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龙图腾网获悉四川成电多物理智能感知科技有限公司申请的专利一种基于超声声场指导的钢轨缺陷三维生成重构方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116106429B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-01发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310316330.0，技术领域涉及：G01N29/44；该发明授权一种基于超声声场指导的钢轨缺陷三维生成重构方法是由高斌;鲁雪磊;肖湘设计研发完成，并于2023-03-28向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于超声声场指导的钢轨缺陷三维生成重构方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于超声声场指导的钢轨缺陷三维生成重构方法，通过超声声场指导的循环生成对抗网络将钢轨的B扫数据转换为缺陷截面图，再从缺陷截面图中提取缺陷截面孔径和距离等信息，然后结合B扫数据的幅值计算缺陷的横向尺寸，并通过三维空间变换将钢轨缺陷位置从B扫坐标系转换到钢轨坐标系下，得到钢轨缺陷的在钢轨中的空间位置；最后将缺陷的孔径、横向尺寸和空间位置传入超声检测三维平台，从而输出钢轨缺陷的三维模型，完成对钢轨缺陷的三维重构。

本发明授权一种基于超声声场指导的钢轨缺陷三维生成重构方法在权利要求书中公布了：1.一种基于超声声场指导的钢轨缺陷三维生成重构方法，其特征在于，包括以下步骤： 1、采集B扫数据； 利用探伤车携带探伤轮对待测钢轨进行B扫查，获取待测钢轨上缺陷位置处的B扫数据； 2、基于超声声场指导的缺陷二维截面生成； 2.1、建立探伤轮入射到待测钢轨内部的声压波束模型： 其中，px,ω表示频率ω的超声探头在钢轨内部位置x处的声压，超声探头宽度为2b，xt表示超声探头的表面中心位置，r1为超声探头表面位置xt沿声波方向到钢轨表面入射点xi的距离，r2为入射点xi到钢轨内部位置x处的距离；Tp为基于声压比的平面波传播系数，ρ1为探伤轮内部耦合液的密度，c1为声波在探伤轮内部耦合液中的传播速度，c2为声波在钢轨中的传播速度，k1和k2分别为探伤轮内部耦合液和钢轨中的波数,k1＝ωc1,k2＝ωc2，v0ω表示在频率ω下探头表面振动速度的傅里叶变换，θ1和θ2分别为声波的入射角和出射角，i表示虚数； 2.2、获取虚拟探头的声场分布图； 设定一个虚拟探头，其表面中心位置为x2，宽度为2b，设定声波入射角度θ1和介质密度ρ1、ρ2，声速c1、c2，从而声波在钢轨中的出射角通过对声压波束模型进行仿真，计算钢轨内部B扫截面空间下的声压值，从而得到钢轨内部的声场分布图P； 2.3、设置初始缺陷范围； 计算B扫数据的连通域，设定以连通域长度为半径并与连通域相切的圆，这个圆内作为初始缺陷范围； 2.4、设置误差阈值η；设置最大迭代次数T，初始化当前迭代次数t＝1，设置尺寸与B扫数据相同且像素值为0的图片作为掩码图； 2.5、将模拟B扫数据横轴上每个像素点设定为采样点o，声场分布图P的横轴声束中心对应采样点o；通过虚拟探头对待测钢轨进行模拟B扫查，获取采样点o处的A扫信号So为： 其中，C为缺陷外轮廓，c为缺陷单个轮廓点，Pc为虚拟探头在采样点o处时声场分布图P在缺陷轮廓点c处的值，βem为声波发射到缺陷表面接收声压的系数，βre为声波从缺陷反射回虚拟探头接收声压的系数； 2.6、待模拟B扫查结束后，将每一个采样点处的A扫信号作为列向量，从而组成模拟B扫数据； 2.7、将模拟B扫数据进行连通域处理后与B扫数据的连通域作对比，计算差异指标dissim： 其中，lfake和lreal分别为模拟B扫数据连通域的长度和B扫数据连通域的长度； 2.8、计算缺陷尺寸的反向修正梯度grad： grad＝lfake-lreal 2.9、按照反向修正梯度反向修正模拟缺陷半径，使模拟缺陷位置保持与B扫数据的连通域相切： 其中，αgrad为梯度下降系数； 2.10、计算缺陷在模拟缺陷位置处的概率prob： prob＝1-adissdissim 其中，adiss为差异系数； 2.11、将模拟缺陷在掩码图中的像素位置赋予像素值100*prob，从而得到缺陷范围掩码； 2.12、判断当前迭代次数t是否达到最大迭代次数T或差异指标dissim＜η，如果满足，则迭代停止，得到B扫数据对应的缺陷范围掩码；否则，令t＝t+1，然后返回步骤2.5进行下一轮迭代； 2.13、将B扫数据和缺陷范围掩码输入训练好的循环生成对抗网络模型，生成B扫数据对应的钢轨缺陷截面图； 3、缺陷三维重构； 3.1、从钢轨缺陷截面图中提取缺陷的孔径d以及缺陷到超声探头的距离s；同时从B扫数据中提取缺陷信号的幅值peak； 3.2、计算缺陷垂直于B扫截面的横向尺寸l： 其中，a、b、c、k为常量系数； 3.3、计算缺陷三维位置 3.3.1、将钢轨坐标系的原点设定在B扫查起始的钢轨横截面轨底的中点处；忽略声波在探头内部的传播，将探头坐标系的原点设定在探伤轮中探头发出声波到钢轨表面的入射点xi处； 3.3.2、将B扫数据中缺陷的声程位置pbscan＝0,s,0,1T转换到探头坐标系下； pdector＝RyRzpbscan 其中，pdector表示B扫数据中缺陷在探头坐标系的位置，Rz表示声程位置pbscan绕探头zdector轴旋转的旋转矩阵，Ry表示声程位置pbscan绕探头ydector轴旋转的旋转矩阵； 3.3.3、将探头坐标系下的位置pdector转换到钢轨坐标系下； prail＝Trailpdector 其中，prail表示缺陷在钢轨坐标系下的位置，Trail表示从探头坐标系到钢轨坐标系下的变化矩阵； 3.4、钢轨缺陷三维重构； 将缺陷的孔径d、横向尺寸l和位置prail传入超声检测三维平台，从而输出钢轨缺陷的三维模型。

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