高速列车关键部件涡流自动成像检测方法

涡流检测是一种非破坏性检测方法。以高速列车构架为检测对象,结合涡流与自动化设备检测技术,针对人工涡流检测效率低、结果一致性差等问题,提出涡流自动成像检测方法。通过建立构架焊缝的涡流探头仿真模型,分析激励电流方向对检测信号的影响,优化激励线圈相关参数并制作涡流探头;设计开发构架涡流自动成像检测系统,开展构架焊缝表面缺陷自动化检测试验。对比分析激励频率、激励电压等涡流检测工艺参数以及探头扫查速度、扫查轨迹间距等路径参数对缺陷涡流信号的影响,研究结果表明,利用涡流自动成像检测系统可以对构架整车进行自动探伤,能够将构架焊缝处缺陷以图像形式呈现,可以有效检出0.3、0.5 mm深的人工缺陷,对构架批量产线化检测具有参考价值。

海洋平台结构损伤涡流热成像检测激励线圈设计

海上平台作为海上石油开发的重要设施,处在海水浸泡、冲击等恶劣环境中,很容易出现损伤,影响其安全性。管节点作为高应力集中的部位是海上平台结构中更易产生损伤的地方,因此对管节点进行检测十分重要,为适应海上平台管节点这种特殊结构的损伤检测,利用涡流热成像技术,考虑管节点结构、在管节点表面感应出的涡流分布情况等因素,设计出了圆台形线圈、三角形线圈、扁平双线圈三种形式的线圈,并通过COMSOL、SolidWorks完成了相应的仿真模拟,为了符合实验室需求,又构建出了等比例待测工件及线圈的实际模型,通过实验模拟、MATLAB数据处理验证了仿真模拟的准确性及所设计线圈的有效性。结果表明,扁平双线圈对海上平台管节点的加热效果更佳,能够用于对其损伤缺陷的检测。

基于深度学习与域自适应的工件涡流热成像的缺陷检测

机械设备运行过程中,标记的故障样本量小,导致建立的模型故障诊断准确率低,为此本文提出一种结合深度学习与域自适应的工件涡流热成像的缺陷检测方法。首先将注意力机制引入深度残差网络ResNet50中,加强模型的特征提取能力;然后将源域和目标域数据送入改进的ResNet50网络中提取深度特征,并且在网络的全连接层中引入局部最大均值差异,用于缩小两域特征间的分布差异,以此实现相关子域的分布对齐;最后在网络的Softmax分类器中实现对工件金属材料的缺陷检测。在公开的磁瓦数据集和本文实验采集的金属板涡流红外图像数据集上进行实验,结果表明,本文方法对涡流红外图像的裂纹缺陷检测识别准确率较高,通过t分布随机邻居嵌入方法对分析结果可视化,验证了本文方法的优越性。

基于涡流成像的碳纤维增强树脂基复合材料细观结构可视化

对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的细观结构成像方法进行了研究,利用涡流成像技术实现了CFRP层合板中纤维方向及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的可视化。首先通过有限元仿真和电路理论分析了CFRP板中涡流的生成机制和分布特性,阐述了基于涡流法的CFRP细观结构成像机制。然后介绍了用于扫描成像的高频涡流检测(HF-ECT)实验系统并确定了涡流探头的形式及其参数。最后利用涡流成像技术分别对单层板、正交层合板和四方向斜交层合板进行了检测,绘制了涡流检测(ECT)信号的三维伪彩图并得到了清晰的纤维纹路分布。通过引入滤波去噪技术和二维快速傅里叶变换(2D-FFT)对图像进行进一步处理,提高了图像分辨率并完成了不同方向上纤维纹路的分离,从而实现对层合板每单向层中缺陷的精确定位。

脉冲涡流热成像裂纹检测机理仿真分析

脉冲涡流热成像技术由于在导电材料缺陷检测中的优势而成为无损检测的热点。本文运用电磁感应原理及热传导理论,建立感应加热数学模型,利用有限元法分析电磁激励热成像检测缺陷的机理。利用COMSOL有限元软件建模分析了导磁材料和非导磁材料中两种基本裂纹slot和notch附近涡流场和温度场的分布情况,通过分析裂纹附近涡流密度大小和温度场的变化曲线,指出检测导磁和非导磁材料裂纹的最佳观测时间以及温度响应,为下一步的裂纹定量检测提供理论指导。

