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焊接缺陷的超声衍射信号分析与图像处理

作　者: 黄江中
导　师: 刚铁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超声TOFD 缺陷检测图像处理线性化图像分割
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 130次
引　用: 2次
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内容摘要

随着现代工业技术的高速发展,厚壁钢结构越来越广泛地应用于机械工业、核工业及航天航空等领域。由于低合金结构钢具有较高的强度和较好的塑性与韧性,其成为厚壁焊接结构中常用的材料。超声TOFD检测技术以其原理简单,操作方便,检测速度快,对焊缝中裂纹类缺陷检出率高,特别适合于大厚件焊缝检测等特点越来越受到人们的青睐。因此,对中厚板低合金结构钢焊缝的TOFD检测就具有重要的理论和实际意义。本文研制了TOFD检测系统的手动扫查装置,开发了基于USB接口的便携式超声TOFD采集系统,该系统具有结构简单,操作方便等特点,适合于工程现场检测与分析。由于工件表面不平整等原因使得探头移动不够平稳,从而造成检测图像发生畸变现象。本文提出了采用互相关分析法和灰度差法对检测图像进行矫正。研究结果表明:该方法能够很好地矫正图像,使侧向波保持在相同的水平位置,为缺陷的准确定量定性和目标提取做准备。为分析TOFD法检测图像特征,本文选用24mm厚度的低合金钢板,采用手工电弧焊制备出大量的缺陷样本,共计129个,包括气孔、夹渣、裂纹及未焊透等。利用开发的系统采集了上述缺陷的超声信号,分析总结了典型缺陷检测图像特征。与射线照相底片相对比,TOFD检测对缺陷性质的判断大致与射线检测相符合。在图像矫正基础上,提取了检测图像中焊缝区域,并自动将检测图像进行线性化处理。这种处理有利于识别缺陷的深度及高度,简化了检测过程,减少了人为因素的干扰,提高了缺陷定位的精度。为了提高工作效率、减低误判率,利于后续缺陷特征提取与分类识别,本文采用基于背景差法进行缺陷目标提取。结果表明:该方法能够很好地模拟并去除TOFD法检测图像的背景并提取出缺陷。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 TOFD 法的研究历史和现状  9-14
    1.2.1 国外研究历史和现状  9-11
    1.2.2 国内研究历史和现状  11-14
  1.3 图像分割方法  14-16
  1.4 本课题的主要研究内容  16-18
第2章检测系统的建立及其参数设置  18-23
  2.1 检测系统的配置  18-19
  2.2 手持式扫查器的设计  19-20
  2.3 系统主要参数设置  20-21
    2.3.1 探头参数  20
    2.3.2 探头间距  20-21
    2.3.3 系统增益  21
  2.4 TOFD 法的扫描方式  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章典型缺陷图像定性分析  23-33
  3.1 典型缺陷的类型及其制备  23
  3.2 检测图像的特征分析  23-26
  3.3 实际缺陷检测图像定性分析  26-31
    3.3.1 气孔的检测图像分析  27-28
    3.3.2 夹渣的检测图像分析  28-29
    3.3.3 裂纹的检测图像分析  29-30
    3.3.4 未焊透的检测图像分析  30-31
    3.3.5 未熔合的检测图像分析  31
  3.4 本章小结  31-33
第4章检测图像矫正和线性化  33-47
  4.1 检测图像矫正  33-39
    4.1.1 数据插补  33-34
    4.1.2 图像矫正  34-39
  4.2 图像在厚度方向上的线性化  39-46
    4.2.1 焊缝区域的提取  40-42
    4.2.2 基于插值运算的线性化  42-44
    4.2.3 线性化处理算法验证  44-46
  4.3 本章小结  46-47
第5章检测图像中缺陷目标的提取  47-52
  5.1 D 扫描图像的特征  47
  5.2 基于背景差法的图像分割  47-50
    5.2.1 图像背景建模的算法设计  47-48
    5.2.2 前景图像缺陷目标提取  48-49
    5.2.3 基于数学形态学的图像后处理  49-50
  5.3 焊缝检测图像的处理  50-51
  5.4 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-58
致谢  58

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