CN105445361B - 一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料缺陷检测技术领域，特别涉及一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法；主要包括1)基于二维磁荷分布重构算法的缺陷边界信息和正负磁荷分布区域的划定，2)建立缺陷深度场与漏磁场的解析关系，由漏磁信号{B}对缺陷深度分布进行迭代；本发明利用磁偶极子在缺陷界面两极分化理论，实现对漏磁检测中任意缺陷的三维形状的量化计算，提高了漏磁检测法检测评定缺陷的定量精度。
Description
技术领域：
本发明属于材料缺陷检测技术领域，特别涉及一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法。
技术背景：
漏磁检测(Magnetic Flux Leakage，MFL)具有在线识别缺陷能力强、对检测表面无严格清洁度要求、穿透深度大、设备构造简单、操作简便、检测速度快、可在复杂环境下工作等优点，是目前无损检测在役铁磁管件、板件、杆件中材料缺失缺陷的主要方法之一，被广泛应用于能源油气管道、储油罐底、交通铁轨、大型重型装备关键铁磁构件中缺陷的无损检测中。对保障设备安全，降低事故发生率，减小生命、财产损失，保护生态环境等有重要意义。
但现有的漏磁检测技术主要适用于对铁磁构件中缺陷的有无和位置进行查找，且检测结果的判定对检测人员的个人经验依赖性很强，不仅影响检测结果的可靠性，还降低了检测效率。因此，基于漏磁检测信号反推缺陷宽度、长度、深度、边界形状等几何参数，也就是漏磁检测的缺陷定量化，不仅对提升检测结果的稳定性和可靠性，提高检测精度和效率有重要作用，还是判定缺陷形状及起因，定量评估缺陷的发展进程，降低装备维护成本，提升经济效益的关键技术。因此，基于漏磁检测信号的缺陷定量化评定技术成为了近几年相关领域的研究热点。
但由于实际缺陷形状很不规则，其长度、宽度是变化的，深度更是逐点变化，检测所得的漏磁场信号叠加了缺陷长度、宽度、深度变化还有磁化强度等多因素的综合作用结果。不同参数的缺陷可能会产生相似的漏磁场分布，使得根据漏磁场分布反演缺陷特征参数时，可能会出现多解的情况，即存在解的不定性问题。因此，如何解决这种逆问题求解的不适定问题，从而反推出缺陷几何参数是漏磁检测缺陷定量化的主要难题。最新国际文献推出的利用漏磁场云图特征量对应缺陷宽长边界信息+边界约束深度重构组合方法，由于漏磁场云图受检测提离影响，利用漏磁场云图对应缺陷宽长边界信息结果较粗略，影响了下一步深度迭代重构的精度；深度迭代重构时人为增加约束条件的合理性待继续关注，因此对缺陷三维量化的精度不高。
发明内容：
本发明一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法。发明目的：提供一种对漏磁检测中任意缺陷进行高精度三维量化的方法，提高对铁磁材料中任意宏观缺陷的三维成像无损检测评定定量精度。
本发明一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法是基于磁偶极子在缺陷界面两极分化理论,该理论认为在铁磁材料中结构不连续处(缺陷处)，磁路不连续，磁阻增大，正负磁荷在缺陷两壁极化分布，因此磁荷极化分布的区域对应着缺陷的边界信息。
包括以下步骤：
1)对待测材料无缺陷试件进行饱和磁化，采集其漏磁信号{B}；
2)对待测材料无缺陷试件单位体积饱和磁荷密度进行测定；
3)对待测材料缺陷的边界信息和正负磁荷分布区域进行测定，获得待测材料缺陷的最大外围边界，并将磁荷分布为零的点设定为缺陷底边点，将其余正负磁荷分布区域划定为与磁化方向垂直缺陷左右界面区域；
4)重构计算缺陷深度，获得缺陷的三维图像。
上述步骤4具体过程为：
4-1)以步骤3获得的最大外围边界为初始值赋值区域，并设定正负磁荷分布区域内磁荷正负值，根据步骤2获得的饱和磁荷密度给定单位磁荷强度；
4-2)根据磁偶极子模型建立缺陷深度场与漏磁场的解析关系，以缺陷深度场{d}为迭代变量，以漏磁误差为目标函数，由漏磁信号{B}对深度分布{d}进行迭代，获得缺陷深度场值；
4-3)根据步骤4-2获得的缺陷深度场值和步骤3获得的最大外围边界，建立待测材料的缺陷三维图像。
优选的，步骤2具体过程为：设定磁荷沿待测材料无缺陷试件厚度均匀分布，采用二维磁荷分布重构算法对待测材料无缺陷试件内部磁荷分布进行反演计算，获得待测材料无缺陷试件单位体积饱和磁荷密度。
优选的，步骤3具体过程为：
3-1)对待测材料进行饱和磁化，采集缺陷表面的漏磁信号{B}，采用二维磁荷分布重构算法对待测材料表面的磁荷分布进行反演计算，得到待测材料表面的磁荷分布图；
3-2)根据步骤3-1获得的待测材料表面磁荷分布图，采用边界提取算法，将图中磁荷分布集度高的外缘点提取为缺陷边界，得到缺陷的最大外围边界；
3-3)根据步骤3-1获得的待测材料表面磁荷分布图，将磁荷分布为零的点设定为缺陷底边点，将其余正负磁荷分布区域划定为与磁化方向垂直缺陷左右界面区域。