裂纹方向对脉冲涡流激励热成像的影响

通过建立不同方向裂纹的有限元模型,对利用脉冲涡流热成像技术检测铁磁和非铁磁金属材料的裂纹缺陷进行分析,讨论了不同方向裂纹对裂纹附近涡流场和温度场的影响,并提取试件表面温度最大值作为特征量来对裂纹方向角与几何尺寸的关系进行分析.同时,通过实验对数值分析结果进行验证.结果表明:在铁磁材料中,具有各种方向角的裂纹都可以检测到;而在非铁磁材料中,当方向角较小时难以检测出其裂纹.根据试件表面温度分布的对称特点,可对裂纹的走向进行初步判断;根据试件表面最大温度随着裂纹方向角的增大而呈线性增加,可进一步识别裂纹方向角.

脉冲涡流热成像的自适应异常提取算法

脉冲涡流热成像通过检测试样表面温度场异常来进行缺陷检测。试样的表面不平整带来的非相关显示,使得缺陷引起的温度异常很难被检测出来。本文提出了自适应异常提取算法,该算法使用基于局部信息模糊C均值聚类图像分割将非相关显示的干扰区域分割开来,然后采用自适应模板对各个分割区域内的像素进行预测。该算法能够用于原始热图像和其他检测算法得到结果图的异常提取。以表面不平整的焊缝裂纹试样为对象来验证算法的有效性,并进行信噪比评价。结果表明该算法能够很好地抑制非相关显示,同时激励不均匀性的干扰也得到较好的消除,缺陷的异常信息被很好地提取出来。

面向脉冲涡流热成像的激励电源特性研究

激励电源性能直接影响脉冲涡流热成像的信号特性提取、检测灵敏度和缺陷检出率,针对常规水冷铜管式感应加热电源存在电磁耦合效率低、加热均匀性差等问题,提出了一种含U型磁轭探头的新型脉冲激励电源。基于脉冲涡流热成像检测理论和电磁热耦合方程,提出了一种将激励线圈缠绕在U型磁轭上的探头结构,进一步分析了加热时间对试样裂纹区域温度场的影响;给出了脉冲激励电源整体系统方案,通过对电压源型全桥逆变电路换流过程进行分析,为合理设置IGBT开通、关断控制信号提供参考;为实现快速搜索负载谐振频率并实时跟踪谐振频率,提出了一种改进型全数字定角频率跟踪技术,并详细阐述了该技术的实现过程;对研制的脉冲激励电源性能进行测试以验证理论分析的正确性,并将其应用于脉冲涡流热成像金属表面裂纹的检测。

基于脉冲涡流热成像的金属结构焊缝表面裂纹识别方法

针对利用脉冲涡流热成像技术检测金属结构焊缝表面裂纹时,受焊缝区域物理属性以及焊缝表面状态等因素的影响,红外图像中裂纹区域特征信号复杂,缺乏有效的焊缝裂纹识别方法的问题,研究了基于三维温度曲面相似性的裂纹识别方法,提出了裂纹评价指标,并进行了验证。结果表明该方法不仅能有效识别焊缝表面裂纹并对其进行定量分析,而且摆脱了对先验信息的需求,降低了检测成本和复杂度,具有较高的工程应用价值。

基于方向调制原理的涡流热成像漆层下裂纹检测技术

针对传统技术检测漆层下金属表面裂纹信噪比低的问题,提出了一种基于方向调制原理的涡流热成像检测技术。首先介绍了方向调制的原理,通过推导方向调制的数学模型,从理论上证明了方法的可行性,根据理论公式与实际情况选择了调制频率,根据该方法搭建了实验平台;分析了涡流无法完整旋转的问题,并提出了一种基于驱动PWM驱动信号翻转的改进方法;针对加热可能导致的谐振频率漂移问题,提出了一种双通道频率跟踪策略;最后对不同漆层厚度下45#钢的人工裂纹与0.517 mm漆层厚度下20#钢磨平焊缝裂纹进行检测并与磁粉法的结果对比。实验结果表明:方向调制方法可检测出0.902 mm漆层下的人工裂纹与0.517 mm漆层下的模拟自然裂纹;对比0.486 mm漆层下人工裂纹与0.451 mm漆层下模拟自然裂纹的磁粉法检测结果,方向调制方法有效提升了漆层下裂纹的检测能力。

