超声相控阵检测聚乙烯电熔接头缺陷类型自动识别方法技术

本发明专利技术涉及焊接接头缺陷识别技术，旨在提供一种超声相控阵检测聚乙烯电熔接头缺陷类型自动识别方法。包括：利用超声波设备对聚乙烯电熔接头进行相控阵检测，输出超声相控阵检测图谱，截取二维实时扫描图像后进行数字化处理；进行优化和分区后提取图形特征，简化和归类缺陷特征；建立缺陷自动识别准则，确定缺陷种类，并根据规定的缺陷表征规则确定定量信息。本发明专利技术由分析软件自动识别缺陷类型，解决了聚乙烯电熔接头超声检测与安全评定自动衔接的技术问题。直接处理含缺陷信息的二维矩阵，数据量小，识别精度大、识别效率高。避免了人为因素的干扰，使缺陷识别结果更加可靠以及评价结果更加客观，可对各种不规则典型缺陷自动识别和量化分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接接头缺陷识别技术。更具体的说，本专利技术涉及一种基于模式识别的超声相控阵检测聚乙烯电熔接头缺陷类型的自动识别方法。
技术介绍
电熔焊接是聚乙烯燃气管道最主要的焊接方式之一。在聚乙烯管道电熔焊接过程中，由于接头装配质量、焊接工艺、连接面的清洁程度、焊接设备和器材、焊接人员、焊接环境等诸多因素，使焊接接头容易产生各种缺陷，焊接质量难以得到可靠保证，焊接接头成为聚乙烯管道系统的薄弱环节。电熔焊接接头容易发生冷焊、电阻丝错位、熔合面夹杂等缺陷，一旦在服役过程中失效，将对聚乙烯燃气管道沿线的人民生命财产安全造成巨大威胁。目前，国内外对电熔接头的质量控制除了通过施工规范、外观检验以及抽样的力学性能测试(破坏性检测)等常规检测手段外，也已经采用超声检测技术对聚乙烯管电熔接头进行无损检测。中国制定并实施了世界上首部关于含缺陷聚乙烯管道电熔接头无损检测和安全评定的国家标准，分别为GB/T29461和GB/T 29460。GB/T 29461-2012《聚乙烯管道电熔接头超声检测》规定了聚乙烯管道电熔接头超声检测的检测程序，提供了正常焊接超声图谱和焊接缺陷超声图谱以及典型缺陷的超声相控阵成像特征。标准根据超声相控阵探伤仪相控阵模块采集的人工缺陷信号的几何特征，将缺陷分为熔合面缺陷、孔洞、电阻丝错位、冷焊/过焊四类。熔合面缺陷出现在熔合界面，属于面积型缺陷；孔洞缺陷是位于焊接界面上或在焊接界面附近出现的空洞，属于体积型缺陷；电阻丝错位指原先均匀排布的电阻丝在焊接后发生了水平或垂直方向的位移；冷焊/过焊是指由于接头焊接热量不足/过量造成的缺陷，依赖于特征线与电阻丝之间距离的判断。GB/T 29460-2012《含缺陷聚乙烯管道电熔接头安全评定》规定了含缺陷聚乙烯管道电熔接头安全评定的一般要求，缺陷定量表征方法和安全性评定准则。标准规定，熔合面缺陷可表征为由其外接矩形之长和宽围成的矩形；孔洞缺陷可表征为其在熔合面上投影的轴向长度；电阻丝水平/垂直错位缺陷可表征为水平/垂直最大错位量；冷焊的严重程度可表征为特征线与电阻丝间的距离；过焊缺陷可由孔洞和电阻丝错位来表征。在对聚乙烯管道电熔接头超声检测输出结果进行安全评定之前，需要对超声图谱中典型缺陷准确识别。缺陷识别既是对根据GB/T 29461得到的超声检测结果有效信息的提取，又是按照GB/T 29460进行安全评定的原始数据来源，因此是超声检测和安全评定的重要联接环节。然而，两个标准均没有给出可程序化的缺陷识别准则。目前，聚乙烯管道电熔接头缺陷识别依赖于检测人员的专业知识和工程经验，技术门坎高，且难以满足工程实践中对缺陷识别自动化的要求。例如，专利CN 102285120A提供了一种电熔接头冷焊缺陷判定方法，其判定步骤涉及:在获得超声检测图之后，需要专业技术人员“在图谱上识别特征线和管材-套筒界面”，然后测量得到两者的距离L，继而才能判定该图谱中是否存在冷焊缺陷。其