本发明一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法的有益效果：利用磁偶极子在缺陷界面两极分化理论、磁荷与漏磁场之间的解析关系和迭代法，提供了一种磁荷分布组合重构算法，用于对漏磁检测中缺陷的三维形状进行量化计算的无损检测评定方法，该方法能精确的建立待测件的缺陷三维图像，填补了该领域检测方法的空白。
附图说明：
图1为本发明一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法物理原理示意图；
图2为本发明一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法实施例中缺陷边界提取及正负磁荷分布区域划定示意图；
图3为本发明一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法实施例中缺陷深度的重构计算示意图。
具体实施方式：
一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法，包括以下步骤：
1)对待测铁磁材料无缺陷试件进行饱和磁化，采集其漏磁信号{B}；
2)采用二维磁荷分布重构算法对待测材料无缺陷试件内部磁荷分布进行反演计算，获得待测材料无缺陷试件单位体积饱和磁荷密度；
3)
3-1)利用静磁场检测探头检测待测构件表面垂直方向漏磁场分布{B}数据，观察漏磁场{B}分布，利用缺陷上方{B}明显两级分化且基本相对于零点对称特征、{B}梯度出现峰值特征对缺陷可能出现区域进行锁定，并对该区域{B}数据进行截取；利用截取的{B}漏磁信号，采用二维磁荷分布重构算法对构件表面(图1中z＝0面)的磁荷分布进行反演计算，得到构件表面的磁荷分布图；
3-2)根据步骤3-1获得的待测材料表面磁荷分布图，采用边界提取算法，将(如图2所示)的磁荷分布集度高的外缘点提取为缺陷边界，得到缺陷的最大外围边界；
3-3)根据步骤3-1获得的待测材料表面磁荷分布图，将磁荷分布为零的点设定为缺陷底边点，将其余正负磁荷分布区域(如图2所示)划定为与磁化方向垂直缺陷左右界面区域；
4)
4-1)以步骤3获得的最大外围边界为初始值赋值区域，并设定正负磁荷分布区域内磁荷正负值，根据步骤2获得的饱和磁荷密度给定单位磁荷强度；
4-2)根据磁偶极子模型建立缺陷深度场与漏磁场的解析关系，以缺陷深度场{d}为迭代变量，以漏磁误差为目标函数，由漏磁信号{B}对深度分布{d}进行迭代，获得缺陷深度场值；
4-3)根据步骤4-2获得的缺陷深度场值和步骤3获得的最大外围边界，建立待测材料的缺陷三维图像。
Claims (3)
1.一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对待测材料无缺陷试件进行饱和磁化，采集其漏磁信号；
2)对待测材料无缺陷试件单位体积饱和磁荷密度进行测定；
3)对待测材料缺陷的边界信息和正负磁荷分布区域进行测定，获得待测材料缺陷的最大外围边界，并将磁荷分布为零的点设定为缺陷底边点，将其余正负磁荷分布区域划定为与磁化方向垂直缺陷左右界面区域；
4)重构计算缺陷深度，获得缺陷的三维图像；
其中，步骤4具体过程为：4-1)以步骤3获得的最大外围边界为初始值赋值区域，并设定正负磁荷缝补区域内磁荷正负值，根据步骤2获得的饱和磁荷密度给定单位磁荷强度；4-2)根据磁偶极子模型建立缺陷深度场与漏磁场的解析关系，以缺陷深度场为迭代变量，以漏磁误差为目标函数，由漏磁信号对深度分布进行迭代，获得缺陷深度场值；4-3)根据步骤4-2获得的缺陷深度场值和步骤3获得的最大外围边界，建立待测材料的缺陷三维图像。
2.如权利要求1所述的一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法，其特征在于：所述步骤2具体过程为：设定磁荷沿待测材料无缺陷试件厚度均匀分布，采用二维磁荷分布重构算法对待测材料无缺陷试件内部磁荷分布进行反演计算，获得待测材料无缺陷试件单位体积饱和磁荷密度。
3.如权利要求1所述的一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法，其特征在于：所述步骤3具体过程为：3-1)对待测材料进行饱和磁化，采集缺陷表面的漏磁信号，采用二维磁荷分布重构算法对待测材料表面的磁荷分布进行反演计算，得到待测材料表面的磁荷分布图；3-2)根据步骤3-1获得的待测材料表面磁荷分布图，采用边界提取算法，将图中磁荷分布集度高的外缘点提取为缺陷边界，得到缺陷的最大外围边界；3-3)根据步骤3-1获得的待测材料表面磁荷分布图，将磁荷分布为零的点设定为缺陷底边点，将其余正负磁荷分布区域划定为与磁化方向垂直缺陷左右界面区域。
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