基于有限元的焊缝缺陷红外热像检测研究

研究用红外热成像法分析和评价焊缝材料内部缺陷的可能性。利用ANSYS Workbench建立金属焊缝气孔缺陷的红外热像检测瞬态热分析有限元模型,通过分别施加脉冲激励热载荷、不同频率的周期热载荷,模拟脉冲热成像和锁相热成像两种方法用的热源。针对焊缝缺陷深度评估精度,将脉冲热成像与锁相热成像两种方法进行对比研究。记录缺陷表面的温度场响应,并釆用傅立叶变换对仿真数据进行处理,求得不同深度缺陷的相位差,运用多项式拟合方法求得相位差与焊缝缺陷深度之间的定量关系。从结果总结出不同深度范围内焊缝缺陷检测的热源激励方式以及频率参数的选取,达到了较为满意的预测精度,为工程检测中焊缝缺陷热像检测的参数优化提供了参考,减少了参数重复设置而导致的时间浪费。     

涡流脉冲热像与长脉冲光热像对铝板中亚表面缺陷检测的对比研究

作为两种新兴的无损检测与评估技术,涡流脉冲热像和长脉冲光热像已广泛应用于多种场合。针对两种技术检测铝平板类结构中存在的亚表面缺陷,开展试验对比研究。在利用主成分分析和K-means聚类实现增强和提取缺陷信息的基础上,定量对比两种热像技术检测不同尺寸人工平底洞缺陷的性能。试验结果表明,涡流脉冲热像和长脉冲光热像分别能从18个缺陷中检测出14个和12个。此外,涡流脉冲热像对埋藏较浅的缺陷更具检测优势而长脉冲光热像对孔径较大的缺陷检测效果更好。     

再制造喷涂层界面结合性能脉冲红外热像评估技术

针对再制造工程中常见的喷涂层界面结合性能评价问题,采用脉冲红外热像技术对3Cr13合金涂层的界面脱粘缺陷进行检测评估。以信噪比(SNR)为评价标准,对比了两种不同热图序列处理方法在预处理和后处理阶段的效果。结果表明:在预处理阶段,基于表面热信号的多项式拟合算法(PF)将原始热图的信噪比由5.34提升到9.61,其效果优于基于单张图像中值滤波算法(MF);而在后处理阶段,基于单张图像的主成分分析法(PCA)对缺陷特征的表征比基于表面热信号的脉冲相位法(PPT)更加准确,第三主成分重建热图的信噪比达到17.99。综合而言,基于单张图像的热图序列处理方法在再制造喷涂层界面结合性能评价中具有更好的效果。     

基于遗传算法的红外热像数据拟合方法

提出了基于遗传算法的红外热像数据拟合方法,并运用试验对其进行了验证。结果表明,该方法能够明显地抑制噪声和加热不均匀现象,增强缺陷的对比度,并且处理效果明显优于一般多项式拟合方法,是一种具有潜在应用价值的红外热像数据处理方法。     

喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测

目的 验证一种喷涂层下基体疲劳裂纹红外热成像识别方法。方法 综合采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,基于热波传导理论分析超声波激励下基体裂纹产生的热波与喷涂层裂纹产生的同频率热波,在向涂层表面传播过程中发生的叠加干涉效应,以及由此导致的表面热波相位偏移现象。采用数值模拟手段研究涂层裂纹热波与基体裂纹热波之间的叠加干涉规律,开展喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测试验验证该方法的有效性。结果 受到脉冲超声波激励后,基体裂纹与涂层裂纹产生的热波向表面传导过程中会发生叠加干涉效应,并导致涂层表面热波相位发生偏移,低频热波相位偏移现象比高频热波更加明显。结论 采用涂层表面热波相位特征识别涂层下基体中的疲劳裂纹是一种可行且高效的方法。     

双脉冲MIG焊专家数据库的曲线拟合方法研究

针对双脉冲MIG焊专家数据库的开发,提出一种新的数据拟合与判定方法.首先通过工艺试验得到给定电流和送丝速度相匹配的50组数据,在Matlab软件中按不同阶数的曲线拟合方法来拟合这些数据,以R-square、Adjusted R-square、RMSE三个指标评判曲线拟合的线性度和误差控制能力,选取最优阶数的拟合曲线,根...     

