基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)缺陷參數(shù)識(shí)別方法，通過(guò)超聲和射線等傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)方法識(shí)別缺陷長(zhǎng)度和位置參數(shù)，獲得實(shí)測(cè)的缺陷回波幅值；設(shè)定缺陷自身高度和偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍，采用檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型模擬不同自身高度和不同偏轉(zhuǎn)角度的缺陷回波幅值；以實(shí)測(cè)的缺陷回波幅值和模擬的缺陷回波幅值的差異為目標(biāo)函數(shù)，采用反演算法在缺陷自身高度和偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍內(nèi)尋找最優(yōu)的自身高度和偏轉(zhuǎn)角度值。本發(fā)明基于數(shù)值反演可獲得傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)方法無(wú)法獲得的缺陷自身高度和偏轉(zhuǎn)角度參數(shù)，從而可為無(wú)損檢測(cè)模擬缺陷提供全面的尺寸和位置信息；同時(shí)，適用于檢測(cè)方式受限的復(fù)雜結(jié)構(gòu)試塊。
【專利說(shuō)明】基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)結(jié)構(gòu)服役安全的有效保證。合理的無(wú)損檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)有耐于掌握檢測(cè)對(duì)象常見(jiàn)缺陷，并通過(guò)模擬制作含有這些缺陷的試塊，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和能力驗(yàn)證。所以說(shuō)無(wú)損檢測(cè)模擬試塊與檢測(cè)儀器、探頭共同構(gòu)成無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)。然而，試塊制作，特別是試塊中模擬缺陷的加工相當(dāng)困難，因?yàn)檎鎸?shí)缺陷的參數(shù)如裂紋等的成型尺寸難以精確控制，所以在試塊制作完成后，試塊中添加的缺陷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求需要通過(guò)一定的方法來(lái)驗(yàn)證。
[0003]破壞性檢驗(yàn)方法是在做完所有無(wú)損實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)將試塊割開(kāi)來(lái)獲得其缺陷參數(shù)，其缺點(diǎn)是試塊無(wú)法重復(fù)利用。無(wú)損檢測(cè)方法如射線、超聲等也常用于獲取試塊缺陷參數(shù)，但是射線檢測(cè)只能針對(duì)具有較好透照結(jié)構(gòu)的試件，而且只能提供缺陷的水平位置和長(zhǎng)度信息。對(duì)于較復(fù)雜構(gòu)件或者無(wú)法進(jìn)行射線驗(yàn)證時(shí)，則采用超聲檢測(cè)，可以得到缺陷水平位置、深度和指示長(zhǎng)度，但是難以獲得缺陷自身高度和取向信息。目前尚沒(méi)有出現(xiàn)更好的能識(shí)別和驗(yàn)證試塊中缺陷參數(shù)的方法。
[0004]超聲檢測(cè)的仿真與模擬工作在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛開(kāi)展，而且針對(duì)較低粗糙度面積型缺陷(如焊縫的未熔合)的回波計(jì)算已經(jīng)較為準(zhǔn)確。而對(duì)于焊縫試塊中的裂紋缺陷，由于加工困難，通常采用具有類似聲學(xué)特性的未熔合缺陷代替，因此在獲得未熔合缺陷的位置、尺寸和取向等參數(shù)信息后，可以通過(guò)建立超聲檢測(cè)系統(tǒng)模型來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算其回波信號(hào)。
[0005]超聲檢測(cè)系統(tǒng)模型屬于正演模型，在已知檢測(cè)參數(shù)的情況下，可以計(jì)算檢測(cè)回波。通過(guò)超聲和射線檢測(cè)只能直接或間接地獲得缺陷位置、長(zhǎng)度以及缺陷回波等信息。因此問(wèn)題的關(guān)鍵是如何利用已知的檢測(cè)參數(shù)、缺陷參數(shù)及缺陷回波，并結(jié)合超聲檢測(cè)系統(tǒng)模型反演缺陷高度和取向。信號(hào)反演算法如遺傳算法、最優(yōu)化理論等都已經(jīng)較為成熟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明結(jié)合了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法、超聲檢測(cè)系統(tǒng)模型和信號(hào)反演算法，提出了一種無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，該方法可獲取模擬試塊缺陷的全部位置和尺寸信息。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0008]基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，包括步驟:
