一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法技术

技术编号:19213950 阅读:29 留言:0更新日期:2018-10-20 06:08
本发明专利技术公布了一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法,包括利用多频涡流检测技术对受检工件进行检测,获得检测信号;然后利用相敏解调技术获取检测信号相角变化信息;求解扫描频率方向,扫描位置方向的相角梯度;最后分析扫描频率方向,扫描位置方向的相角梯度变化趋势用以对缺陷进行识别分类。本发明专利技术有益效果是:可快速,准确地实现对表面缺陷、下表面缺陷、内部缺陷的识别及分类,相角梯度作为特征量可以有效抑制提离噪声,具有一定的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法
本专利技术涉及电磁无损检测领域,尤其涉及一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法。
技术介绍
电磁涡流检测过程中,主要通过测量线圈阻抗的变化以检测出导体材料受检工件的缺陷。检测线圈的阻抗(或称感应电压)的干扰因素很多,其中提离高度(提离高度指传感器与受检工件表面的垂直距离)的变化对检测效果影响尤为明显。由于电磁涡流检测过程中导体材料受检工件存在趋肤效应,导体材料受检工件下表面缺陷、内部缺陷检测效果不理想,因而传统的测量线圈阻抗的涡流检测方法很难对不同缺陷进行识别分类。针对上述涡流检测技术存在的问题,目前的相应的解决方法有采用脉冲涡流检测技术,将检测信号瞬态响应信号峰值时间、过零时间、频谱分离点等作为特征量对缺陷进行识别分类,但是这些方法或多或少存在特征量提取困难,缺陷分类效果不明显等问题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足,本专利技术的目的是提供一种能够基于多频涡流检测技术识别工件不同缺陷的分类方法。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是提供一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法,该检测系统包括函数发生器、线性直流稳压电源、V/I转换电路、双空气芯线圈传感器、信号放大电路、采集卡、计算机,步骤如下:步骤一:分析导体材料受检工件的外形、尺寸、材质,确定传感器类型、扫描频率范围、扫描路径;步骤二:对受检工件施加多频正弦激励信号,沿着扫描路径进行多频涡流检测,双空气芯线圈传感器获取检测信号;步骤三:对检测信号进行相敏解调,获取检测信号相对于激励信号相角变化信息。式(1)-式(6)为相敏解调的数学实现过程。式中Vx(n)为理想的被解调信号(检测信号),K、为被解调信号相对于参考信号模值和相角发生的变化;r(n)为正弦参考信号(激励信号),i(n)为余弦参考信号(通过激励信号相角向后偏置90°获得);f0为Vx(n)、r(n)、i(n)的频率;fs为采样频率,T=1/fs为采样周期;N=fs/f0为单个周期内采样点数;n=0:N-1;R、I分别为被解调后信号的实部和虚部;步骤四:将得到关于扫描位置x、扫描频率y的相位函数φ(x,y)沿位置方向和频率方向的求解相角梯度。沿位置方向和频率方向的相角梯度可以表示为式(7)、式(8)步骤五:将相角梯度作为特征量,分析位置方向和频率方向的相角梯度变化趋势用以缺陷进行识别分类,位置方向相角梯度先减小后增大处为该处存在表面缺陷,位置方向相角梯度先增大后减小处为该处存在下表面缺陷或内部缺陷,频率方向相角梯度增大处为该处存在表面缺陷或下表面缺陷,频率方向相角梯度减小处为该处存在内部缺陷。本专利技术的有益效果是:在工业中应用广泛,结合多频涡流检测技术、相敏解调技术、相角梯度分析能够实现受检工件缺陷识别分类,流程简单,有效抑制提离噪声,且缺陷分类准确率达到100%,具有较高的应用价值。附图说明图1是本专利技术方法所使用的多频涡流检测系统结构图;图2是本专利技术方法流程图;图3是双空气芯线圈传感器示意图;图4是本专利技术方法对铝板检测示意图;图5是相敏解调原理框图;图6是提离高度变化对相角梯度影响结果示意图;图7是铝板无缺陷位置方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图8是铝板无缺陷频率方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图9是铝板表面缺陷位置方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图10是铝板表面缺陷频率方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图11是铝板下表面缺陷位置方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图12是铝板下表面缺陷频率方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图13是铝板内部缺陷位置方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图;图14是铝板内部缺陷频率方向相角梯度2维灰度填充等高线示意图。具体实施方式下面结合附图及对铝板表面缺陷、下表面缺陷、内部缺陷检测实施例对本专利技术的一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法加以说明。如图1所示,多频涡流检测系统包括函数发生器、线性直流稳压电源、V/I转换电路、双空气芯线圈传感器、信号放大电路、采集卡、计算机。计算机控制函数发生器通过V/I转换电路向传感器提供正弦激励信号,同时控制搭载传感器的扫描平台在铝板上方沿扫描路径做扫频扫描,传感器采集到的信号经过信号放大电路进行信号放大,通过采集卡传输到计算机中进行数据运算处理和显示,系统中V/I转换电路和信号放大电路由线性直流稳压电源进行供电。函数发生器采用DG1022双通道函数任意波形发生器,经V/I转换后的激励信号为正弦电流信号,有效值500mA,扫描频率1-10kHz。采集卡选用NIUSB-6351采集卡,采样频率为500kHz。如图2所示,一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法包括以下步骤:步骤一:分析铝板受检工件的外形、尺寸、材质,如图3所示,确定传感器类型为双空气芯线圈传感器、扫描频率范围为1-10kHz、扫描路径如图4所示,传感器类型和尺寸要适应受检工件的外形和尺寸,根据受检工件的厚度确定扫描频率范围;步骤二:对铝板受检工件施加扫描频率范围为1-10kHz正弦电流激励信号,沿着扫描路径进行多频涡流检测,双空气芯线圈传感器获取检测信号;步骤三:如图5所示,对检测信号进行相敏解调,获取检测信号相对于激励信号相角变化信息。式(1)-式(6)为相敏解调的数学实现过程。式中Vx(n)为理想的被解调信号(检测信号),K、为被解调信号相对于参考信号模值和相角发生的变化;r(n)为正弦参考信号(激励信号),i(n)为余弦参考信号(通过激励信号相角向后偏置90°获得);f0为Vx(n)、r(n)、i(n)的频率;fs为采样频率,T=1/fs为采样周期;N=fs/f0为单个周期内采样点数;n=0:N-1;R、I分别为被解调后信号的实部和虚部;步骤四:将得到关于扫描位置x、扫描频率y的相位函数φ(x,y)沿位置方向和频率方向的求解相角梯度。沿位置方向和频率方向的相角梯度可以表示为式(7)、式(8)步骤五:将相角梯度作为特征量,结合位置方向和频率方向的相角梯度变化趋势对缺陷进行识别分类。图6表示表面缺陷激励频率为1kHz时不同提离高度(传感器与受检工件表面的垂直距离即提离高度,提离高度分别设置为0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm位置方向相角梯度曲线。不难看出改变提离高度相角梯度发生一定变化,这一变化是由于提离噪声造成的,但提离噪声的影响显然不足以改变缺陷处相角梯度变化趋势,也不会影响缺陷的检测。由此可见相角梯度作为缺陷特征可以有效地抑制提离噪声带来的影响。图9、图11、图13对比图7,缺陷处(横坐标位置为0CM处)两侧灰度变化对应相角梯度大小发生变化,即缺陷处相角大小发生变化,结果显示位置方向相角梯度先减小后增大处为该处存在表面缺陷,位置方向相角梯度先增大后减小处为该处存在下表面缺陷或内部缺陷,即表面缺陷处相角变小,下表面缺陷、内部缺陷处相角变大。图10、图12、图14对比图8,缺陷处(横坐标位置为0CM处)形状变化对应相角梯度发生变化,结果显示频率方向相角梯度增大处为该处存在表面缺陷或下表面缺陷,频率方向相角梯度减小处为该处存在内部缺陷,即表面缺陷、下表面缺陷处相角变化速率变大,内部缺陷处相角变化速率变小。实施例结果显示将相角梯度作为特征量,不同类型缺陷检测结果不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法,该检测系统包括函数发生器、线性直流稳压电源、V/I转换电路、双空气芯线圈传感器、信号放大电路、采集卡和计算机,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一:分析受检工件的外形、尺寸、材质,确定传感器类型、扫描频率范围、扫描路径;步骤二:对受检工件施加多频正弦激励信号,沿着扫描路径进行多频涡流检测,传感器获取检测信号;步骤三:对检测信号进行相敏解调,获取检测信号相对于激励信号的相角数值变化信息,得到扫描位置x、扫描频率y的相位函数φ(x,y);步骤四:将由步骤三得到的相位函数φ(x,y)沿位置方向和频率方向求解相角梯度,相角梯度求解表达式如下:

