專(zhuān)利名稱(chēng)：一種混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)損探傷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及混凝土結(jié)構(gòu)的一種紅外成像無(wú)損 檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代后發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。此 方法以熱波理論為理論依據(jù)，通過(guò)主動(dòng)對(duì)被檢測(cè)物體施加特殊模式的可控?zé)峒?lì)、并采用 紅外熱像儀連續(xù)觀察和記錄物體表面的溫場(chǎng)變化，并通過(guò)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖像信息處理 技術(shù)進(jìn)行時(shí)序熱波信號(hào)的探測(cè)、采集、數(shù)據(jù)處理和分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體內(nèi)部缺陷或損傷的定 量診斷。紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一是針對(duì)各種材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的被檢物以及缺陷 和損傷的類(lèi)型，選擇不同特性的熱源對(duì)物體進(jìn)行周期、脈沖、直流等函數(shù)形式的加熱。其中 超聲紅外無(wú)損檢測(cè)方法是采用超聲波對(duì)被檢物體加熱，并用紅外熱像儀記錄物體表面溫場(chǎng) 的變化。與閃光燈脈沖激勵(lì)紅外熱像無(wú)損檢測(cè)方法相比，超聲波僅加熱缺陷部位，而對(duì)其它 沒(méi)有缺陷的部分幾乎不加熱，因此超聲加熱所成熱成像的缺陷信號(hào)強(qiáng)，具有很高的靈敏度， 可以檢測(cè)到更小的裂縫，或者完全閉合、垂直的裂縫。對(duì)于缺陷損傷的確定，超聲波加熱方 式十分有效。因此，中國(guó)專(zhuān)利CN 101713756提出一種超聲熱激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)方法，以 超聲作為加熱激勵(lì)源，并進(jìn)行紅外成像。這項(xiàng)專(zhuān)利結(jié)合超聲的“選擇性”加熱與紅外熱像儀 的紅外成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷面積的準(zhǔn)確檢測(cè)。但是這項(xiàng)專(zhuān)利僅實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷面積及缺陷區(qū)域邊 緣實(shí)現(xiàn)了良好的檢測(cè)，卻對(duì)缺陷深度檢測(cè)效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種將超聲、紅外兩種激勵(lì)源結(jié)合，能夠?qū)θ毕?深度、缺陷損傷面積進(jìn)行檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法，該方法基 于原有的紅外成像系統(tǒng)，并為被檢物增設(shè)超聲激勵(lì)源，其中原有的紅外成像系統(tǒng)包括閃爍 燈、熱像儀以及做相應(yīng)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，該方法按如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟1、將各個(gè)缺陷的深度值均為已知的標(biāo)件確定為被檢物，對(duì)被檢物持續(xù)施加 20KHz超聲激勵(lì)I(lǐng)Oms 5s，并在加熱與散熱過(guò)程中進(jìn)行紅外成像，生成相應(yīng)超聲熱圖序 列；步驟2、對(duì)由步驟1所生成的熱圖序列進(jìn)行邊緣識(shí)別，并根據(jù)邊緣識(shí)別所確定的最 大封閉區(qū)域作為圖像處理區(qū)域；步驟3、采用閃光燈對(duì)所述被檢物持續(xù)施加紅外脈沖激勵(lì)20 30min，并在加熱與 散熱過(guò)程中進(jìn)行紅外成像，生成相應(yīng)的熱圖序列，且本步驟熱像儀與被檢物之間的相對(duì)位 置跟步驟1中的相同；