钢板局部腐蚀的脉冲涡流热成像定量检测

钢铁腐蚀是威胁工业安全生产的重要原因之一,脉冲涡流热成像缺陷检测技术可以对钢板表面腐蚀进行检测和评估。结合数值模拟和实际腐蚀检测试验,对利用脉冲涡流热成像检测腐蚀缺陷的特点进行了分析,并提取了温度上升较大的高温区宽度和温度最大值为特征量描述腐蚀的宽度和深度。将试件表面沿线圈方向的温度轮廓作为LSSVM的输入,腐蚀的二维轮廓作为输出,由试验测量数据和有限元仿真计算得到的仿真数据组建样本库。建立了由缺陷的温度场信号到缺陷轮廓图像的映射关系,实现了腐蚀缺陷的二维轮廓重构。

脉冲涡流热成像图像的BEMD提升小波阈值去噪

在脉冲涡流热成像检测中,有效抑制红外热图的噪声是最终提取特征量识别缺陷的关键环节之一。将提升小波阈值去噪的思想运用到二维经验模态分解(BEMD)中,提出了一种基于BEMD的提升小波阈值去噪方法。针对传统软、硬阈值法的局限性,引入包括带有可变因子的隶属函数的模糊阈值处理方法。将该方法运用于脉冲涡流热成像信号的实际消噪处理,实验结果表明,该方法与小波阈值去噪相比,去噪效果更明显,图像的细节特征更清晰。

涡流激励热成像金属焊缝裂纹检测方法研究

运用COMSOL Multiphysics有限元分析软件模拟了涡流激励下焊缝表面裂纹的温度分布,分析了电感线圈与裂纹之间的夹角,以及裂纹深度对被检部件表面温度分布的影响,并设计实验验证了该法用于定性分析的有效性.结果表明,利用线圈与裂纹夹角为0°或90°时的温度分布对裂纹进行定量分析的可行性更强,研究成果可用于定量分析及检测系统设计.

平行激励下脉冲涡流热成像响应规律的研究

为探索脉冲涡流热成像技术中涡流与裂纹平行时的响应规律并分析致热机理,运用有限元仿真软件分析了具有贯穿裂纹缺陷的铁磁、非铁磁材料平行激励时的温度分布;运用MATLAB软件提取仿真及实验数据定量分析磁通密度、电流密度、温度等参数并探究了导致铁磁、非铁磁材料温度分布差异的原因;提出铁磁材料除尖端效应外,裂纹内表面趋肤效应导致裂纹边缘温度升高,非铁磁材料裂纹内表面趋肤效应和裂纹边缘涡流密度增大共同作用导致裂纹边缘温度升高。运用高周波电感应加热器进行了实验验证。实验结果与仿真分析存在较好的一致性。研究成果揭示了非铁磁材料平行激励下的温度响应规律,为工程应用中可能的各方向裂纹定性分析和定量表征奠定基础。

金属表面缺陷的电涡流脉冲热成像检测

利用搭建的电涡流脉冲热成像检测平台,对常用金属的表面缺陷进行了检测。为了去除热成像图中的噪声,提高金属试件表面缺陷的对比度,采用独立成分分析法分析了表面缺陷的热响应特征。结果表明,独立成分分析法可有效地识别出缺陷、线圈、缺陷及线圈附近、试件边缘等区域的热响应信号特征,缺陷区域成像清晰,实现了金属构件表面线性缺陷和微小开孔的可视化检测。

脉冲涡流热成像检测金属缺陷的激励参数研究

针对脉冲涡流热成像检测中激励参数选择难的问题,提出了一种激励参数优化选择方法。利用COMSOL4.4仿真软件建立金属铝材料裂纹缺陷检测的脉冲涡流热成像仿真模型,研究提离高度、激励频率、渗透深度、激励电流、加热时间等激励参数下裂纹缺陷的脉冲涡流热特性,分析不同激励参数脉冲涡流作用下的裂纹缺陷周边温度场分布与变化规律,给出相应的最优激励参数。实验结果表明,实验仿真结果与理论分析一致,可为检测系统设计提供参考。

