一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法与流程

本发明涉及超声波无损检测，具体涉及金属板缺陷检测与成像技术，特别涉及一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法。

背景技术：

1、随着我国工业快速发展，金属板被广泛应用在生产生活中，但金属板在生产使用过程中都可能产生损伤。为了保证金属板的安全使用，为了保证金属板的使用质量，需要在不破坏金属板结构的前提下对其进行缺陷检测。现有无损检测主要手段包括射线检测、磁粉检测、渗透检测和超声检测等。其中超声波因其检测范围广、指向性好、速度快且对人体和环境无害，穿透性强等特点，成为无损检测的重要发展方向。而超声波中的兰姆波在金属板中的传播被认为是二维扩展，相对于体波传播的三维扩展具有沿传播路径衰减小、传播距离长、检测范围广的优势，所以我们利用其对金属板实现快速检测的目的。

2、通过对现有技术的分析可知，目前金属板内部缺陷检测的成像方法主要采用信号相关法和自适应噪声完备集合经验模态分解法。但信号相关法存在的问题是，在工程应用中，对缺陷进行检测时常常处于噪声环境，传统的基于信号相关损伤指数受到噪声影响而不能很好地检测缺陷，容易出现成像的缺陷中心位置与实际中心位置的偏离，因此无法取得很好的检测效果。而自适应噪声完备集合经验模态分解法的问题在于，虽然抗噪能力大大增强，但是成像的缺陷中心位置和实际缺陷中心位置偏差大，缺陷定位不准确。

技术实现思路

1、为了解决现有问题，本发明提供了一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，有以下步骤：

2、s1：预先检测相同材质的无损金属板进行信息收集和记录，作为基准；

3、s2：根据待测金属板中兰姆波的频散曲线，选取合适的激励信号和中心频率f，根据所述激励信号确定激励时间t0，将所述兰姆波的模态分为对称模态和反对称模态两种，设ai(i＝0，1，2，…)为第i阶反对称模态，si(i＝0，1，2，…)为第i阶对称模态，所述频散曲线为所述兰姆波的ai的相速度或群速度、si的相速度或群速度随着所述中心频率的变化而变化的曲线；

4、s3：布置若干边界节点将所述待测金属板进行网格单元分割，得到所述待测金属板网格，所述边界节点的间隔公式为se为所述边界节点的间隔，λmin为最小波长，λmin＝c/f，c为a0模态下兰姆波传播速度，f为中心频率；

5、s4：设置分析步时间，所述分析步时间为兰姆波对所述待测金属板进行缺陷检测的时间；

6、s5：布置若干传感器形成传感器阵列，使用所述激励信号通过载荷对所述待测金属板进行激励，从而得到单一模态a0的接收信号；

7、s6：对所述接收信号进行分解重构，计算重构信号的模糊熵值，得到缺陷图像。

8、进一步的，所述步骤s2具体为：

9、s2.1：在所述兰姆波的频散曲线中，找出只有a0和s0两种模态的频率区间，根据所述频率区间的最大值确定中心频率；

10、s2.2：选择a0模态作为激励模态，所述激励信号为窄带正弦激励信号；

11、s2.3：在所述待测金属板的同一位置的上下表面，同一时刻同相垂直激发，激励产生单一a0模态的兰姆波。

12、进一步的，所述步骤s4中，所述分析步时间分为总时间和时间增量，所述总时间公式为l为所述兰姆波要检测的最大距离，t0为激励时间；所述时间增量为所述激励时间t0的最小增量。

13、进一步的，步骤s5中使用所述激励信号通过载荷对所述待测金属板进行激励为，在所述待测金属板上表面的所述传感器阵列处设参考点a，再选择要进行激励的所述参考点a加载载荷，设置加载方向为板厚方向；再在所述待测金属板下表面的所述传感器阵列位置设参考点b加载载荷，进行同时同向激励。

14、进一步的，所述传感器阵列的传感方式为透射法，分为一个激励传感器和若干接收传感器。

15、进一步的，所述s6具体为，

16、s6.1：对所述接收信号进行ceemdan(自适应噪声完备集合经验模态分解，complete eemd withadaptive noise)分解来获取其n阶本征模函数分量；

17、s6.2：利用相关系数法和方差贡献率来确定有用的所述本征模函数分量，获取重构信号；

18、s6.3：计算所述重构信号的模糊熵值，公式为其中n是所述激励传感器到所述所述接收传感器的传感通道数量值，m为矢量维数，r为阈值r*sd，sd信号序列x(i)的标准差；

19、s6.4：由公式计算得到损伤指数dfi，其中ena为无损金属板模糊熵，enb为待检测金属板模糊熵；

20、s6.5：将所述损伤指数dfi代入损伤概率成像rapid算法得到缺陷图像，公式为其中n是所述激励传感器到所述所述接收传感器的传感通道数量值，p(x,y)是像素点(x,y)出现缺陷的概率值，diij是损伤指数，表示所述传感通道的损伤程度，rij(x,y)是把diij映射到像素点(x,y)处的分布函数。

21、本发明与现有技术相比，有以下优点：

22、1.利用兰姆波能在金属板中传播的特性，将其作为超声导波进行板材无损检测。本申请的检测技术改善了现有兰姆波检测技术，通过设置合适的激励信号和中心频率，将其模态数量控制在最少状态，降低了后续信号处理的难度，提高了缺陷检测的准确性，可以实际应用到管道、金属板、机翼等多种结构的缺陷检测中。

23、2.采用基于模糊熵的损伤概率成像算法在不同噪声环境下图像信噪比高，成像质量好，缺陷定位准确，最适宜工程应用中的金属板缺陷检测。

技术特征：

1.一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，其特征在于，具有如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：

3.如权利要求1所述的一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述分析步时间分为总时间和时间增量，所述总时间公式为l为所述兰姆波要检测的最大距离，t0为激励时间；所述时间增量为所述激励时间t0的最小增量。

4.如权利要求1所述的一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，其特征在于，步骤s5中使用所述激励信号通过载荷对所述待测金属板进行激励为，在所述待测金属板上表面的所述传感器阵列处设参考点a，再选择要进行激励的所述参考点a加载载荷，设置加载方向为板厚方向；再在所述待测金属板下表面的所述传感器阵列位置设参考点b加载载荷，进行同时同向激励。

5.如权利要求4所述的一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，其特征在于，所述传感器阵列的传感方式为透射法，分为一个激励传感器和若干接收传感器。

6.如权利要求5所述的一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，其特征在于，所述s6具体为，

技术总结
本发明公开了一种基于模糊熵的金属板内部缺陷检测与成像方法，根据待测金属板中兰姆波的频散曲线，选取合适的激励信号和中心频率，根据所述激励信号确定激励时间，然后布置若干边界节点将所述待测金属板进行网格单元分割并设置分析步时间，再然后布置若干传感器形成传感器阵列，使用所述激励信号通过载荷对所述待测金属板进行激励，最后使用CEEMDAN对所述接收信号进行分解重构，计算重构信号的模糊熵值，得到缺陷图像。本发明利用兰姆波能在金属板中传播的特性，使用基于模糊熵的损伤概率成像算法在不同噪声环境下图像信噪比高，成像质量好，缺陷定位准确，最适宜工程应用中的金属板缺陷检测。

技术研发人员：宋楠楠
受保护的技术使用者：江苏至臻无损检测有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29