CN117517481A - 无损探伤方法及其在起重机中的应用和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无损探伤方法及其在起重机中的应用和系统，本方案通过在目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，其作用在于对目标对象上的细微裂痕产生一定的振动作用，使裂痕发生一定的宽度波动，从而提高其被检测到的概率，除此之外，对目标对象施加规律性机械振动形成人为噪声，能够使得超声导波检测模块在启动后，其对目标对象发出的超声入射信号与人为噪声发生混合，而经返回的超声回波为掺杂有人为噪声的导波检测数据，在对其进行去噪后，若目标对象上具有裂痕，该裂痕因外加振动而宽度发生变化时，能够形成用于表明该裂痕存在的特征回波信号，从而提高了检测可靠性和参考价值。

Description

无损探伤方法及其在起重机中的应用和系统

技术领域

本发明涉及质量安全技术、检测技术，起重机质量监测技术领域，尤其涉及无损探伤方法及其在起重机中的应用和系统。

背景技术

导波检测作为质量安全检测技术中无损评估领域的最新方法之一，该方法采用机械应力波沿着延伸结构传播，其具有传播距离长而衰减小的特点。目前，导波检测广泛应用于检测和扫查大量工程结构，特别是全世界各地的金属管道检验；有时单一的位置检测可达数百米；而导波检测除了管道检验中应用之外，部分文献还记载了导波检测应用于检测铁轨、棒材和金属平板等结构中。

港口、码头作为货物水上运输中转的重要场地，大量货物在港口、码头进行装卸，集装箱作为货物统一容纳包装的载体，其由于体积大、重量高，因此，通常需要借助起重升降设备对其进行场内转运，起重机作为港口、码头重要的转运工具之一，其在货物场内转运时，被频繁使用，而由于起重机在货物转运过程中，其主梁承担最主要的受力承重作用，因此主梁的受力承载能力一定程度上决定了起重机的工作可靠性和可转运的能力。目前起重机的主梁主要有箱形梁和工字梁结构，其中，箱形梁结构由于具有更为丰富的受力结构，以及较高的受力承载能力，因此，其被广泛应用在高载荷能力的起重机上(例如用于生产车间、港口码头、仓库等场地的桥式起重机、梁式起重机、龙门式起重机等等)。由于应用在港口、码头的起重机多为露天工作和装配于露天环境，其在服役过程中不仅受到风吹日晒，而且还会因为空气湿润，以及海风中可能会携带一定对金属具有促进腐蚀的成份而使得起重机需要经常进行零部件检修、保养，尤其是一些具有轻微腐蚀、损伤的零部件而言，对其后续情况进行重点监测是非常关键的，这能避免其在工作过程中发生突然损坏而导致安全事故或者工作开展停滞问题。

由于起重机的零部件结构较为复杂和不规则，目前还鲜有文献记载起重机的零部件应用导波检测，尤其是将导波探伤检测与起重机运行监测技术进行联用的方案目前暂未见报道。由于在港口、码头进行服役的起重机在工作上具有一定的峰谷期，而定期对其进行质检的周期相对固定，这使得设备管理人员和使用人员在设备使用过程中发生异常时，无法灵活对其进行开展初步探伤检查，尤其是起重机在短期高频率的使用下，其发生故障或异常的概率会提高，而对于一些细微裂痕而言，其为轴向裂痕或较短的裂痕时，常常难以被超声导波检测设备检测到，因此，如何通过灵活便利的损伤监测机制对其进行质检，同时，在起重机运行监测异常时，进行粗略探伤检测，以输出评估结果供现场管理人员进行检修安排，那么对起重机的安全预警工作将会带来积极的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、应用灵活且检测结果参考性佳的无损探伤方法及其在起重机中的应用和系统。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种无损探伤方法，其包括：

S01、按预设要求在目标对象的预设区域上布设超声导波检测模块，以用于对目标对象进行超声导波检测；

S02、超声导波检测模块按预设条件启动，对目标对象进行超声导波检测，生成第一导波检测数据；

S03、对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，以作为人为噪声，然后通过超声导波检测模块对目标对象再次进行超声导波检测，生成加噪导波检测数据；

S04、获取人为噪声对应的声波数据，对加噪导波检测数据进行去噪处理，生成第二导波检测数据；

S05、获取第一导波检测数据、第二导波检测数据，按预设要求分别对其进行波形判断，然后根据判断结果，按预设条件生成用于指明目标对象是否具有损伤的检测结果。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述规律性机械振动形成的声波数据对应的频率与超声导波检测模块所输出的声波频率为非整数倍关系；且在目标对象上施加机械振动的预设区域与超声导波检测模块所布设的位置不同。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S02、S03中，所述超声导波检测模块对目标对象进行超声导波检测时，所述目标对象为静止状态。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述目标对象在超声导波检测模块的探测范围中至少具有一个可返回超声入射波的特征结构，且所述第一导波检测数据中至少具有用于表明该特征结构返回波的特征波形数据。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S03中，生成加噪导波检测数据时，对其进行特征波形数据定位和判断，以获知该加噪导波检测数据是否具有所述目标对象在超声导波检测模块的探测范围中的特征结构所返回超声导波的特征波形数据，当不具有时，改变对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动的参数，然后通过超声导波检测模块对目标对象再次进行超声导波检测，直至生成有与所述特征结构对应特征波形数据的加噪导波检测数据。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S05中，当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果均为存在损伤时，生成目标对象损伤的检测结果；

