一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于材料缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法。
技術(shù)背景:
[0002]漏磁檢測(Magnetic Flux Leakage，MFL)具有在線識(shí)別缺陷能力強(qiáng)、對檢測表面無嚴(yán)格清潔度要求、穿透深度大、設(shè)備構(gòu)造簡單、操作簡便、檢測速度快、可在復(fù)雜環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)，是目前無損檢測在役鐵磁管件、板件、桿件中材料缺失缺陷的主要方法之一，被廣泛應(yīng)用于能源油氣管道、儲(chǔ)油罐底、交通鐵軌、大型重型裝備關(guān)鍵鐵磁構(gòu)件中缺陷的無損檢測中。對保障設(shè)備安全，降低事故發(fā)生率，減小生命、財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等有重要意義。
[0003]但現(xiàn)有的漏磁檢測技術(shù)主要適用于對鐵磁構(gòu)件中缺陷的有無和位置進(jìn)行查找，且檢測結(jié)果的判定對檢測人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)依賴性很強(qiáng)，不僅影響檢測結(jié)果的可靠性，還降低了檢測效率。因此，基于漏磁檢測信號(hào)反推缺陷寬度、長度、深度、邊界形狀等幾何參數(shù)，也就是漏磁檢測的缺陷定量化，不僅對提升檢測結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，提高檢測精度和效率有重要作用，還是判定缺陷形狀及起因，定量評(píng)估缺陷的發(fā)展進(jìn)程，降低裝備維護(hù)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵技術(shù)。因此，基于漏磁檢測信號(hào)的缺陷定量化評(píng)定技術(shù)成為了近幾年相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0004]但由于實(shí)際缺陷形狀很不規(guī)則，其長度、寬度是變化的，深度更是逐點(diǎn)變化，檢測所得的漏磁場信號(hào)疊加了缺陷長度、寬度、深度變化還有磁化強(qiáng)度等多因素的綜合作用結(jié)果。不同參數(shù)的缺陷可能會(huì)產(chǎn)生相似的漏磁場分布，使得根據(jù)漏磁場分布反演缺陷特征參數(shù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)多解的情況，即存在解的不定性問題。因此，如何解決這種逆問題求解的不適定問題，從而反推出缺陷幾何參數(shù)是漏磁檢測缺陷定量化的主要難題。最新國際文獻(xiàn)推出的利用漏磁場云圖特征量對應(yīng)缺陷寬長邊界信息+邊界約束深度重構(gòu)組合方法，由于漏磁場云圖受檢測提離影響，利用漏磁場云圖對應(yīng)缺陷寬長邊界信息結(jié)果較粗略，影響了下一步深度迭代重構(gòu)的精度;深度迭代重構(gòu)時(shí)人為增加約束條件的合理性待繼續(xù)關(guān)注，因此對缺陷三維量化的精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法。發(fā)明目的:提供一種對漏磁檢測中任意缺陷進(jìn)彳丁尚精度二維量化的方法，提尚對鐵磁材料中任意宏觀缺陷的三維成像無損檢測評(píng)定定量精度。
[0006]本發(fā)明一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法是基于磁偶極子在缺陷界面兩極分化理論，該理論認(rèn)為在鐵磁材料中結(jié)構(gòu)不連續(xù)處(缺陷處)，磁路不連續(xù)，磁阻增大，正負(fù)磁荷在缺陷兩壁極化分布，因此磁荷極化分布的區(qū)域?qū)?yīng)著缺陷的邊界
?目息。
[0007]包括以下步驟:
[0008]1)對待測材料無缺陷試件進(jìn)行飽和磁化，采集其漏磁信號(hào){B};
[0009]2)對待測材料無缺陷試件單位體積飽和磁荷密度進(jìn)行測定；
[0010]3)對待測材料缺陷的邊界信息和正負(fù)磁荷分布區(qū)域進(jìn)行測定，獲得待測材料缺陷的最大外圍邊界，并將磁荷分布為零的點(diǎn)設(shè)定為缺陷底邊點(diǎn)，將其余正負(fù)磁荷分布區(qū)域劃定為與磁化方向垂直缺陷左右界面區(qū)域；