步驟4、在步驟3中所生成的熱圖序列上，確定與步驟2相同的圖像處理區(qū)域，并在 該圖像處理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行灰度值計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果的最大值及最大值出現(xiàn)的成像時(shí)刻作為判 斷值進(jìn)行保存，所述計(jì)算結(jié)果包括平均灰度值、中心灰度值、圖象處理區(qū)域其邊緣各點(diǎn)像素 的平均值；步驟5、將缺陷深度及面積未知的待檢物作為本步驟的被檢物，然后重復(fù)步驟1 4，求出本步驟被檢物相應(yīng)的判斷值；將與各個(gè)圖像處理區(qū)域?qū)?yīng)的判斷值按大小進(jìn)行數(shù)值 排列，應(yīng)用判斷值與缺陷深度的相關(guān)性為相應(yīng)封閉區(qū)域的深度系數(shù)賦值，并將對(duì)應(yīng)圖像處 理區(qū)域定義為被測(cè)物相應(yīng)位置的缺陷損傷區(qū)域，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算可得出該缺陷損傷區(qū)域的 面積；上述步驟中，對(duì)熱圖的生成及處理由熱像儀以及所述計(jì)算機(jī)配合完成，且計(jì)算機(jī) 內(nèi)錄入有所述標(biāo)件各個(gè)缺陷的深度值；所述封閉區(qū)域及圖像處理區(qū)域是與每一張熱圖對(duì)應(yīng) 的坐標(biāo)區(qū)域。坐標(biāo)區(qū)域，即是將熱圖以坐標(biāo)的方式進(jìn)行平面位置標(biāo)記，若本發(fā)明中某兩張熱圖 各自的封閉邊緣界線內(nèi)的像素坐標(biāo)均相同，則可認(rèn)定這兩個(gè)封閉邊緣界線內(nèi)的區(qū)域?qū)儆谕?一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域、封閉區(qū)域或圖像處理區(qū)域。進(jìn)一步，步驟2中不同時(shí)刻封閉同一位置的邊緣界線不同，當(dāng)封閉同一位置的邊 緣界線其所圍成的區(qū)域面積為最大值時(shí)，確定此刻針對(duì)該位置的邊緣界線所形成的封閉區(qū) 域是與該位置相對(duì)應(yīng)的最大封閉區(qū)域。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解到，最大封閉區(qū)域或圖像處理區(qū)域是與所封閉的缺陷 位置相對(duì)應(yīng)的，所以如果有兩個(gè)缺陷，就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)位置不同的最大封閉區(qū)域或圖像處理 區(qū)域；而且針對(duì)不同深度的缺陷位置，其出現(xiàn)最大封閉區(qū)域的時(shí)刻也有能不同，所以不同深 度缺陷位置所對(duì)應(yīng)的最大封閉區(qū)域或圖像處理區(qū)域不可能出現(xiàn)在某一序列的熱圖上；而超 聲一般只加熱缺陷部位，為了檢測(cè)全面，避免部分區(qū)域的“漏檢”，選擇最大封閉區(qū)域的概念 可以實(shí)現(xiàn)缺陷損傷區(qū)域面積的精確檢測(cè)。進(jìn)一步，所述標(biāo)件設(shè)有五個(gè)深度已知的缺陷，且深度分別為15mm、20mm、30mm、 50mm、80mmo進(jìn)一步，所述判斷值與缺陷深度的相關(guān)性，即計(jì)算結(jié)果最大值出現(xiàn)時(shí)刻其數(shù)值越 大，則缺陷深度越深；計(jì)算結(jié)果最大值數(shù)值越大，則缺陷深度越淺。由于缺陷深度越深，吸熱越少，放熱越慢，相應(yīng)地則表現(xiàn)為平均灰度值、中心灰度 值、圖象處理區(qū)域其邊緣各點(diǎn)像素的平均值較小，出現(xiàn)最大值的時(shí)刻相對(duì)滯后。應(yīng)用本發(fā)明無(wú)損檢測(cè)方法有如下技術(shù)效果(1)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)算相對(duì)簡(jiǎn)易，對(duì)數(shù)據(jù)處理硬件的要求大幅降低。(2)僅在步驟1使用超聲激勵(lì)源，之后沿用紅個(gè)脈沖激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)超聲損傷定位與紅 外深度分析的結(jié)合，保護(hù)被檢物的同時(shí)，避免整個(gè)熱圖區(qū)域檢測(cè)而是針對(duì)確定的圖像處理 區(qū)域，有助于提高檢測(cè)效率。(3)類(lèi)似于PH試紙的對(duì)比方式，通過(guò)確定深度的灰度值及時(shí)刻的檢測(cè)，反向測(cè)試 被檢測(cè)物的深度信息。與復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，本方法對(duì)于表面缺陷深度的檢測(cè)更加經(jīng)濟(jì)、 易行。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明無(wú)損檢測(cè)方法在測(cè)量中超聲及紅外激勵(lì)的功率應(yīng)是預(yù)先固定的，作為優(yōu)化 選擇超聲頻率為20KHZ，實(shí)驗(yàn)中采用紅外脈沖加熱源為雙路脈沖氤燈，峰值功率約10W。