[0009]步驟1，采用無(wú)損檢測(cè)方法獲取模擬試塊缺陷的長(zhǎng)度、水平位置和深度參數(shù)，采用超聲檢測(cè)法獲得模擬試塊缺陷的缺陷回波動(dòng)態(tài)曲線，并獲得缺陷的回波幅值矩陣EA ；
[0010]步驟2，根據(jù)模擬試塊缺陷的設(shè)計(jì)方案和缺陷制作工藝確定缺陷自身高度的初始范圍，利用超聲相控陣確定模擬試塊缺陷偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍；[0011]步驟3，采用檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型模擬不同自身高度和不同偏轉(zhuǎn)角度的缺陷的回波動(dòng)態(tài)曲線，并獲得一系列回波幅值矩陣SA，所述的不同自身高度和不同偏轉(zhuǎn)角度均屬于各自的初始范圍；
[0012]步驟4，根據(jù)步驟3獲得的模擬回波幅值和步驟I獲得的實(shí)測(cè)回波幅值的差異構(gòu)建數(shù)值反演的目標(biāo)函數(shù)，基于目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行數(shù)值反演尋找全局最優(yōu)解，從而獲得模擬試塊缺陷的自身高度值和偏轉(zhuǎn)角度值。
[0013]步驟I中所述的利用超聲檢測(cè)法獲得模擬試塊缺陷的缺陷回波動(dòng)態(tài)曲線，具體為:
[0014]以缺陷最高回波對(duì)應(yīng)的探頭位置點(diǎn)為原點(diǎn)0，以垂直于缺陷長(zhǎng)度的方向?yàn)閄軸，沿缺陷長(zhǎng)度方向?yàn)閥軸，將探頭沿X軸在X軸的探頭移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)，所述的X軸的探頭移動(dòng)范圍滿足條件:缺陷最高回波比探針在兩端的回波均高12dB ;探頭以預(yù)設(shè)步進(jìn)在探頭移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)，探頭所在位置為探頭位置點(diǎn)，記錄各探頭位置點(diǎn)的回波幅值，基于探頭位置點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的回波幅值構(gòu)建缺陷回波動(dòng)態(tài)曲線。
[0015]步驟2中所述的利用超聲相控陣確定模擬試塊缺陷偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍，具體為:
[0016]利用超聲相控陣獲得不同角度的超聲束作用于模擬試塊的缺陷面，找到最大缺陷回波對(duì)應(yīng)的超聲束的角度值β，則模擬試塊缺陷偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍β ± Λ β，偏差值Δ β自行選定。
[0017]步驟3中所述的檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型基于數(shù)值方法構(gòu)建，具體為:
[0018](1)選定數(shù)值模型的計(jì)算區(qū)域，所述的計(jì)算區(qū)域包括矩形，該矩形對(duì)角線為探頭位置點(diǎn)和缺陷中心的連線，矩形一邊與模擬試塊表面評(píng)星，另一邊與模擬試塊表面垂直；
[0019](2)給選定的計(jì)算區(qū)域施加邊界條件；
[0020](3)采用有限差分法獲得波動(dòng)方程的差分形式；
[0021](4)取超聲傳播至2倍聲程時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t，計(jì)算時(shí)刻t探頭位置點(diǎn)的垂直回波振動(dòng)速度或回波應(yīng)力分量，記為探頭位置點(diǎn)接收的回波信號(hào)。
[0022]所述的給選定的計(jì)算區(qū)域施加邊界條件，所施加的邊界條件為:
[0023]模擬試塊表面施加自由邊界，探頭與模擬試塊接觸部位施加探頭激勵(lì)函數(shù),模擬試塊內(nèi)部界面施加吸收邊界條件，缺陷表面施加自由邊界條件。
[0024]步驟3進(jìn)一步包括子步驟:
[0025]3.1對(duì)缺陷的自身高度和偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍進(jìn)行等分，獲得一系列自身高度值和偏轉(zhuǎn)角度值，對(duì)一系列自身高度值和偏轉(zhuǎn)角度值排列組合獲得一系列包括自身高度值、偏轉(zhuǎn)角度值、長(zhǎng)度、水平位置和深度的缺陷參數(shù)組，所述的長(zhǎng)度、水平位置和深度參數(shù)為步驟I獲得的實(shí)測(cè)參數(shù)；
[0026]3.2采用檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型分別模擬各缺陷參數(shù)組對(duì)應(yīng)的缺陷回波幅值矩陣SA，模擬過(guò)程中，坐標(biāo)系、探頭移動(dòng)范圍及探頭移動(dòng)步進(jìn)均同步驟I。
[0027]步驟4中所述的數(shù)值反演采用遺傳算法實(shí)現(xiàn)。