[0011]4)重構(gòu)計(jì)算缺陷深度，獲得缺陷的三維圖像。
[0012]上述步驟4具體過程為:
[0013]4-1)以步驟3獲得的最大外圍邊界為初始值賦值區(qū)域，并設(shè)定正負(fù)磁荷分布區(qū)域內(nèi)磁荷正負(fù)值，根據(jù)步驟1獲得的飽和磁荷密度給定單位磁荷強(qiáng)度；
[0014]4-2)根據(jù)磁偶極子模型建立缺陷深度場與漏磁場的解析關(guān)系，以缺陷深度場3jivhmmexw為迭代變量，以漏磁誤差為目標(biāo)函數(shù)，由漏磁信號(hào){B}對深度分布3jivhmmexw進(jìn)行迭代，獲得缺陷深度場值；
[0015]4-3)根據(jù)步驟4-2獲得的缺陷深度場值和步驟3獲得的最大外圍邊界，建立待測材料的缺陷三維圖像。
[0016]優(yōu)選的，步驟2具體過程為:設(shè)定磁荷沿待測材料無缺陷試件厚度均勻分布，采用二維磁荷分布重構(gòu)算法對待測材料無缺陷試件內(nèi)部磁荷分布進(jìn)行反演計(jì)算，獲得待測材料無缺陷試件單位體積飽和磁荷密度。
[0017]優(yōu)選的，步驟3具體過程為:
[0018]3-1)對待測材料進(jìn)行飽和磁化，采集缺陷表面的漏磁信號(hào){B}，采用二維磁荷分布重構(gòu)算法對待測材料表面的磁荷分布進(jìn)行反演計(jì)算，得到待測材料表面的磁荷分布圖；
[0019]3-2)根據(jù)步驟3-1獲得的待測材料表面磁荷分布圖，采用邊界提取算法，將圖中磁荷分布集度高的外緣點(diǎn)提取為缺陷邊界，得到缺陷的最大外圍邊界；
[0020]3-3)根據(jù)步驟3-1獲得的待測材料表面磁荷分布圖，將磁荷分布為零的點(diǎn)設(shè)定為缺陷底邊點(diǎn)，將其余正負(fù)磁荷分布區(qū)域劃定為與磁化方向垂直缺陷左右界面區(qū)域。
[0021 ]本發(fā)明一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法的有益效果:利用磁偶極子在缺陷界面兩極分化理論、磁荷與漏磁場之間的解析關(guān)系和迭代法，提供了一種磁荷分布組合重構(gòu)算法，用于對漏磁檢測中缺陷的三維形狀進(jìn)行量化計(jì)算的無損檢測評(píng)定方法，該方法能精確的建立待測件的缺陷三維圖像，填補(bǔ)了該領(lǐng)域檢測方法的空白。
【附圖說明】
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[0022]圖1為本發(fā)明一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法物理原理示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法實(shí)施例中缺陷邊界提取及正負(fù)磁荷分布區(qū)域劃定示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法實(shí)施例中缺陷深度的重構(gòu)計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0025]一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法，包括以下步驟:
[0026]1)對待測鐵磁材料無缺陷試件進(jìn)行飽和磁化，采集其漏磁信號(hào){B};
[0027]2)采用二維磁荷分布重構(gòu)算法對待測材料無缺陷試件內(nèi)部磁荷分布進(jìn)行反演計(jì)算，獲得待測材料無缺陷試件單位體積飽和磁荷密度；
[0028]3)
[0029]3-1)利用靜磁場檢測探頭檢測待測構(gòu)件表面垂直方向漏磁場分布{B}數(shù)據(jù)，觀察漏磁場{B}分布，利用缺陷上方{B}明顯兩級(jí)分化且基本相對于零點(diǎn)對稱特征、{B}梯度出現(xiàn)峰值特征對缺陷可能出現(xiàn)區(qū)域進(jìn)行鎖定，并對該區(qū)域{B}數(shù)據(jù)進(jìn)行截取;利用截取的{B}漏磁信號(hào)，采用二維磁荷分布重構(gòu)算法對構(gòu)件表面(圖1中z = 0面)的磁荷分布進(jìn)行反演計(jì)算，得到構(gòu)件表面的磁荷分布圖；
[0030]3-2)根據(jù)步驟3-1獲得的待測材料表面磁荷分布圖，采用邊界提取算法，將(如圖2所示)的磁荷分布集度高的外緣點(diǎn)提取為缺陷邊界，得到缺陷的最大外圍邊界；