本發(fā)明無(wú)損檢測(cè)方法，該方法基于原有的紅外成像系統(tǒng)，并為被檢物增設(shè)超聲激 勵(lì)源，其中原有的紅外成像系統(tǒng)包括閃爍燈、熱像儀以及做相應(yīng)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，該方法 按如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟1、將各個(gè)缺陷的深度值均為已知的標(biāo)件確定為被檢物，使用超聲探頭對(duì)被檢 物持續(xù)施加20KHz超聲激勵(lì)I(lǐng)Oms ^，超聲探頭與被檢物之間可涂上耦合劑也可以緊貼式 地近距離傳送聲能，并在加熱與散熱過(guò)程中進(jìn)行紅外成像，生成相應(yīng)超聲熱圖序列；所述標(biāo) 件設(shè)有五個(gè)深度已知的缺陷，且深度分別為15mm、20mm、30mm、50mm、80_ ；步驟2、對(duì)由步驟1所生成的熱圖序列進(jìn)行邊緣識(shí)別，并根據(jù)邊緣識(shí)別所確定的最 大封閉區(qū)域作為圖像處理區(qū)域；本步驟不同時(shí)刻封閉同一位置的邊緣界線不同，當(dāng)封閉同 一位置的邊緣界線其所圍成的區(qū)域面積為最大值時(shí)，確定此刻針對(duì)該位置的邊緣界線所形 成的封閉區(qū)域是與該位置相對(duì)應(yīng)的最大封閉區(qū)域。步驟3、采用閃光燈對(duì)所述被檢物持續(xù)施加紅外脈沖激勵(lì)20 30min，并在加熱與 散熱過(guò)程中進(jìn)行紅外成像，生成相應(yīng)的熱圖序列，且本步驟熱像儀與被檢物之間的相對(duì)位 置跟步驟1中的相同；步驟4、在步驟3中所生成的熱圖序列上，確定與步驟2相同的圖像處理區(qū)域，并在 該圖像處理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行灰度值計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果的最大值及最大值出現(xiàn)的成像時(shí)刻作為判 斷值進(jìn)行保存，所述計(jì)算結(jié)果包括平均灰度值、中心灰度值、圖象處理區(qū)域其邊緣各點(diǎn)像素 的平均值；步驟5、將缺陷深度及面積未知的待檢物作為本步驟的被檢物，然后重復(fù)步驟1 4，求出本步驟被檢物相應(yīng)的判斷值；將與各個(gè)圖像處理區(qū)域?qū)?yīng)的判斷值按大小進(jìn)行數(shù)值 排列，應(yīng)用判斷值與缺陷深度的相關(guān)性為相應(yīng)封閉區(qū)域的深度系數(shù)賦值，并將對(duì)應(yīng)圖像處 理區(qū)域定義為被測(cè)物相應(yīng)位置的缺陷損傷區(qū)域，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算可得出該缺陷損傷區(qū)域的 面積；所述判斷值與缺陷深度的相關(guān)性，即計(jì)算結(jié)果最大值出現(xiàn)時(shí)刻其數(shù)值越大，則缺 陷深度越深；計(jì)算結(jié)果最大值數(shù)值越大，則缺陷深度越淺。假設(shè)本實(shí)例標(biāo)件(設(shè)有五個(gè)深度已知的缺陷，且深度分別為15mm、20mm、30mm、 50mm、80mm;)缺陷的平均灰度值分別是3、4、6、10、16，而檢測(cè)到未知被檢物的有三個(gè)平均 灰度值結(jié)果，分別是A :7，B :9，C :11，則被檢物有三個(gè)缺陷損傷區(qū)域其深度范圍分別是A 20mm 30mm，B :20mm 30mm，C 15mm 20mm ；且A比B要深。若要得到精算結(jié)果，需要進(jìn) 行大量樣本測(cè)試，以及計(jì)算機(jī)具體算法的修正。使用本方法能夠較為精確地檢測(cè)缺陷損傷 面積，同時(shí)對(duì)缺陷深度能進(jìn)行一定的定量分析，成本低，方法簡(jiǎn)易，易于實(shí)現(xiàn)。上述步驟中，對(duì)熱圖的生成及處理由熱像儀以及所述計(jì)算機(jī)配合完成，且計(jì)算機(jī) 內(nèi)錄入有所述標(biāo)件各個(gè)缺陷的深度值；所述封閉區(qū)域及圖像處理區(qū)域是與每一張熱圖對(duì)應(yīng) 的坐標(biāo)區(qū)域。由于熱圖中，缺陷深度與對(duì)比峰值延遲時(shí)間及最大灰度值直接相關(guān)，故采用上述 步驟進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，如可以不在加熱過(guò)程中進(jìn)行熱圖成像，僅在放熱過(guò)程中進(jìn)行成像足以實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的發(fā)明目的；標(biāo)件預(yù)設(shè)的缺陷深度，可以進(jìn)行適度修改，但不宜將深度設(shè)置過(guò)深；如 這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專(zhuān)利的實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法，該方法基于原有的紅外成像系統(tǒng)，并為被檢物增 