基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法。利用平板型電磁線圈對(duì)金屬材料表面進(jìn)行電磁激勵(lì),采用紅外熱像儀獲取激勵(lì)前后金屬材料表面平均溫度差信息,并將該溫度差作為表征電磁激勵(lì)效果的指標(biāo)。選擇影響電磁激勵(lì)效果的參數(shù),通過(guò)改變參數(shù)的值改變電磁激勵(lì)效果。將激勵(lì)前后材料表面平均溫度差作為偏最小二乘回歸建模方法的因變量,將影響電磁激勵(lì)效果的參數(shù)作為自變量,利用偏最小二乘回歸算法建立電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型表征電磁激勵(lì)效果指標(biāo)與影響電磁激勵(lì)效果各參數(shù)之間的關(guān)系。本發(fā)明對(duì)金屬電磁激勵(lì)作用效果的研究及金屬缺陷的紅外無(wú)損檢測(cè)激勵(lì)源的研究有指導(dǎo)作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法,屬于金屬材料電磁激勵(lì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大型電力、交通、航空航天和管道等設(shè)備的一些復(fù)雜零部件、焊件、模鍛構(gòu)件的生產(chǎn)、加工和服役過(guò)程中需要進(jìn)行全面無(wú)損探傷以保證其安全可靠性。常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(如X射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等)在復(fù)雜金屬零件的檢測(cè)時(shí),其檢測(cè)效果、快速便捷性和可靠性等方面均存在一定的局限性。目前復(fù)雜金屬零件的檢測(cè)多以渦流檢測(cè)技術(shù)為主,然而對(duì)于微小裂紋,渦流檢測(cè)提離效應(yīng)明顯,實(shí)際檢測(cè)效果也不理想。因此,開(kāi)展對(duì)復(fù)雜零件的隱性缺陷的無(wú)損檢測(cè)理論與技術(shù)研究已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),快速、高效的無(wú)損檢測(cè)手段已成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]電磁激勵(lì)紅外熱成像技術(shù),是近幾年來(lái)快速興起的新型無(wú)損檢測(cè)手段。電磁激勵(lì)紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)原理框圖如圖1所示。它結(jié)合了傳統(tǒng)的渦流探傷及紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對(duì)被檢零件施加熱激勵(lì),零件在電磁脈沖激勵(lì)作用下因渦流效應(yīng)而生熱,當(dāng)被檢零件表面或亞表面存在缺陷時(shí),被檢零件中渦流場(chǎng)分布將發(fā)生改變,引起局部溫度異常,從而影響零件表面的溫度場(chǎng)。用紅外熱成像設(shè)備獲取該表面溫度場(chǎng),即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢零件的非接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)成像,從而推斷零件(近)表面或內(nèi)部是否存在缺陷。
[0004]激勵(lì)源和激勵(lì)方式的研究在主動(dòng)式紅外熱成像檢測(cè)中始終處于非常重要的地位。常見(jiàn)的激勵(lì)方式有光熱激勵(lì)、脈沖激勵(lì)、超聲激勵(lì)以及振動(dòng)激勵(lì)等,實(shí)際檢測(cè)中,受限于主動(dòng)紅外熱成像技術(shù)中對(duì)加熱的均勻性及快速響應(yīng)性等苛刻的要求,這些激勵(lì)方式下的紅外無(wú)損檢測(cè)效果一直不是很理想。為了充分發(fā)揮紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)結(jié)果直觀、檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,研究激勵(lì)源的激勵(lì)規(guī)律和開(kāi)發(fā)新的激勵(lì)方式很有必要。
[0005]電磁脈沖激勵(lì)是一種新型的激勵(lì)方式。電磁脈沖激勵(lì)是一種通過(guò)在感應(yīng)線圈內(nèi)通交變電流使其周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng),該交變磁場(chǎng)使零件內(nèi)部產(chǎn)生渦流。由于渦流具有熱效應(yīng),可使零件加熱至特定的溫度。這種激勵(lì)方式克服了上述幾種激勵(lì)方式的缺點(diǎn),能滿足加熱均勻性及快速響應(yīng)性的要求,是紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)的一種理想的激勵(lì)方式。