基于磁轭结构的脉冲涡流热成像激励效果比较

针对目前脉冲涡流感应热成像无损检测中激励线圈加热不均匀、受提离影响大的问题,将导线缠绕在磁轭装置上加载电流,分析其激励效果。为确定线圈缠绕位置对激励效果的影响,比较了不同装置激励时裂纹两端和底部的涡流分布及温度分布。结果表明,引入磁轭装置后系统的能量传递效率得到很大提高,同时激励的不均匀性减弱。激励线圈均匀分布在磁轭装置横梁及两极靴时激励效果最好。利用最优激励模型对不同方向的裂纹进行检测,结果表明,铁磁材料表面各个方向角的裂纹都可以被检测到,非铁磁材料方向角较小的裂纹不能被检测到。根据试件表面最高温度随裂纹方向角增大而线性增加的特点可以识别裂纹的方向角。

基于涡流热成像的锈蚀钢筋混凝土表面温度变化试验研究

电涡流红外热成像检测技术是一种新兴的无损检测技术,其利用混凝土内部钢筋锈蚀程度不一样导致钢筋的发热效率不一样,使传导至混凝土表面的温度变化速率不一样的原理来判定混凝土内部钢筋锈蚀程度。通过试验研究了锈蚀钢筋混凝土在不同锈蚀时间、钢筋直径、混凝土强度及保护层厚度等影响因素下的表面温度变化规律。结果表明,不同钢筋直径,不同保护层厚度,不同混凝土强度的钢筋混凝土试件的表面温度增长速率都随锈蚀时间的增加而增大,即钢筋混凝土表面温度增长速率与钢筋锈蚀时间正相关;锈蚀时间越长、钢筋直径越大,混凝土表面温度增长速率越快,相反,混凝土强度越低、保护层越小,混凝土表面温度增长越快,即锈蚀时间和钢筋直径与混凝土表面温度增长速率成正比,混凝土强度和保护层厚度与混凝土表面温度增长成反比。

涡流热成像隐马尔科夫评估方法及应用

电涡流脉冲热成像(Eddycurrentpulsed thermography,ECPT)技术是一种集成了电、磁、热等多物理效应的新兴无损检测技术,具有单次检测范围大、无交互、检测速度快等特点。传统基于特定时刻的单帧热图像分析,很难直接区分不同区域的热分布,无法建立有效的数学、物理模型,对微小缺陷与早期疲劳损伤难以进行完整、有效的检测与评估。本文利用多帧热图像序列构造出了不同阶段的多维观测矩阵,通过拉普拉斯特征映射(Laplacianeigenmap,LE)方法对高维观测数据集进行降维处理。利用COMSOL仿真分析了隐马尔科夫模型(hidden Markov model,HMM)追踪、评估材料特性的有效性,最后通过HMM对降维后的齿轮疲劳数据进行学习、评估。通过不同阶段的齿轮疲劳实验验证,基于隐马尔科夫模型与电涡流脉冲热成像的技术可以很好地评估齿轮在不同阶段的疲劳损伤状态。

不锈钢覆面焊缝脉冲涡流热成像检测技术研究

不锈钢覆面广泛应用于核电站各种高放射性水池、高放射性工具存放间、核燃料转运通道,是隔离和阻挡放射性的第一道重要屏障。国内外核电站不锈钢覆面泄漏失效时有发生,查漏修复技术难度高,代价高昂。众多案例表明泄漏事故大多直接或间接与建造期间焊接原始缺陷相关。受钢覆面结构限制和渗透、目视、真空罩气泡法等常规无损检测方法本身的局限,大量焊缝内部缺陷无法有效检出,成为覆面泄漏失效的敏感部位。本文介绍了开展不锈钢覆面焊缝脉冲涡流检测技术研究的相关工作,研究表明该技术具有缺陷直观可测,干扰因素小,检测效率高等优点,解决了不锈钢覆面焊缝内部缺陷无法有效检出的问题,可用于建安阶段不锈钢覆面焊缝的焊接质量控制。