不锈钢薄板缺陷超声检测系统设计与缺陷识别研究

发布时间：2020-03-29 05:29

【摘要】：不锈钢薄板被广泛应用于国防、建筑、水利、机械二次加工制造等领域,原板材质量的优劣直接关乎工程质量高低及产品性能。如今,实际工程应用中对薄板的检测不只要求检测缺陷存在与否,而是需要获取试件更多有价值的缺陷信息,以此作为对工程质量、工程使用寿命等的指导性参考。因此,本文设计一套基于FPGA的超声硬件检测系统,同时提出了基于EMD及主成分分析法的特征提取模型来对缺陷回波信号做特征提取分析,最终实现对缺陷类型的识别分类。针对本文的研究对象,分析对比常用的几类薄板缺陷检测方法,确定利用超声兰姆波检测完成薄板缺陷检测;由Rayleigh-Lamb波动方程推导薄板内群速度、相速度与频厚积的关系,绘制频散曲线及声场情况图确定系统中兰姆波激励探头的类型及具体参数;根据总体硬件检测系统依次介绍超声波激发电路、超声接收电路,信号调理电路、信号采集电路及数据传输电路;系统中FPGA完成对前端电路信号的触发控制及数据采集控制,同时进行基于Nios Ⅱ的系统内核搭建,利用检测算法实现对回波信号的初步检测判定;针对非平稳、非线性的缺陷回波信号,介绍了一种基于EMD及主成分分析法的特征提取模型,EMD分解可以自适应的分解回波信号得到多阶IMF分量,以主成分分析法中的特征值贡献率Con(p)确定可以表征原缺陷信号的信号分量,降低了分析过程中的数据复杂度与数据冗余度,对选定的特征量进行特征提取。实验结果表明,基于FPGA的超声硬件检测系统可以通过系统外挂的缺陷设备实现缺陷存在与否的判定;将采集得到的三类典型缺陷回波信号经基于EMD及主成分分析法的特征提取模型后,选择6类典型的信号特征信息来表征原缺陷回波信号,利用BP神经网络模型作为分类器,编码输出缺陷类型码值,通过对比实际输出码值与理想输出码值,该方法实现了对缺陷分类识别的同时具有良好的可靠性及稳定性。
【图文】：

[6]。据业内统计数据显示，在经过无损评估后，各领域内的工业产品其直接增值或间接增值情况大致如图1.1所示：图 1.1 各行业产品经过无损评估后增值情况

图 2.1 纵波传播与质点振动示意图 图 2.2 横波传播与质点振动示意图兰姆波是英国人 H. Lamb 在 1917 年研究平板波动方程时发现的一类全新的式，波动方程的传播条件为自由边界下(平板的上表面和下表面上的应力为零)时在上下表面不断的反射后产生波形上的转化，各种的反射波形相互叠加形成了新
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH878.2

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本文编号：2605521