【技术特征摘要】
1.一种基于多频涡流检测技术的缺陷识别分类方法,该检测系统包括函数发生器、线性直流稳压电源、V/I转换电路、双空气芯线圈传感器、信号放大电路、采集卡和计算机,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一:分析受检工件的外形、尺寸、材质,确定传感器类型、扫描频率范围、扫描路径;步骤二:对受检工件施加多频正弦激励信号,沿着扫描路径进行多频涡流检测,传感器获取检测信号;步骤三:对检测信号进行相敏解调,获取检测信号相对于激励信号的相角数值变化信息,得到扫描位置x、扫描频率y的相位函数φ(x,y);步骤四:将由步骤三得到的相位函数φ(x,y)沿位置方向和频率方向求解相角梯度,相角梯度求解表达式如下:其中:x、y分别代表扫描位置和扫描频率;gx、gy分别代表位置方向和频率方向的相角梯度;步骤五:将相角梯度作为特征量,分析位置方向和频率方向的相角梯度变化趋势用以对缺陷进行识别分类,位置方向相角梯度先减小后增大处为该处存在表面缺陷,位置方向相角梯度先增大后减小处为该处存在下表面缺陷或内部缺陷;频率方...

【专利技术属性】
技术研发人员:张荣华叶松宋观惠李洁
申请(专利权)人:天津工业大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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