技术实现思路
可以作为标准GB/T 29460-2012关于“冷焊缺陷判定”部分的补充，但是并不涉及自动缺陷识别方法。例如，专利CN102009474A提供了一种电熔接头焊接质量检测与实现自动评判的方法，在“自动评判部分”，其判定步骤涉及获得清晰的电熔接头超声截面图之后，分别找出图像中的电阻丝超声反射信号和特征线信号”，然后测量得到特征线与电阻丝的距离L’并输入到运算模块中，继而通过与内置数据库(剥离能-特征线关系)比对实现冷焊缺陷的“自动判定”。其
技术实现思路
实际上是“自动评价”，可以作为标准GB/T 29460-2012关于“冷焊缺陷判定”部分的补充，但“缺陷识别”过程依然依赖于专业技术人员，并不涉及自动缺陷识别方法。国内外针对聚乙烯管道电熔接头缺陷自动识别的研究鲜有报道。国外研究已存在的缺陷自动识别手段主要有:基于傅里叶变化或小波分析进行的波谱分析，基于神经网络理论、模糊理论、或遗传算法进行的智能手段，以及基于形态学的数学方法等。这些缺陷自动识别方法都需要建立缺陷与一维实时扫描图像(A扫描图像)中提取的超声信号的时域或频域信息之间的关系，因此不但需要复杂的计算和大量的数据分析，而且不能对缺陷进行定量检测。国内已经有学者尝试利用相控阵检测图谱二维成像特点，直接获取聚乙烯管道电熔接头内部特征的数字化信息，进而实现缺陷的自动识别。福州大学黄跃鑫等将超声相控阵检测得到的二维实时扫描图像(即超声相控阵检测图谱中的B扫描图像，是由若干A扫描结果叠加而成)信息转化为一组一维信号，通过小波分析实现冷焊缺陷的自动识别。这种方法由于将全部列水平信号相加求和做归一化处理，忽略了图像大量有用信息，对超声图谱质量要求较高，且仅能实现对冷焊单一缺陷的识别，而对于背景噪声较大，或含有其他缺陷的图谱则无法识别。目前，国内外尚无一种便捷可靠的针对聚乙烯管道电熔接头的超声相控阵图像的缺陷自动识别技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种便捷可靠的超声相控阵检测聚乙烯电熔接头缺陷自动识别方法。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是:提供一种，是通过对聚乙烯电熔接头的超声相控阵检测图谱进行数字化处理后，提取缺陷特征，并进行缺陷的识别和量化；具体包括以下步骤:(1)利用超声波设备对聚乙烯电熔接头进行相控阵检测，并输出超声相控阵检测图谱；截取其中的二维实时扫描图像后，以RGB格式保存；所述二维实时扫描图像应符合GB/T 29461-2012关于特征图谱的要求，至少包含下述基本信息:色条、标尺、电阻丝、内外冷焊区界面和管材内壁面回波信号；(2)对二维实时扫描图像进行数字化处理根据图谱像素点的RGB值与声强的一一对应关系，将二维实时扫描图像的像素点的“位置-RGB值”关系转化为“位置-声强”关系，进而得到一个二维矩阵，实现将相控阵超声扫描所得原始RGB图像转化为由二维矩阵表征的数字化图谱；在数字化图谱中构建平面坐标系，去除光标线、聚焦线和A扫描线对应的强度值，并用邻近像素点的强度值代替被去除位置的强度值，以此排除对缺陷识别过程的干扰；根据图像中像素点强度差异，绘制初始图像的等高线图；(3)对数字化图谱进行优化和分区在数字化图谱中截取包含完整熔融区的部分作为感兴趣区域(R0I)，以排除(近场盲区等)不相关信息；对感兴趣区域进行图像二值化处理，即高于设定阈值的强度点予以保留，反之则归零，以排除背景噪声或低于设定阈值的强度值干扰点；采用开环运算处理信号以分割粘连图像，采用闭环运算处理信号以圆整图形边缘，将