基于ECPT热图像的裂纹缺陷量化算法研究
发布时间：2021-02-06 23:28
无损检测是在不破坏被检对象的前提下,可以对被检对象内部及表面的构造、物理性质和状态进行检测。该技术对于保障产品质量和设备安全服役等方面具有重大意义。涡流脉冲热成像检测技术（Eddy Current Pulsed Thermography,ECPT）是一种新兴的瞬态涡流检测技术。因其具有频谱宽,灵敏度高,检测速度快,检测面积大,易于定量计算等优点,所以该技术在金属材料的无损检测与评估中具有良好的应用。目前有关于脉冲涡流热成像检测技术的研究中,大多数都是针对于热图像中缺陷的识别和增强。因此,本文立足于脉冲涡流热成像检测技术,针对于被检试件的表面裂纹,探究温度分布与裂纹深度之间的关系。此外,结合计算机视觉,从数据统计的角度来设计裂纹缺陷边界检测和定位算法,进而对裂纹缺陷的宽度,长度进行检测,为工业中缺陷量化的应用提供参考。本文的研究内容如下:1)不同深度的裂纹缺陷建模仿真和分析。通过对被检对象进行建模,使用有限元分析法求解模型温度的收敛值,可以深入探究影响试件表面温度场分布的影响因素。通过组内对比分析,对裂纹缺陷的深度和亚表面缺陷的埋藏深度与热特征分布之间的定性关系进行了研究。2)裂纹缺陷的...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缺陷区域温度异常示意图
电子科技大学硕士学位论文10式中，(,)bT代表黑体的吸收率；(,)bMT代表了黑体的辐射出射度；因为在黑体中，(,)bT=1，所以，比例系数就等于黑体的对外辐射出射度。斯特藩-玻尔兹曼定律指出一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总功率（称为物体的辐射度或能量通量密度）j*与黑体本身的热力学温度T（又称绝对温度）的四次方成正比。并且为了使黑体辐射定律能够适用于实际物体，引入了一个辐射系数。该系数随物体的表面状态和材料性质发生变化，公式如2-18：=4sbJT(2-17)(,)=(,)bMTMT(2-18)式中，sb代表斯特藩-玻尔兹曼常数；代表辐射系数；代表热力学温度。当被测试件表面存在缺陷时，就会扰乱温度场，进而对红外辐射造成影响。红外热像仪通过捕捉辐射出来的热量，进而将其转化为温度信息分布在被测试件的表面，并且使用不同的颜色来划分。最终我们就会得到一个温度图像序列，记录了温度信息在时间和空间上的瞬态变化。2.3涡流脉冲热成像的成像模式按照感应线圈和红外热像仪位置分类，ECPT实验的检测方式可分为反射模式和穿透模式。反射模式指的是红外热像仪和感应线圈分布在实验对象的同一侧。穿透模式指的是红外热像仪和感应线圈分布在实验对象的两侧。如图2-3所示：图2-3涡流脉冲热成像成像模式图根据国内外学者对于涡流脉冲热成像检测技术在铁磁性材料中的研究，一般来说，可以将缺陷归纳为四种位置上的缺陷：1）表面缺陷。主要根据涡流场的扰动来检测，特别是与涡流流动方向相垂直的缺陷；同时，也可以依靠横向热传导来检测缺陷，特别是平行于涡流场方向的缺陷；2）亚表面缺陷。这类缺陷靠近实验
电子科技大学硕士学位论文18图3-1圆柱形实验锻件的有限元分割示意图第三步：总装求解。将所有离散单元总装成完整离散域的总矩阵方程。总装是在相邻有限元之间进行。联合方程组的求解可用迭代法和直接法。求解的结果是有限元结点处状态变量的近似值。第四步：处理验证。经过求解之后可以得到大量的数据。之后我们可以利用软件进行绘图，直观的观察所研究对象的表面和内部的温度以及磁场的分布，用来进行对比实验也相当方便。此外，我们还可以进行数据导出，使用一些数据处理方法来进行进一步的验证。根据上面的阐述可以看到。对于有限元分析来说，我们所做的就是对研究对象进行正确，合适的建模，以及材料属性和边界条件的设置。这一步需要不断地进行实验参数的调试，来得到较为理想的结果，这也是最关键的一步。这将直接影响到求解结果的速度和结果是否精确。