[0028]步驟4中所述的目標(biāo)函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于，包括步驟: 步驟1，采用無(wú)損檢測(cè)方法獲取模擬試塊缺陷的長(zhǎng)度、水平位置和深度參數(shù)，采用超聲檢測(cè)法獲得模擬試塊缺陷的缺陷回波動(dòng)態(tài)曲線，并獲得缺陷的回波幅值矩陣EA ； 步驟2，根據(jù)模擬試塊缺陷的設(shè)計(jì)方案和缺陷制作工藝確定缺陷自身高度的初始范圍，利用超聲相控陣確定模擬試塊缺陷偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍； 步驟3，采用檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型模擬不同自身高度和不同偏轉(zhuǎn)角度的缺陷的回波動(dòng)態(tài)曲線，并獲得一系列回波幅值矩陣SA，所述的不同自身高度和不同偏轉(zhuǎn)角度均屬于各自的初始范圍； 步驟4，根據(jù)步驟3獲得的模擬回波幅值和步驟I獲得的實(shí)測(cè)回波幅值的差異構(gòu)建數(shù)值反演的目標(biāo)函數(shù)，基于目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行數(shù)值反演尋找全局最優(yōu)解，從而獲得模擬試塊缺陷的自身高度值和偏轉(zhuǎn)角度值。
2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于: 所述的利用超聲 檢測(cè)法獲得模擬試塊缺陷的缺陷回波動(dòng)態(tài)曲線，具體為: 以缺陷最高回波對(duì)應(yīng)的探頭位置點(diǎn)為原點(diǎn)O，以垂直于缺陷長(zhǎng)度的方向?yàn)閄軸，沿缺陷長(zhǎng)度方向?yàn)镮軸，將探頭沿X軸在X軸的探頭移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)，所述的X軸的探頭移動(dòng)范圍滿足條件:缺陷最高回波比探針在兩端的回波均高12dB ;探頭以預(yù)設(shè)步進(jìn)在探頭移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)，探頭所在位置為探頭位置點(diǎn)，記錄各探頭位置點(diǎn)的回波幅值，基于探頭位置點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的回波幅值構(gòu)建缺陷回波動(dòng)態(tài)曲線。
3.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于: 步驟2中所述的利用超聲相控陣確定模擬試塊缺陷偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍，具體為: 利用超聲相控陣獲得不同角度的超聲束作用于模擬試塊的缺陷面，找到最大缺陷回波對(duì)應(yīng)的超聲束的角度值β，則模擬試塊缺陷偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍β 土 Λ β，偏差值Λ β自行選定。
4.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于: 所述的檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型基于數(shù)值方法構(gòu)建，具體為: (1)選定數(shù)值模型的計(jì)算區(qū)域，所述的計(jì)算區(qū)域包括矩形，該矩形對(duì)角線為探頭位置點(diǎn)和缺陷中心的連線，矩形一邊與模擬試塊表面評(píng)星，另一邊與模擬試塊表面垂直； (2)給選定的計(jì)算區(qū)域施加邊界條件； (3)采用有限差分法獲得波動(dòng)方程的差分形式； (4)取超聲傳播至2倍聲程時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t，計(jì)算時(shí)刻t探頭位置點(diǎn)的垂直回波振動(dòng)速度或回波應(yīng)力分量，記為探頭位置點(diǎn)接收的回波信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于: 所述的給選定的計(jì)算區(qū)域施加邊界條件，所施加的邊界條件為: 模擬試塊表面施加自由邊界，探頭與模擬試塊接觸部位施加探頭激勵(lì)函數(shù)，模擬試塊內(nèi)部界面施加吸收邊界條件，缺陷表面施加自由邊界條件。
6.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于: 步驟3進(jìn)一步包括子步驟: 3.1對(duì)缺陷的自身高度和偏轉(zhuǎn)角度的初始范圍進(jìn)行等分，獲得一系列自身高度值和偏轉(zhuǎn)角度值，對(duì)一系列自身高度值和偏轉(zhuǎn)角度值排列組合獲得一系列包括自身高度值、偏轉(zhuǎn)角度值、長(zhǎng)度、水平位置和深度的缺陷參數(shù)組，所述的長(zhǎng)度、水平位置和深度參數(shù)為步驟I獲得的實(shí)測(cè)參數(shù)； 3.2采用檢測(cè)超聲回波計(jì)算模型分別模擬各缺陷參數(shù)組對(duì)應(yīng)的缺陷回波幅值矩陣SA，模擬過(guò)程中，坐標(biāo)系、探頭移動(dòng)范圍及探頭移動(dòng)步進(jìn)均同步驟I。
7.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于: 步驟4中所述的數(shù)值反演采用遺傳算法實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值反演的無(wú)損檢測(cè)模擬試塊缺陷參數(shù)的識(shí)別方法，其特征在于:

步驟4中所述的目標(biāo)函數(shù)
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK103604869SQ201310603258
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】張俊, 李曉紅, 丁輝, 史亞琨 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)