强度点分区成块；过上述后处理，感兴趣区域被分割成独立的强度区块，计算获得各区块的中心坐标、区域面积、区域横向跨度、纵向跨度；(4)提取图形特征，简化和归类缺陷特征在保留声压分布特点的基础上建立简化分析模型:将单一强度区块中波高超过设定阈值的像素点定义为黑，波高低于设定阈值的像素点定义为白，黑色块位置和高度与对应强度区块位置和强度值一致；根据像素点分布和强度值提取简化模型中缺陷形状、位置、波幅、群集的特征，归类所有缺陷信号的组合特征；(5)建立缺陷自动识别准则，确定缺陷种类确定数字化超声图谱中计算机可识别的缺陷特征作为典型缺陷特征图像判断的依据，以建立缺陷自动识别准则；所述缺陷特征应符合GB/T 29460的规定，且数字化特征稳定;本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声相控阵检测聚乙烯电熔接头缺陷类型自动识别方法，其特征在于，是通过对聚乙烯电熔接头的超声相控阵检测图谱进行数字化处理后，提取缺陷特征，并进行缺陷的识别和量化；具体包括以下步骤：(1)利用超声波设备对聚乙烯电熔接头进行相控阵检测，并输出超声相控阵检测图谱；截取其中的二维实时扫描图像后，以RGB格式保存；所述二维实时扫描图像应符合GB/T 29461‑2012关于特征图谱的要求，至少包含下述基本信息：色条、标尺、电阻丝、内外冷焊区界面和管材内壁面回波信号；(2)对二维实时扫描图像进行数字化处理根据图谱像素点的RGB值与声强的一一对应关系，将二维实时扫描图像的像素点的“位置‑RGB值”关系转化为“位置‑声强”关系，进而得到一个二维矩阵，实现将相控阵超声扫描所得原始RGB图像转化为由二维矩阵表征的数字化图谱；在数字化图谱中构建平面坐标系，去除光标线、聚焦线和A扫描线对应的强度值，并用邻近像素点的强度值代替被去除位置的强度值，以此排除对缺陷识别过程的干扰；根据图像中像素点强度差异，绘制初始图像的等高线图；(3)对数字化图谱进行优化和分区在数字化图谱中截取包含完整熔融区的部分作为感兴趣区域，以排除不相关信息；对感兴趣区域进行图像二值化处理，即高于设定阈值的强度点予以保留，反之则归零，以排除背景噪声或低于设定阈值的强度值干扰点；采用开环运算处理信号以分割粘连图像，采用闭环运算处理信号以圆整图形边缘，将强度点分区成块；过上述后处理，感兴趣区域被分割成独立的强度区块，计算获得各区块的中心坐标、区域面积、区域横向跨度、纵向跨度；(4)提取图形特征，简化和归类缺陷特征在保留声压分布特点的基础上建立简化分析模型：将单一强度区块中波高超过设定阈值的像素点定义为黑，波高低于设定阈值的像素点定义为白，黑色块位置和高度与对应强度区块位置和强度值一致；根据像素点分布和强度值提取简化模型中缺陷形状、位置、波幅、群集的特征，归类所有缺陷信号的组合特征；(5)建立缺陷自动识别准则，确定缺陷种类确定数字化超声图谱中计算机可识别的缺陷特征作为典型缺陷特征图像判断的依据，以建立缺陷自动识别准则；所述缺陷特征应符合GB/T 29460的规定，且数字化特征稳定；将步骤(4)所述缺陷信号的组合特征与识别准则进行比对，由此确定缺陷种类；(6)数字化超声图谱上的每一处缺陷都是由一定数目的像素点组合呈现的，当缺陷被识别、定性后，根据GB/T 29460‑2012规定的缺陷表征规则，由缺陷的强度区块所包含像素点的数目来确定具体位置、面积、距离的定量信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施建峰，聂新宇，郭伟灿，侯东圣，郑津洋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33