锥束工业CT射束硬化校正方法

锥束X射线CT系统中,X射线束具有宽能谱的特性,会导致X射线硬化效应的产生,从而使得重建图像中出现杯状和条状伪影等,故有必要研究硬化校正方法以减少硬化效应带来的影响。提出了基于试验能谱和蒙特卡罗模拟的多项式拟合硬化校正方法,基于试验测量X射线初始能谱,利用蒙特卡罗模拟得到透射厚度与多能投影的关系,再利用多项式拟合得到多能投影与等效单能投影的转换关系,从而实现硬化校正。分别采用该方法和传统的滤波片法对一铝制标准件进行射束硬化校正试验。结果表明,所提出的方法比滤波片法能更好地消除锥束CT的硬化伪影。     

红外检测中的点阵加热方法

红外热像检测中的热激励方式直接影响检测结果。提出了点阵加热热激励方法。采用有限元软件ANSYS,对存在表面裂纹和内部气孔缺陷的试件分别进行点阵加热下的热传导计算,分析温度分布规律。将计算结果与同样缺陷下热波检测的结果进行对比。试验表明,点阵加热不仅能用于检测构件的内部缺陷,同时也能用于发现其表面裂纹缺陷。     

一种点云数据曲线光顺处理算法

在光顺点云数据时,为了避免采用多项式曲线拟合点云数据难以取得较好的拟合效果,以及采用分段曲线拟合方法在分段处不满足函数连续性和可导性的缺陷,在传统最小二乘法曲线拟合的基础上,提出了基于拉格朗日乘数法对点云数据光顺处理的算法,对该算法进行了建模、求解及实际算例验证.通过对点云数据处理后结果表明:光顺后的曲线及曲线一阶导数在全域下均连续,且光顺后值与初始值最大偏离误差值不超过0.1mm,偏移幅度小于0.5％.因此,该算法曲线拟合精度高,满足点云数据光顺处理的要求,为点云数据的曲线光顺处理提供了参考依据.     

脉冲扰动电磁场检测非表面缺陷埋深的识别算法

交流电磁场检测技术是一种新型的电磁无损检测技术,但由于趋肤效应的存在,其对表面裂纹检测具有较高的敏感性,但对于非表面缺陷检测存在着技术瓶颈。借助脉冲激励源在工件中产生的感应电流渗透深度大的特点,进行非表面缺陷的脉冲扰动电磁场检测技术仿真与试验,提出了基于小波熵理论的非表面缺陷埋深识别算法。试验结果表明,所构建的脉冲扰动电磁场缺陷识别算法可有效识别和区分不同埋深缺陷。     

A normalization procedure for pulse thermographic nondestructive evaluation

Pulse thermographic nondestructive evaluation (TNDE) technique can be used to estimate defect dimensions, and in particular the depth at which the defect is located. Numerical models of this procedure can aid in the interpretation of experimental results. However, the thermophysical properties of the test object as well as the amount of energy absorbed during this process are not readily available for such models. This paper presents an extension of the thermographic signal reconstruction (TSR) procedure in which the temperature and the time scales are respectively normalized with equilibrium temperature and the break time. In the normalized form these profiles are independent of material properties and instrumentation settings. Thus in the normalized format, experimental results can be readily compared with numerically generated thermographic results. The defect depth can also be easily obtained as a fraction of plate thickness from this plot.     