[0031]3-3)根據(jù)步驟3-1獲得的待測材料表面磁荷分布圖，將磁荷分布為零的點(diǎn)設(shè)定為缺陷底邊點(diǎn)，將其余正負(fù)磁荷分布區(qū)域(如圖2所示)劃定為與磁化方向垂直缺陷左右界面區(qū)域；
[0032]4)
[0033]4-1)以步驟3獲得的最大外圍邊界為初始值賦值區(qū)域，并設(shè)定正負(fù)磁荷分布區(qū)域內(nèi)磁荷正負(fù)值，根據(jù)步驟1獲得的飽和磁荷密度給定單位磁荷強(qiáng)度；
[0034]4-2)根據(jù)磁偶極子模型建立缺陷深度場與漏磁場的解析關(guān)系，以缺陷深度場3jivhmmexw為迭代變量，以漏磁誤差為目標(biāo)函數(shù)，由漏磁信號(hào){B}對深度分布3jivhmmexw進(jìn)行迭代，獲得缺陷深度場值；
[0035]4-3)根據(jù)步驟4-2獲得的缺陷深度場值和步驟3獲得的最大外圍邊界，建立待測材料的缺陷三維圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法，其特征在于包括以下步驟: 1)對待測材料無缺陷試件進(jìn)行飽和磁化，采集其漏磁信號(hào){B}; 2)對待測材料無缺陷試件單位體積飽和磁荷密度進(jìn)行測定； 3)對待測材料缺陷的邊界信息和正負(fù)磁荷分布區(qū)域進(jìn)行測定，獲得待測材料缺陷的最大外圍邊界，并將磁荷分布為零的點(diǎn)設(shè)定為缺陷底邊點(diǎn)，將其余正負(fù)磁荷分布區(qū)域劃定為與磁化方向垂直缺陷左右界面區(qū)域； 4)重構(gòu)計(jì)算缺陷深度，獲得缺陷的三維圖像； 其中，步驟4具體過程為:4-1)以步驟3獲得的最大外圍邊界為初始值賦值區(qū)域，并設(shè)定正負(fù)磁荷縫補(bǔ)區(qū)域內(nèi)磁荷正負(fù)值，根據(jù)步驟1獲得的飽和磁荷密度給定單位磁荷強(qiáng)度;4-2)根據(jù)磁偶極子模型建立缺陷深度場與漏磁場的解析關(guān)系，以缺陷深度場3jivhmmexw為迭代變量，以漏磁誤差為目標(biāo)函數(shù)，由漏磁信號(hào){B}對深度分布3jivhmmexw進(jìn)行迭代，獲得缺陷深度場值;4-3)根據(jù)步驟4-2獲得的缺陷深度場值和步驟3獲得的最大外圍邊界，建立待測材料的缺陷三維圖像。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法，其特征在于:所述步驟2具體過程為:設(shè)定磁荷沿待測材料無缺陷試件厚度均勻分布，采用二維磁荷分布重構(gòu)算法對待測材料無缺陷試件內(nèi)部磁荷分布進(jìn)行反演計(jì)算，獲得待測材料無缺陷試件單位體積飽和磁荷密度。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法，其特征在于:所述步驟3具體過程為:3-1)對待測材料進(jìn)行飽和磁化，采集缺陷表面的漏磁信號(hào){B}，采用二維磁荷分布重構(gòu)算法對待測材料表面的磁荷分布進(jìn)行反演計(jì)算，得到待測材料表面的磁荷分布圖；3-2)根據(jù)步驟3-1獲得的待測材料表面磁荷分布圖，采用邊界提取算法，將圖中磁荷分布集度高的外緣點(diǎn)提取為缺陷邊界，得到缺陷的最大外圍邊界;3-3)根據(jù)步驟3-1獲得的待測材料表面磁荷分布圖，將磁荷分布為零的點(diǎn)設(shè)定為缺陷底邊點(diǎn)，將其余正負(fù)磁荷分布區(qū)域劃定為與磁化方向垂直缺陷左右界面區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于磁荷分布重構(gòu)算法的漏磁檢測缺陷三維成像方法；主要包括1)基于二維磁荷分布重構(gòu)算法的缺陷邊界信息和正負(fù)磁荷分布區(qū)域的劃定，2)建立缺陷深度場與漏磁場的解析關(guān)系，由漏磁信號(hào){B}對缺陷深度分布進(jìn)行迭代；本發(fā)明利用磁偶極子在缺陷界面兩極分化理論，實(shí)現(xiàn)對漏磁檢測中任意缺陷的三維形狀的量化計(jì)算，提高了漏磁檢測法檢測評(píng)定缺陷的定量精度。
【IPC分類】G01N27/83
【公開號(hào)】CN105445361
【申請?zhí)枴緾N201510861890
【發(fā)明人】李紅梅
【申請人】北方民族大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月1日