد. قابلیت تنظیم کلیه پارامترهای مرتبط با تصویربرداری فراصوتی، امکان شکل‌دهی پرتو و آستانه‌گذاری، و همچنین سهولت استفاده از آن، از جمله ویژگی­های مهم این شبیه­ساز است. نتایج استخراج شده از این شبیه­ساز در یک مطالعه موردی نشان می­دهند میزان نویز زمینه تصویر در روش تمرکز کامل مبتنی بر شکل‌دهی پرتو برابر با dB 3/19- است که نسبت به روش متعارف تمرکز کامل به میزان dB14 بهبود یافته است. همچنین تابع شدت روشنایی حفره در روش تمرکز کامل[i] (TFM) متعارف به میزان dB 2/2 بهتر از روش مبتنی بر شکل‌دهی پرتو است که به معنای حساسیت بیشتر در تشخیص حفره‌ها و عیوب می‌باشد.



1. Total focusing method (TFM)

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Schmerr-Jr., L. W., “Fundamentals of Ultrasonic Phased Arrays”, Springer Seriesin Solid Mechanics and Its Applications, 2015.

[2] Jobst, M., and Connolly, G., “Demonstration of the Application of the Total Focusing Method to the Inspection of Steel Welds,” European Conference on Non-Destructive Testing, 2010, pp.1-11.

[4] Holmes, C., Drinkwater, B. W., and Wilcox, P. D., “Post-processing of the Full Matrix of Ultrasonic Transmit–Receive Array Data for Non-Destructive Evaluation,” NDT&E International, Vol.38, No.8, 2005, pp.701–711.

[5] Drinkwater, B. W., and Wilcox, P. D., “Ultrasonic Arrays for Non-Destructive Evaluation: A Review,” NDT&E International, Vol.39, No.7, 2006, pp.525–541.

[6] Lambert, J., P´edron, A., Gens, G., Bimbard, F., Lacassagne, L., and Lakovleva, E., “Performance Evaluation of Total Focusing Method on GPP and GPU,” Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing (DASIP), 2012, pp.1-8.

[7] Jeune, L., Robert, S., Dumas, P., Membre, A., and Prada, C., “Adaptive Ultrasonic Imaging with the Total Focusing Method for Inspection of Complex Components Immersed in Water,” AIP Conf. Proc., Vol.1650, 2015, pp.1037-1046.

[8] Li, M., and Hayward, G., “Ultrasound Nondestructive Evaluation (NDE) Imaging with Transducer Arrays and Adaptive Processing,” Sensors, Vol.12, No.1, 2012, pp.42-54.

[9] Saniie, J., Wang, T., and Bilgutay, N. M., “Analysis of homomorphic processing for ultrasonic grain signal characterizations,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol.36, 1989, pp.365–375.

[10] Zhu, Y., and Weight, J. P., “Ultrasonic Nondestructive Evaluation of Highly Scattering Materials Using Adaptive Filtering and Detection,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol.41, No.1, 1994, pp.26-33.

[11] Lu, Y., and Saniie, J., "Adaptive filtering and Fractional Fourier transform for ultrasonic signal processing and flaw detection," IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, 2014, pp.1932-1935.

[12] Oruklu, E., and Saniie, J., “Ultrasonic Flaw Detection Using Discrete Wavelet Transform for NDE Applications,” IEEE Ultrasonics Symposium, 2004, pp.1054-1057.

[13] Oruklu, E., Aslan, S., and Saniie, J., "Applications of Time-Frequency Distributions for Ultrasonic Flaw Detection," IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, 2009, pp.2000-2003.

[14] Gongzhang, R., Li, M., Lardner, T. and Gachagan, A., “Robust Defect Detection in Ultrasonic Nondestructive Evaluation (NDE) of Difficult Materials,” IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, 2012, pp.467-470.

[15] Yoon, S., Oruklu, E., and Saniie, J., "Performance Evaluation of Neural Network Based Ultrasonic Flaw Detection," IEEE Ultrasonics Symposium, 2007, pp.1579-1582.

[16] Li, M., Hayward, G., and He, B., “Adaptive Array Processing for Ultrasonic Non-Destructive Evaluation,” IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, 2011, pp.2029-2032.

[17] Ziksari, M. S., and Mohammadzadeh-Asl, B., “Combined phase screen aberration correction and minimum variance beamforming in medical ultrasound,” Ultrasonics, Vol.75, 2017, pp.71–79.