Optimization of pulsed thermography inspection by partial least-squares regression

This paper introduces and tests a statistical correlation method for the optimization of the pulsed thermography inspection. The method is based on partial least squares regression, which decomposes the thermographic PT data sequence obtained during the cooling regime into a set of latent variables. The regression method is applied to experimental PT data from a carbon fiber-reinforced composite with simulated defects. The performance of the regression technique is evaluated in terms of the signal-to-noise ratio. The results showed an increase in the SNRs for 96% of the defects after processing the original sequence with PLSR.     

A coefficient clustering analysis for damage assessment of composites based on pulsed thermographic inspection

This paper introduces a coefficient clustering analysis method to detect and quantitatively measure damage occurring in composite materials using pulsed thermographic inspection. This method is based on fitting a low order polynomial model for temperature decay curves, which (a) provides an enhanced visual confirmation and size measurement of the damage, (b) provides the reference point for sound material for further damage depth measurement, (c) and reduces the burden in computational time. The performance of the proposed method is evaluated through a practical case study with carbon fibre reinforced polymer (CFRP) laminates which were subjected to a drop impact test with varying energy levels. A novel method for reducing an entire thermogram sequence into a single image is introduced, which provides an enhanced visualisation of the damage area.     

螺杆泵性能测试综合软件系统设计

根据螺杆泵试验台的硬件组成及试验过程,利用VB6.0和DLL技术开发了用于螺杆泵性能测试的综合软件系统。研制的软件系统包括基础数据设置模块、数据实时采集模块、数据分析处理及曲线绘制模块、数据存档及报表生成模块。采用最小二乘法对试验点性能数据进行多项式拟合,以获得非试验点性能数据的预测值,提高螺杆泵性能测试的试验效率。利用VC++6.0将多项式拟合程序封装在标准DLL文件中,提升程序的通用性和可移植性。现场试验证明,该软件系统运行稳定,能满足对螺杆泵性能测试的功能要求,并能对试验数据进行准确、快速的分析与处理。     

基于ACFM技术的焊缝跟踪传感器空间磁场建模

针对窄间隙I形坡口对接焊缝因其结构特殊性而缺乏直接有效的跟踪方法这一难题,设计了一种基于交流电磁场检测（ACFM）技术的新型焊缝跟踪传感器．建立了传感器焊缝表面感应电流的三维空间简化磁场模型,推导出了空间磁场磁感应强度计算解析式,利用MATLAB软件分析了三维方向的磁感应强度分布规律,重点分析工件焊缝引起的磁场畸变信号与焊缝位置之间的内在联系,采用近似二次多项式曲线拟合表征垂直焊缝方向磁感应强度Bz与焊缝左右偏离距离两者的数学关系,提出了一种新的焊缝偏差检测方法,为I形对接坡口焊缝自动跟踪系统的设计提供理论依据．     

板材类焊接件磨削压力自适应工艺研究

为提高板材类焊接件的磨削效率,使砂带磨床对焊缝进行单次磨削后,获得较好的磨后表面质量且焊缝剩余高度低于0.1 mm,提出了一种板材类焊接件的磨削压力自适应工艺方法。该方法以激光位移传感器检测的焊缝表面三维形貌数据为基础,使用牛顿差值和微积分对检测数据进行曲线拟合并进行截面面积计算,根据所求面积和焊缝长度方向的单次检测步进距离求得每个位置的磨削去除量。进行初次实验,通过多项式拟合获得气缸压力和磨削去除量的关系表达式。进行再次实验,通过恒压力和变压力磨削结果对比,表明变压力磨削精度能够达到0.07 mm,焊缝表面质量和磨削效率明显提升,验证了该方法的可行性。     

钢板缺陷的脉冲漏磁检测系统设计及试验

基于脉冲漏磁检测技术检测钢板缺陷,实现钢板表面和背面缺陷的区分。利用设计的钢板脉冲漏磁检测系统,提取了钢板表面和背面缺陷的信号,分析在脉冲信号激励下的缺陷漏磁信号特征。根据信号电压峰值和电压谷值同步曲线区分缺陷,编写了基于Labview的检测程序,实现了钢板表面和背面缺陷检测和区分。在实验室条件下,通过设计的脉冲漏磁检测系统,对刻有矩形槽的钢板进行了检测。试验结果表明,基于脉冲漏磁检测技术,利用电压信号峰值和谷值同步采样曲线,可对钢板表面和背面缺陷进行检测和区分。     

