電渦流脈沖熱成像無損檢測技術(shù)研究.pdf

1、無損檢測是保障重大工程裝備制造質(zhì)量和運(yùn)行安全的關(guān)鍵技術(shù)，電渦流脈沖熱成像無損檢測技術(shù)綜合運(yùn)用了電渦流與焦耳熱現(xiàn)象，具有非接觸、單次檢測面積大、效率高等優(yōu)勢，是近年來無損檢測領(lǐng)域的研究熱點。
　　目前，電渦流脈沖熱成像中，多通過人工選擇特定時刻的熱圖像實現(xiàn)缺陷檢測，對人員要求高，勞動強(qiáng)度大。而材料表面熱發(fā)射率不均，熱傳導(dǎo)等的存在，造成缺陷圖像模糊，進(jìn)一步增加了缺陷識別的難度。針對這些問題，本文對金屬材料缺陷的電渦流熱響應(yīng)特征、熱圖像

2、強(qiáng)化及自動識別提取技術(shù)進(jìn)行了研究。首先，構(gòu)建了電渦流脈沖熱成像的渦流分布及熱傳導(dǎo)模型，分析了不同缺陷與材料表面熱發(fā)射率的瞬態(tài)熱響應(yīng)特征；其次，以瞬態(tài)熱響應(yīng)特征為依據(jù)，研究了材料表面熱發(fā)射率不均影響的抑制算法和圖像增強(qiáng)算法；最后，根據(jù)缺陷的空間和瞬態(tài)熱響應(yīng)特征，提出了包含缺陷信息熱圖像的自動識別提取方法。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1）分析了電渦流激勵參數(shù)，如頻率、幅度、時間、線圈材料等對渦流加熱效果的影響，設(shè)計了電渦

3、流脈沖熱成像實驗系統(tǒng)，并搭建了實驗平臺。選取不同電、磁參數(shù)的金屬材料，制作了表面及深層缺陷的試件，以及可模擬材料表面熱發(fā)射率變化的試件。
　　2）通過理論分析、仿真和實驗驗證，探討了被測材料的表面及深層缺陷的檢測機(jī)理，深入分析了缺陷與電渦流和熱傳導(dǎo)的作用過程。在得出不同缺陷渦流和熱量空間分布的同時，分別給出了其瞬態(tài)溫度響應(yīng)的變化過程和形態(tài)特征。另外，還討論了材料表面熱發(fā)射率對紅外熱響應(yīng)的作用，指出了其對檢測結(jié)果的干擾機(jī)理，為熱發(fā)射

4、率不均的抑制提供了理論依據(jù)。
　　3）根據(jù)電、磁、熱以及紅外熱輻射理論，系統(tǒng)的分析了不均勻熱發(fā)射率條件下缺陷的紅外熱響應(yīng)特征。采用頻域、時域和統(tǒng)計學(xué)分析方法，如傅里葉變換、二次熱平衡法、歸一化和曲線形態(tài)相似性比較等，提取像素級的瞬態(tài)紅外熱響應(yīng)特征，抑制材料表面熱發(fā)射率不均的影響，強(qiáng)化突出缺陷信息。給出了每種方法的強(qiáng)化原理及依據(jù)，并進(jìn)行了實驗驗證。另外，還從自動化程度、缺陷信息的完整性、應(yīng)用前景等方面對其進(jìn)行了比較，指出了每種方法的

5、優(yōu)劣。所提出的熱發(fā)射率不均抑制算法，在不增加成本和操作復(fù)雜度的情況下，提高了電渦流脈沖熱成像對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，為其從實驗室向現(xiàn)場應(yīng)用的推廣提供了支撐。
　　4）以瞬態(tài)紅外熱響應(yīng)為觀測信號，構(gòu)建了電渦流脈沖熱成像的信號混疊模型。利用不同區(qū)域熱響應(yīng)彼此獨立的特性，開展了基于主成分分析和獨立成分分析的熱響應(yīng)盲分離算法研究，并進(jìn)行了驗證實驗，給出了不同主成分（獨立成分）的物理含義，實現(xiàn)了無先驗信息條件下缺陷信息的強(qiáng)化。分別從信號的分離

6、原理和分離后圖像的物理含義等方面對兩種分離方法進(jìn)行了系統(tǒng)的比較分析。論證了兩種求解方法在增強(qiáng)缺陷圖像對比方面的優(yōu)勢和不足。所提出的圖像增強(qiáng)算法，有效克服了橫向熱傳導(dǎo)造成的缺陷圖像模糊，提高了電渦流脈沖熱成像的缺陷檢測能力。
　　5）根據(jù)缺陷的瞬態(tài)熱響應(yīng)及空間熱分布特性，提出了基于混疊向量特征和主成分（獨立成分）峰度系數(shù)的主成分（獨立成分）識別算法，并給出了理論解釋。在驗證試驗中，實現(xiàn)了包含缺陷信息熱圖像的自動提取，擺脫了對人工篩選