回轉(zhuǎn)體內(nèi)部缺陷超聲檢測(cè)的類(lèi)型識(shí)別和重構(gòu)方法研究.pdf

1、回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)工件在航空航天和化工等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，然而在其制造和使用過(guò)程中會(huì)造成內(nèi)部缺陷，影響使用的可靠性和安全性。因此對(duì)回轉(zhuǎn)體工件的無(wú)損檢測(cè)一直是產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過(guò)程中的重要一環(huán)。常規(guī)超聲檢測(cè)方法是目前回轉(zhuǎn)體缺陷檢測(cè)最常用的方法，采用人工檢測(cè)、根據(jù)波高判定有無(wú)缺陷。該方法檢測(cè)效率低，檢測(cè)精度在很大程度上依賴檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，具有較大局限性，很難成為通用的評(píng)定方法。論文針對(duì)典型結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)體工件，在傳統(tǒng)超聲檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，研究了回

2、轉(zhuǎn)體工件的超聲檢測(cè)掃描方式、聲場(chǎng)計(jì)算及缺陷回波仿真技術(shù)、降噪及特征提取技術(shù)、缺陷類(lèi)型識(shí)別技術(shù)和缺陷重構(gòu)技術(shù)。
　　采用最小均方自適應(yīng)濾波方法對(duì)檢測(cè)回波信號(hào)進(jìn)行整體降噪，有效地減小了超聲回波信號(hào)中的噪聲信號(hào)，明顯提高了信噪比，為缺陷特征回波的有效、準(zhǔn)確提取提供了有力的保障;采用多元高斯聲束聲場(chǎng)模型分析了回轉(zhuǎn)體工件檢測(cè)時(shí)的超聲聲場(chǎng)傳播情況，建立了超聲波在回轉(zhuǎn)體工件中傳播的有限元仿真模型，并進(jìn)行了幾種典型缺陷不同方向的缺陷回波仿真，通過(guò)

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了仿真方法的有效性。為后續(xù)缺陷識(shí)別與重構(gòu)提供數(shù)據(jù)支撐。
　　針對(duì)回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)部三種典型缺陷（圓形、橢圓形和矩形）的幾何形狀特征，深入研究了多維超聲回波信號(hào)的表征方法及內(nèi)部缺陷智能識(shí)別方法。首先，提出利用總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)方法對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行分解，結(jié)合特征量的物理意義，選擇能量分布和信息熵分布作為缺陷類(lèi)型識(shí)別模型的輸入特征量，并對(duì)EEMD的分解層數(shù)進(jìn)行了確定;其次，基于決策樹(shù)方法建立了缺陷類(lèi)型智能識(shí)別模

4、型，缺陷的識(shí)別精度可達(dá)88％以上。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升模型的泛化性能與魯棒性，本文提出利用隨機(jī)森林方法建立了包含多個(gè)弱分類(lèi)器的強(qiáng)識(shí)別模型，缺陷識(shí)別精度超過(guò)了92％，并大大提升了模型的穩(wěn)定性。此外，本文還針對(duì)回轉(zhuǎn)體工件中存在多個(gè)缺陷且缺陷位置偏離工件中心的情況，提出利用SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)缺陷的近端區(qū)、遠(yuǎn)端區(qū)和過(guò)渡區(qū)進(jìn)行識(shí)別，利用近端區(qū)域的超聲回波信號(hào)建立缺陷識(shí)別模型，在建模數(shù)據(jù)集大大減少的情況下(僅為截面一圈全部數(shù)據(jù)的約1/15)，近端

5、模型的識(shí)別精度也較截面一圈全部數(shù)據(jù)模型有顯著改善(90.14％vs.85.32％)。
　　結(jié)合超聲波的傳播原理和截面檢測(cè)的B掃描回波信號(hào)，分析了傳統(tǒng)基于傳播時(shí)間—路徑的缺陷重構(gòu)方法的不足及產(chǎn)生原因，揭示了缺陷邊界與超聲波前弧線相切的規(guī)律，提出了基于傳播時(shí)間—弧相切擬合的缺陷重構(gòu)方法，從原理上克服了傳統(tǒng)重構(gòu)方法產(chǎn)生誤差的根源，研究了圓模型缺陷、橢圓模型缺陷和矩形模型缺陷重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法;針對(duì)橢圓模型與波前圓弧相切不易獲取閉合方程的問(wèn)題

6、，提出了一種在局部區(qū)域采用圓與圓相切代替橢圓與圓相切，最終根據(jù)切點(diǎn)來(lái)對(duì)橢圓進(jìn)行邊界擬合的缺陷重構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法;為了準(zhǔn)確提取超聲回波在工件中的傳播時(shí)間，采用基于解卷積的方法提取了下表面回波和缺陷特征回波的時(shí)間位置;利用本文的缺陷重構(gòu)方法對(duì)一實(shí)際工件在不同截面上的缺陷進(jìn)行了重構(gòu)，用體繪制方法三維顯示了缺陷檢測(cè)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:檢測(cè)出的缺陷位置與X射線掃描結(jié)果相符，檢測(cè)出的缺陷尺寸與實(shí)際相符。
　　論文針對(duì)回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)部缺陷的超聲檢測(cè)問(wèn)題