薄材焊縫自動(dòng)化超聲TOFD成像檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、薄材焊件廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、現(xiàn)代國(guó)防的建設(shè)以及高新技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響，一直以來(lái)對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有強(qiáng)烈的需求。由于超聲TOFD(Time of Flight Diffraction)成像檢測(cè)技術(shù)擁有其它方法難以媲美的優(yōu)勢(shì)，已成為目前焊縫缺陷定量檢測(cè)最為有效的技術(shù)手段，并正朝著自動(dòng)化檢測(cè)方向邁進(jìn)。但薄層板材較小的厚度會(huì)使超聲TOFD檢測(cè)原始信號(hào)產(chǎn)生混疊，并作為該技術(shù)自動(dòng)化應(yīng)用基礎(chǔ)的自動(dòng)化成像及其成像結(jié)果自動(dòng)判讀技術(shù)，

2、還存在有待突破的技術(shù)障礙。為此，本論文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，開(kāi)展薄材焊縫自動(dòng)化超聲TOFD成像檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究。在明確超聲TOFD成像檢測(cè)機(jī)理及其可靠性影響因素的基礎(chǔ)上，將小波變換與維納濾波方法有機(jī)融合，發(fā)展一種適合于超聲TOFD檢測(cè)信號(hào)應(yīng)用的小波子帶維納濾波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)薄材焊縫的高縱向分辨率超聲TOFD成像，并建立超聲TOFD檢測(cè)圖像參數(shù)化模型，利用參數(shù)優(yōu)化辨識(shí)技術(shù)精確定量檢測(cè)薄材焊縫缺陷的位置及尺寸等幾何信息;同時(shí)，針對(duì)超聲T

3、OFD檢測(cè)圖像中直通波遮擋近表面缺陷、對(duì)比度分辨率低以及邊界模糊等共性問(wèn)題，開(kāi)展相關(guān)圖像處理技術(shù)的研究，重點(diǎn)發(fā)展基于形態(tài)學(xué)與分水嶺的組合式圖像分割算法，有效協(xié)調(diào)計(jì)算效率與分割精度之間的矛盾，高性能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)圖像感興趣目標(biāo)區(qū)域的提取，并結(jié)合檢測(cè)圖像的空間分布特性和鄰域分布特性，分別利用灰度共生矩陣法和局部二值法提取感興趣區(qū)域的多尺度全局和局部紋理特征參數(shù)，進(jìn)行高斯歸一化融合后用于焊縫缺陷類(lèi)型的識(shí)別，達(dá)到對(duì)薄材焊縫缺陷自動(dòng)化檢測(cè)及焊接質(zhì)量自動(dòng)

4、評(píng)價(jià)的目的。具體的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果體現(xiàn)在:
　　第一章，系統(tǒng)闡述了薄材焊件對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)和高新技術(shù)進(jìn)步的影響，以及開(kāi)展薄材焊縫自動(dòng)化超聲TOFD成像檢測(cè)技術(shù)研究的重要意義，全面概括超聲TOFD成像檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，明確了目前該技術(shù)在薄材焊縫檢測(cè)中所存在的問(wèn)題，為本文的研究指明方向。同時(shí)，對(duì)論文的研究?jī)?nèi)容及各章節(jié)進(jìn)行安排。
　　第二章，介紹了超聲TOFD檢測(cè)機(jī)理和缺陷定量計(jì)算方法，并根據(jù)超聲波傳播

5、規(guī)律及與缺陷的作用機(jī)理，從各向同性固體介質(zhì)中的動(dòng)力學(xué)基本方程入手，建立了基于矩形單元的超聲TOFD檢測(cè)有限元模型，采用中心差分法對(duì)該模型進(jìn)行求解。同時(shí)，還利用該模型及其求解方法對(duì)典型缺陷的超聲TOFD檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行模擬，對(duì)影響檢測(cè)精度和可靠性的因素進(jìn)行分析，為后續(xù)的研究奠定必要的理論基礎(chǔ)。
　　第三章，針對(duì)薄材焊縫超聲TOFD檢測(cè)應(yīng)用中相關(guān)原始信號(hào)容易產(chǎn)生時(shí)域混疊以及它們的頻譜互為不同而帶來(lái)反卷積參考信號(hào)選擇困難等問(wèn)題，提出了一種基

6、于小波子帶維納濾波的反卷積技術(shù)。在利用小波變換將超聲TOFD檢測(cè)原始信號(hào)分解為不同子帶信號(hào)的基礎(chǔ)上，以相干函數(shù)為判據(jù)自適應(yīng)地確定具有強(qiáng)因果關(guān)系的子帶直通波、缺陷上端和下端衍射波以及底面反射波等信號(hào)，從中選擇反卷積參考信號(hào)，并對(duì)確定的相關(guān)子帶信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)及對(duì)重構(gòu)的信號(hào)進(jìn)行維納濾波，有效分離超聲TOFD檢測(cè)原始信號(hào)。同時(shí)，以分離后的信號(hào)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高縱向分辨率的超聲TOFD成像，解決超聲TOFD檢測(cè)技術(shù)在薄材焊縫應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

7、>　　第四章，為克服由于大擴(kuò)散角聲束應(yīng)用降低超聲TOFD成像橫向分辨率而難以精確定量檢測(cè)薄材焊縫缺陷位置及其尺寸的問(wèn)題，提出了一種基于超聲TOFD圖像參數(shù)化模型的焊縫缺陷幾何量高精度定征技術(shù)。在分析焊縫缺陷超聲TOFD成像特性以及建立超聲TOFD圖像參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型之間的代數(shù)距離作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將非線性的參數(shù)估計(jì)轉(zhuǎn)換為線性的矩陣求解問(wèn)題，精確定量檢測(cè)焊縫缺陷的位置及其尺寸等幾何信息，并大幅度提高缺陷相關(guān)參數(shù)的估計(jì)

8、效率。
　　第五章，根據(jù)超聲TOFD檢測(cè)圖像的直通波易遮擋近表面缺陷、對(duì)比度分辨率低以及邊界模糊等共性特點(diǎn)，開(kāi)展相關(guān)圖像處理技術(shù)的研究。在完成圖像消噪提高信噪比及對(duì)直通波拉直處理的基礎(chǔ)上，利用能量分布統(tǒng)計(jì)法對(duì)拉直處理后的直通波進(jìn)行抑制，消除直通波對(duì)近表面缺陷的遮擋，并重點(diǎn)發(fā)展基于形態(tài)學(xué)與分水嶺的組合式圖像分割算法，繼承分水嶺圖像分割能力的前提下，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法消除圖像紋理所產(chǎn)生的局部極小值對(duì)分割結(jié)果所造成的影響，克服傳統(tǒng)分水嶺

9、算法用于紋理圖像分割時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)分割問(wèn)題，有效協(xié)調(diào)圖像分割效率與分割精度之間的矛盾，高性能提取超聲TOFD檢測(cè)圖像的感興趣目標(biāo)區(qū)域。
　　第六章，為建立超聲TOFD成像結(jié)果自動(dòng)判讀的技術(shù)基礎(chǔ)，開(kāi)展了基于超聲TOFD圖像多尺度特征的焊縫缺陷類(lèi)型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究。在對(duì)超聲TOFD檢測(cè)圖像進(jìn)行小波變換多分辨率分析的基礎(chǔ)上，從超聲TOFD檢測(cè)圖像的空間分布特性和鄰域分布特性?xún)煞矫嫒胧?，分別利用灰度共生矩陣法和局部二值法提取感興趣區(qū)域內(nèi)檢