[0006]市面上的電磁激勵(lì)加熱器通過(guò)控制激勵(lì)頻率和激勵(lì)時(shí)間控制激勵(lì)效果,雖然能基本滿足工業(yè)感應(yīng)加熱的要求,但對(duì)卻不能直接應(yīng)用與電磁脈沖激勵(lì)紅外檢測(cè)。工業(yè)用電磁激勵(lì)加熱器在使用時(shí)主要靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)激勵(lì)頻率和激勵(lì)時(shí)間以達(dá)到要求的激勵(lì)效果,但電磁脈沖激勵(lì)紅外檢測(cè)中關(guān)于激勵(lì)功率、激勵(lì)線圈總長(zhǎng)、激勵(lì)線圈等效直徑、提離距離、激勵(lì)時(shí)間等參數(shù)的設(shè)置暫時(shí)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可循,激勵(lì)溫度、激勵(lì)時(shí)間等參數(shù)的選取對(duì)檢測(cè)效果有較大的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明提供一種基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法。利用平板型電磁線圈對(duì)金屬材料表面進(jìn)行電磁激勵(lì),采用紅外熱像儀獲取金屬材料表面的紅外輻射信息,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后獲得金屬材料表面平均溫度,并將該溫度作為表征電磁激勵(lì)效果的指標(biāo)。將金屬材料表面平均溫度作為偏最小二乘回歸建模方法的因變量,將影響電磁激勵(lì)效果的各參數(shù)作為自變量,利用偏最小二乘回歸算法建立電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型表征電磁激勵(lì)效果指標(biāo)與影響電磁激勵(lì)效果各參數(shù)之間的關(guān)系。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
電磁激勵(lì)系統(tǒng)由金屬試件、感應(yīng)線圈、感應(yīng)加熱器、紅外熱像儀組成。電磁感應(yīng)加熱器由電磁感應(yīng)加熱主機(jī)與繼電器等組裝而成,感應(yīng)加熱器的內(nèi)部電路模塊由整流器、濾波器、逆變器、負(fù)載組成;交流電經(jīng)過(guò)整流器,再經(jīng)過(guò)濾波器,變成脈動(dòng)直流電,進(jìn)而得到平滑的直流電(DC),逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為感應(yīng)加熱負(fù)載所需頻率的高頻交流電(AC)。實(shí)驗(yàn)時(shí)感應(yīng)加熱器產(chǎn)生交變電流通入感應(yīng)線圈中,由于電磁感應(yīng)效應(yīng)線圈周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng),在金屬試件內(nèi)部產(chǎn)生渦流,渦流將金屬試件表面加熱至一定溫度。電磁激勵(lì)結(jié)束后,通過(guò)紅外攝像儀對(duì)金屬試件表面拍攝,得到紅外熱圖,利用紅外熱像圖分析軟件獲取金屬試件表面平均溫度信息。
[0009]紅外熱像儀選用的是加拿大CANTR0NIC公司生產(chǎn)的IR970型紅外熱像儀。該熱像儀的分辨率為320X240,測(cè)溫范圍為-20°C -1200°C。
[0010]電磁感應(yīng)加熱器由電磁感應(yīng)加熱主機(jī)與繼電器等組裝而成,電磁感應(yīng)加熱主機(jī)選用廈門(mén)飛如電子公司生產(chǎn)的2.5kff電磁感應(yīng)加熱控制板,該主機(jī)可提供的最大激勵(lì)功率為599W,繼電器控制激勵(lì)時(shí)間最大為6000s。
[0011]依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,設(shè)計(jì)材料在橫向單面激勵(lì)方式下的多組電磁激勵(lì)正交實(shí)驗(yàn)。將激勵(lì)前后材料表面平均溫度差T作為評(píng)價(jià)激勵(lì)效果的效果指標(biāo)。依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則選取不同的影響參數(shù)水平值,進(jìn)行電磁脈沖激勵(lì)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)可得不同影響參數(shù)組合下,材料激勵(lì)效果指標(biāo)的值。
[0012]實(shí)驗(yàn)考慮的電磁脈沖激勵(lì)影響參數(shù)即偏最小二乘法的中的自變量,激勵(lì)效果指標(biāo)即因變量,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換為偏最小二乘法的原始數(shù)據(jù)矩陣,運(yùn)用偏最小二乘算法構(gòu)建因變量與自變量之間的偏最小二乘關(guān)系,建立影響參數(shù)與激勵(lì)效果指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。
[0013]建模方法的實(shí)施過(guò)程:
1)選取激勵(lì)功率W、激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1、激勵(lì)線圈等效直徑Cl1、提離距離d2、激勵(lì)時(shí)間t等影響激勵(lì)效果的參數(shù),激勵(lì)功率W與激勵(lì)時(shí)間t由電磁感應(yīng)加熱主機(jī)控制,激勵(lì)線圈采用高溫線繞制成圓形平板型線圈,激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1為圓形平板型線圈的總長(zhǎng),激勵(lì)線圈等效直徑Cl1為該平板型線圈等效成圓柱型線圈后的直徑;
2)激勵(lì)功率W、激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1、激勵(lì)線圈等效直徑Cl1、提離距離d2、激勵(lì)時(shí)間t各設(shè)置3個(gè)水平,選取三水平四因素正交表L9 (34)設(shè)計(jì)9組電磁激勵(lì)實(shí)驗(yàn),激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1和激勵(lì)線圈等效直徑Cl1的水平值是對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此視為一個(gè)因素設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),進(jìn)行激勵(lì)實(shí)驗(yàn);
3)將電磁激勵(lì)后的紅外熱圖與背景紅外圖相減,即作去背景處理,經(jīng)過(guò)紅外熱像儀數(shù)據(jù)處理獲得激勵(lì)前后金屬試件表面平均溫度差T,將T作為激勵(lì)效果指標(biāo);
4)將影響電磁激勵(lì)效果的5個(gè)參數(shù)作為偏最小二乘回歸分析的自變量,金屬試件表面平均溫度差T為因變量,則因變量組和自變量組的標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)矩陣分別為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法,其特征在于:將激勵(lì)前后材料表面平均溫度差作為偏最小二乘回歸建模方法的因變量,將影響電磁激勵(lì)效果的參數(shù)作為自變量,將自變量和因變量組合成原始數(shù)據(jù)表,利用偏最小二乘回歸算法建立電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型表征電磁激勵(lì)效果指標(biāo)與影響電磁激勵(lì)效果各參數(shù)之間的關(guān)系O
2.一種基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法,其特征在于:電磁激勵(lì)系統(tǒng)由金屬材料(2)、感應(yīng)線圈(3)、感應(yīng)加熱器(4)、紅外熱像儀(I)組成,電磁感應(yīng)加熱器由電磁感應(yīng)加熱主機(jī)與繼電器組裝而成; 建模方法的實(shí)施過(guò)程為: 1)選取激勵(lì)功率W、激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1、激勵(lì)線圈等效直徑Cl1、提離距離d2、激勵(lì)時(shí)間t等影響激勵(lì)效果的參數(shù),激勵(lì)功率W與激勵(lì)時(shí)間t由電磁感應(yīng)加熱主機(jī)控制,激勵(lì)線圈采用高溫線繞制成圓形平板型線圈,激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1為圓形平板型線圈的總長(zhǎng),激勵(lì)線圈等效直徑Cl1為該平板型線圈等效成圓柱型線圈后的直徑; 2)激勵(lì)功率W、激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1、激勵(lì)線圈等效直徑Cl1、提離距離d2、激勵(lì)時(shí)間t各設(shè)置3個(gè)水平,選取三水平四因素正交表L9 (34)設(shè)計(jì)9組電磁激勵(lì)實(shí)驗(yàn),激勵(lì)線圈總長(zhǎng)L1和激勵(lì)線圈等效直徑Cl1的水平值是對(duì)應(yīng)關(guān)系,視為一個(gè)因素設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),進(jìn)行激勵(lì)實(shí)驗(yàn); 3)將電磁激勵(lì)后的紅外熱圖與背景紅外圖相減,即作去背景處理,經(jīng)過(guò)紅外熱像儀數(shù)據(jù)處理獲得激勵(lì)前后金屬試件表面平均溫度差T,將T作為激勵(lì)效果指標(biāo); 4)將影響電磁激勵(lì)效果的5個(gè)參數(shù)作為偏最小二乘回歸分析的自變量,金屬試件表面平均溫度差T為因變量,則因變量組和自變量組的標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)矩陣分別為:
【文檔編號(hào)】G01N25/72GK103472092SQ201310422366
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】周建民, 李鵬, 蔡莉, 符正晴, 胡林海, 尹洪妍 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)