[18] Sakhaei, S. M., “A decimated minimum variance beamformer applied to ultrasound Imaging,” Ultrasonics, Vol.59, 2015, pp.119–127.

[19] Zhao, J., Wang, Y., Yu, J., Guo, W., Li, T., and Zheng, Y. P., “Subarray coherence based postfilter for eigenspace based minimum variance beamformer in ultrasound plane-wave imaging,” Ultrasonics, Vol.65, 2016, pp.23–33.

[20] Stepinski, T., “Synthetic Aperture Focusing Technique in Ultrasonic Inspection of Coarse Grained Materials,” SKI Report, 2007.

[21] Engle, B., “Quantitative flaw characterization with ultrasonic phased arrays,” Graduate Theses and Dissertations, IOWA state Uni. 2013.

[22] Stepinski, T., and Lingvall, F., “Synthetic aperture focusing techniques for ultrasonic imaging of solid objects,” 8th European Conference on Synthetic Aperture Radar (EUSAR), 2010, pp.438-441.

[23] Fendt, K. T., Mooshofer, H., Rupitsch, S. J., Ermert, H., “Ultrasonic Defect Characterization in Heavy Rotor Forgings by Means of the Synthetic Aperture Focusing Technique and Optimization Methods,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol.63, No.6, 2016, pp.874-885.

[24] Chahbaz, A., and Sicard, R., “Comparative evaluation between ultrasonic phased array and synthetic aperture focusing techniques,” AIP Conference Proceedings, Vol.657, No.1, 2002, pp.769-776.

[25] Lin, Y., and Volker, H., "Self-Monitoring Ultrasonic Gas Flow Meter Based on Vortex and Correlation Method," IEEE Transactions on Instrumentation and measurement, Vol.56, No.6, 2007, pp.2420-2424.

[26] Dube, Noel. "Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications: R/D Tech Guideline." R/D Tech Co, 2004.

[27] Simões, M. J., Santos, F., and Santos, J. B., “FPGA-Based Control System of an Ultrasonic Phased Array,” Journal of Mechanical Engineering, Vol.57, No.2, 2011, pp.135-141.

[28] Robert, S., Casula, O., Njiki, M., and Roy, O., “Assessment of Real-Time Techniques for Ultrasonic Non-Destructive Testing,” AIP Conference Proceedings, Vol.1430, 2012, pp.1960-1967.

[29] Jeune, L. Le, Robert, S., Villaverde, E. L., and Prada, C., “Plane Wave Imaging for Ultrasonic Non-Destructive Testing: Generalization to Multimodal Imaging,” Ultrasonics, Vol.64, 2016, pp.128–138.

[30] Sutcliffe, M., Weston, M., Dutton, B., and Cooper, I., “Real-Time Full Matrix Capture with Auto-Focusing of Known Geometry through Dual Layered Media,” NDT&E International, Vol.51, 2012, pp.16-23.

[31] Ditchburn, R. J., and Ibrahim, M. E., “Ultrasonic Phased Arrays for the Inspection of Thick-Section Welds,” Published by Maritime Platforms Division, Defense Science and Technology Organization, 2009.

[32] بکرانی، م، حمیتی واقف، و، "ارائه روشی نوین برای تصویربرداری و استخراج عیوب توسط آرایه‌های فازی آلتراسونیک"، کنفرانس فیزیک ریاضی ایران، دانشگاه صنعتی قم، آبان 1395.

[33] بکرانی، م، حمیتی واقف، و، " ارائه روش بهبودیافته تصویربرداری فراصوتی در بازرسی جوش"، پذیرفته شده در نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران، 1397.

[34] بکرانی، م، حمیتی واقف، و، "بهبود کیفیت تصاویر فراصوتی در آزمون غیر مخرب با روش حداقل واریانس اصلاح شده"، دهمین کنفرانس بینایی ماشین و پردازش تصویر ایران، دانشگاه صنعتی اصفهان، آذر ماه ۱۳۹۶.

[35] بکرانی، م، حمیتی واقف، و، "روش بهبود یافته تمرکز روزنه مصنوعی برای تصویربرداری فراصوتی با آرایه فازی"، بیست و ششمین کنفرانس مهندسی برق ایران، دانشگاه صنعتی سجاد، اردیبهشت ماه ۱۳۹7.