基于空气中冲击波信号能量的激光冲击强化在线检测方法

目的 为克服激光冲击强化现有离线检测方法的缺点,提出了一种基于空气中冲击波信号能量的激光冲击强化在线检测方法。方法 利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5~7 J的Nd:YAG激光器对经过振动时效处理的TC16钛合金试件进行激光冲击强化处理。用自主研制的信号放大器对空气中的冲击波信号进行一级放大后,再经前置放大器、数据采集卡传输到计算机控制系统,从而实现对空气中冲击波信号的采样、存储、滤波和数据分析,并从中提取冲击波信号能量。用X-350A型X射线应力测定仪测量TC16钛合金试件经激光冲击强化处理后的表面残余应力。最后对所得实验数据进行多项式拟合,以获得材料表面残余压应力与冲击波信号能量之间的经验公式。结果 经激光冲击强化处理后,材料表面形成了一定大小的残余压应力。随着激光能量的增加,材料表面残余压应力及冲击波信号能量均增加,且二者的增加趋势一致。结论 在激光冲击强化过程中,对空气中传播的冲击波信号进行采集和提取其信号能量,可以预测试件经激光冲击强化处理后的残余应力,能够准确判断激光冲击强化质量,从而实现工业过程的在线检测。     

Modeling of an aluminum melting process using constructive polynomial functions

Constantly increasing quality requirements and ever-stricter conditions pose difficult challenges for the foundry industry. They must produce the high-quality components demanded by the market at a reasonable cost. Modern technologies and innovative methods help to master this challenge. Until recently, production, from the design of the aluminum melting furnace to daily process, relied largely on traditional methods and experience. However, important data and information about the melting process—for example, the temperatures and the shape of the aluminum block in the furnace—can hardly be obtained with conventional experimental methods, as the temperatures exceed 700 °C. Therefore, this research project investigates the method of monitoring a melting process by means of optical sensors for the first time. The purpose of this paper is to predict the surface shape of the block during the melting process, as it is not possible to maintain a constant monitoring due to the heat and energy loss during measurement Behrens (Einsatz einer Lichtfeldkamera im Hochtemperaturbereich beim Schmelzvorgang von Aluminium, wt Werkstattstechnik online, 2016). To generate the necessary data, a 3D light-field camera is installed on top of an aluminum melting furnace in order to monitor the process. The basic idea is to find a general method for curve modeling from scattered range data on the aluminum surface in 3D space. By means of the (x, y, z) data from the 3D camera, the aluminum surface is modeled as a polynomial function with coefficient derived using various interpolation and approximation methods. This study presents an attempt to find the optimal polynomial function model that describes the aluminum surface during the melting process by interpolation or approximation methods. The best method for curve fitting will be extended and implemented for surface modeling. Based on this method, the melting process can be better controlled while the furnace operates continuously under stable conditions and the efficiency can therefore be increased. The proposed model can be modified for a wide variety of melting furnaces.     

电化学噪声直流漂移的分段多项式拟合消除

在电化学噪声用于工业现场腐蚀监测过程中,如何从大量原始信号中有效去除直流漂移并恢复有用信号,具有重要意义。本文提出了一种多段m次多项式拟合法,以消除噪声数据中直流漂移成分,并采用小波分析法对消除结果的正确性进行了讨论。通过对0.5 mol/L NaCl体系中产生的噪声数据进行处理表明,窗口大小和多项式的最高方次共同影响低频数据的消除结果以及能量分布谱（EDP）的波动特征,窗口大小由腐蚀特征决定,而多项式最高方次不宜超过3。与多项式拟合法相比,分段多项式拟合法具有较高的灵活性。