3.2不同深度的表面缺陷仿真分析3.2.1含有不同深度表面缺陷的段件模型建立本小节针对被测试件表面的不同深度的缺陷来进行有限元仿真分析。所研究对象为一截圆柱形的铁磁性锻件，通过线圈绕锻件一周可以有效地减少由于提离距离不均所带来的影响。使用COMSOLMultiphysics软件对其进行三维建模。COMSOLMultiphysics是一款仿真软件，并且以有限元分析法为基矗COMSOLMultiphysics中定义了很多的基本物理模型以及很多日常用到的基本图形，此外，还包含了大量的布尔运算，如并集，差集。通过这些运算，在建立模型时，我们可以根据实际的对象来灵活地调整模型的细节。软件中集成了大量的物理场以及各
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于梯度和标准差值的模糊边缘检测[J]. 曹洪运,赵宇峰,高佳佳. 自动化与仪表. 2019(01)
[2]改进的LogSobel算法的图像边界检测[J]. 王海强. 中国科技信息. 2018(05)
[3]脉冲涡流无损检测技术综述[J]. 武新军,张卿,沈功田. 仪器仪表学报. 2016(08)
[4]差分算子和改进Otsu算法结合的灰度图像阈值分割研究与实现[J]. 杨新华,吕意飞. 仪表技术与传感器. 2015(03)
[5]暗原色先验单幅图像去雾改进算法[J]. 孙小明,孙俊喜,赵立荣,曹永刚. 中国图象图形学报. 2014(03)
[6]脉冲涡流热成像裂纹检测机理仿真分析[J]. 左宪章,常东,钱苏敏,费骏骉,张韬. 激光与红外. 2012(09)
[7]适用于医学图像的模糊边缘检测改进算法[J]. 何鹏,徐春伟,张裕. 计算机工程与应用. 2009(18)
[8]图像的模糊边缘检测算法[J]. 孙根云,柳钦火,刘强,李小文. 光电工程. 2007(07)
[9]脉冲涡流无损检测技术在裂纹定量中的应用[J]. 杨宾峰,罗飞路,曹雄恒,徐小杰. 无损检测. 2005(06)
[10]脉冲加热红外无损检测中的图像处理[J]. 梅林,吴立德,王裕文. 红外与毫米波学报. 2002(05)
博士论文
[1]脉冲涡流无损检测若干关键技术研究[D]. 杨宾峰.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于涡流脉冲热成像的压力容器壳体缺陷检测[D]. 鲁晓川.电子科技大学 2019
[2]基于涡流脉冲热成像的表面裂纹检测及其量化评估研究[D]. 李晓青.电子科技大学 2017
本文编号：3021257
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缺陷区域温度异常示意图
电子科技大学硕士学位论文10式中，(,)bT代表黑体的吸收率；(,)bMT代表了黑体的辐射出射度；因为在黑体中，(,)bT=1，所以，比例系数就等于黑体的对外辐射出射度。斯特藩-玻尔兹曼定律指出一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总功率（称为物体的辐射度或能量通量密度）j*与黑体本身的热力学温度T（又称绝对温度）的四次方成正比。并且为了使黑体辐射定律能够适用于实际物体，引入了一个辐射系数。该系数随物体的表面状态和材料性质发生变化，公式如2-18：=4sbJT(2-17)(,)=(,)bMTMT(2-18)式中，sb代表斯特藩-玻尔兹曼常数；代表辐射系数；代表热力学温度。当被测试件表面存在缺陷时，就会扰乱温度场，进而对红外辐射造成影响。红外热像仪通过捕捉辐射出来的热量，进而将其转化为温度信息分布在被测试件的表面，并且使用不同的颜色来划分。最终我们就会得到一个温度图像序列，记录了温度信息在时间和空间上的瞬态变化。2.3涡流脉冲热成像的成像模式按照感应线圈和红外热像仪位置分类，ECPT实验的检测方式可分为反射模式和穿透模式。反射模式指的是红外热像仪和感应线圈分布在实验对象的同一侧。穿透模式指的是红外热像仪和感应线圈分布在实验对象的两侧。如图2-3所示：图2-3涡流脉冲热成像成像模式图根据国内外学者对于涡流脉冲热成像检测技术在铁磁性材料中的研究，一般来说，可以将缺陷归纳为四种位置上的缺陷：1）表面缺陷。主要根据涡流场的扰动来检测，特别是与涡流流动方向相垂直的缺陷；同时，也可以依靠横向热传导来检测缺陷，特别是平行于涡流场方向的缺陷；2）亚表面缺陷。这类缺陷靠近实验