設(shè)超聲激勵(lì)源，其中原有的紅外成像系統(tǒng)包括閃爍燈、熱像儀以及做相應(yīng)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算 機(jī)，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1、將各個(gè)缺陷的深度值均為已知的標(biāo)件確定為被檢物，對(duì)被檢物持續(xù)施加20KHZ 超聲激勵(lì)I(lǐng)Oms 5s，并在加熱與散熱過(guò)程中進(jìn)行紅外成像，生成相應(yīng)超聲熱圖序列；步驟2、對(duì)由步驟1所生成的熱圖序列進(jìn)行邊緣識(shí)別，并根據(jù)邊緣識(shí)別所確定的最大封 閉區(qū)域作為圖像處理區(qū)域；步驟3、采用閃光燈對(duì)所述被檢物持續(xù)施加紅外脈沖激勵(lì)20 30min，并在加熱與散熱 過(guò)程中進(jìn)行紅外成像，生成相應(yīng)的熱圖序列，且本步驟熱像儀與被檢物之間的相對(duì)位置跟 步驟1中的相同；步驟4、在步驟3中所生成的熱圖序列上，確定與步驟2相同的圖像處理區(qū)域，并在該圖 像處理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行灰度值計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果的最大值及最大值出現(xiàn)的成像時(shí)刻作為判斷值 進(jìn)行保存，所述計(jì)算結(jié)果包括平均灰度值、中心灰度值、圖象處理區(qū)域其邊緣各點(diǎn)像素的平 均值；步驟5、將缺陷深度及面積未知的待檢物作為本步驟的被檢物，然后重復(fù)步驟1 4， 求出本步驟被檢物相應(yīng)的判斷值；將與各個(gè)圖像處理區(qū)域?qū)?yīng)的判斷值按大小進(jìn)行數(shù)值排 列，應(yīng)用判斷值與缺陷深度的相關(guān)性為相應(yīng)封閉區(qū)域的深度系數(shù)賦值，并將對(duì)應(yīng)圖像處理 區(qū)域定義為被測(cè)物相應(yīng)位置的缺陷損傷區(qū)域，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算可得出該缺陷損傷區(qū)域的面 積；上述步驟中，對(duì)熱圖的生成及處理由熱像儀以及所述計(jì)算機(jī)配合完成，且計(jì)算機(jī)內(nèi)錄 入有所述標(biāo)件各個(gè)缺陷的深度值；所述封閉區(qū)域及圖像處理區(qū)域是與每一張熱圖對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟2中不同時(shí) 刻封閉同一位置的邊緣界線不同，當(dāng)封閉同一位置的邊緣界線其所圍成的區(qū)域面積為最大 值時(shí)，確定此刻針對(duì)該位置的邊緣界線所形成的封閉區(qū)域是與該位置相對(duì)應(yīng)的最大封閉區(qū) 域。
3.如權(quán)利要求1所述混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于所述所述標(biāo)件設(shè)有五 個(gè)深度已知的缺陷，且深度分別為15謹(jǐn)、20謹(jǐn)、30謹(jǐn)、50mm、80mm。
4.如權(quán)利要求1所述混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于，所述所述判斷值與缺 陷深度的相關(guān)性，即計(jì)算結(jié)果最大值出現(xiàn)時(shí)刻其數(shù)值越大，則缺陷深度越深；計(jì)算結(jié)果最大 值數(shù)值越大，則缺陷深度越淺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)損檢測(cè)方法，該方法基于原有的紅外成像系統(tǒng)，并為被檢物增設(shè)超聲激勵(lì)源，使用超聲激勵(lì)源之后沿用紅外脈沖激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)超聲損傷定位與紅外深度分析的結(jié)合，保護(hù)被檢物的同時(shí)，避免整個(gè)熱圖區(qū)域檢測(cè)而是針對(duì)確定的圖像處理區(qū)域，有助于提高檢測(cè)效率；先采用標(biāo)件進(jìn)行樣本檢測(cè)，然后進(jìn)行反向推斷被檢物的深度信息，方法易行，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的精度要求低。
文檔編號(hào)G01N25/72GK102095755SQ201010582090
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者康莊, 李泉源, 肖軍, 謝永輝 申請(qǐng)人:重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司