电子科技大学硕士学位论文18图3-1圆柱形实验锻件的有限元分割示意图第三步：总装求解。将所有离散单元总装成完整离散域的总矩阵方程。总装是在相邻有限元之间进行。联合方程组的求解可用迭代法和直接法。求解的结果是有限元结点处状态变量的近似值。第四步：处理验证。经过求解之后可以得到大量的数据。之后我们可以利用软件进行绘图，直观的观察所研究对象的表面和内部的温度以及磁场的分布，用来进行对比实验也相当方便。此外，我们还可以进行数据导出，使用一些数据处理方法来进行进一步的验证。根据上面的阐述可以看到。对于有限元分析来说，我们所做的就是对研究对象进行正确，合适的建模，以及材料属性和边界条件的设置。这一步需要不断地进行实验参数的调试，来得到较为理想的结果，这也是最关键的一步。这将直接影响到求解结果的速度和结果是否精确。3.2不同深度的表面缺陷仿真分析3.2.1含有不同深度表面缺陷的段件模型建立本小节针对被测试件表面的不同深度的缺陷来进行有限元仿真分析。所研究对象为一截圆柱形的铁磁性锻件，通过线圈绕锻件一周可以有效地减少由于提离距离不均所带来的影响。使用COMSOLMultiphysics软件对其进行三维建模。COMSOLMultiphysics是一款仿真软件，并且以有限元分析法为基矗COMSOLMultiphysics中定义了很多的基本物理模型以及很多日常用到的基本图形，此外，还包含了大量的布尔运算，如并集，差集。通过这些运算，在建立模型时，我们可以根据实际的对象来灵活地调整模型的细节。软件中集成了大量的物理场以及各
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于梯度和标准差值的模糊边缘检测[J]. 曹洪运,赵宇峰,高佳佳. 自动化与仪表. 2019(01)
[2]改进的LogSobel算法的图像边界检测[J]. 王海强. 中国科技信息. 2018(05)
[3]脉冲涡流无损检测技术综述[J]. 武新军,张卿,沈功田. 仪器仪表学报. 2016(08)
[4]差分算子和改进Otsu算法结合的灰度图像阈值分割研究与实现[J]. 杨新华,吕意飞. 仪表技术与传感器. 2015(03)
[5]暗原色先验单幅图像去雾改进算法[J]. 孙小明,孙俊喜,赵立荣,曹永刚. 中国图象图形学报. 2014(03)
[6]脉冲涡流热成像裂纹检测机理仿真分析[J]. 左宪章,常东,钱苏敏,费骏骉,张韬. 激光与红外. 2012(09)
[7]适用于医学图像的模糊边缘检测改进算法[J]. 何鹏,徐春伟,张裕. 计算机工程与应用. 2009(18)
[8]图像的模糊边缘检测算法[J]. 孙根云,柳钦火,刘强,李小文. 光电工程. 2007(07)
[9]脉冲涡流无损检测技术在裂纹定量中的应用[J]. 杨宾峰,罗飞路,曹雄恒,徐小杰. 无损检测. 2005(06)
[10]脉冲加热红外无损检测中的图像处理[J]. 梅林,吴立德,王裕文. 红外与毫米波学报. 2002(05)
博士论文
[1]脉冲涡流无损检测若干关键技术研究[D]. 杨宾峰.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于涡流脉冲热成像的压力容器壳体缺陷检测[D]. 鲁晓川.电子科技大学 2019
[2]基于涡流脉冲热成像的表面裂纹检测及其量化评估研究[D]. 李晓青.电子科技大学 2017
本文编号：3021257
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