当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果中，仅有一个表明存在损伤时，生成目标对象疑似损伤的检测结果；

当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果均为正常时，生成目标对象正常的检测结果。

基于上述，本发明还提供一种港口起重机损伤监测方法，其包括上述所述的无损探伤方法；所述目标对象为港口起重机的箱形梁。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S05中，通过经训练的检测神经网络对第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断，以分别生成判断结果。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案所述起重机的箱形梁上布设于用于采集振动的振动采集模块和用于采集声音的声音采集模块，其包括：

A01、响应起重机的工作启动信号，对起重机箱形梁在工作过程中的振动数据和声音数据进行监测，分别生成振动监测数据和声音检测数据；

A02、按预设阈值分别对振动监测数据和声音检测数据进行判断和统计，以获取起重机在工作过程中，箱形梁发生异常振动的次数D和其周侧产生异响的次数X；

A03、对起重机的启动状况进行监测，

当其处于启动状态时，对起重机启动后的异常振动次数D和异响次数X进行实时监测，当起重机在启动过程中异常振动次数D和/或异响次数X大于预设第一阈值N时，生成起重机工作异常信息并对起重机进行工作干预，使其停止运行；然后执行权利要求1至5之一所述无损探伤方法的S01～S05；

当其处于熄火状态时，进入A04；

A04、获取起重机在启动后至熄火时监测所统计的异常振动次数D和异响次数X，当异常振动次数D和/或异响次数X大于预设第二阈值M时，执行权利要求1至5之一所述无损探伤方法的S01～S05；

其中，A03中的第一阈值N大于A04中的第二阈值M。

基于上述，本发明还提供一种探伤系统，其包括：

超声导波检测模块，用于按预设要求布设在目标对象的预设区域上，以用于对目标对象进行超声导波检测；

指令生成单元，用于生成检测指令，以令超声导波检测模块启动，对目标对象进行超声导波检测，生成第一导波检测数据或加噪导波检测数据；

振动施加单元，用于对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，以作为人为噪声；

数据处理单元，用于获取人为噪声对应的声波数据，对加噪导波检测数据进行去噪处理，生成第二导波检测数据；

数据检测单元，用于获取第一导波检测数据、第二导波检测数据，按预设要求分别对其进行波形判断，然后根据判断结果，按预设条件生成用于指明目标对象是否具有损伤的检测结果。

基于上述，本发明还提供一种计算机可读的存储介质，所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现如上述所述的无损探伤方法或如上述所述的港口起重机损伤监测方法。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案通过在目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，其作用在于对目标对象上的细微裂痕产生一定的振动作用，使裂痕发生一定的宽度波动(施加的机械振动力小于目标对象可承受的范围，且不会令其表面发生范性形变的前提下)，从而提高其被检测到的概率，除此之外，对目标对象施加规律性机械振动形成人为噪声，能够使得超声导波检测模块在启动后，其对目标对象发出的超声入射信号与人为噪声发生混合，而经返回的超声回波为掺杂有人为噪声的导波检测数据，在对其进行去噪后，若目标对象上具有裂痕，该裂痕因外加振动而宽度发生变化时，能够形成用于表明该裂痕存在的特征回波信号，从而提高了检测可靠性和参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明无损探伤方法的简要实施流程示意图；

图2是本发明无损探伤方法用于港口起重机时，超声导波检测模块设置在港口起重机的箱形梁上的简要示意图；其中港口起重机仅示出箱形梁及与箱形梁连接的部分结构；

图3是本发明港口起重机损伤监测方法的简要实施流程示意图；

图4是本发明方案系统的简要单元模块连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，本实施例方案一种无损探伤方法，其包括：

S01、按预设要求在目标对象的预设区域上布设超声导波检测模块，以用于对目标对象进行超声导波检测；

S02、超声导波检测模块按预设条件启动，对目标对象进行超声导波检测，生成第一导波检测数据；

S03、对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，以作为人为噪声，然后通过超声导波检测模块对目标对象再次进行超声导波检测，生成加噪导波检测数据；

S04、获取人为噪声对应的声波数据，对加噪导波检测数据进行去噪处理，生成第二导波检测数据；

S05、获取第一导波检测数据、第二导波检测数据，按预设要求分别对其进行波形判断，然后根据判断结果，按预设条件生成用于指明目标对象是否具有损伤的检测结果。

本方案中，所述目标对象可以为起重机的箱形梁，由于起重机的箱形梁为多个金属板进行焊接而成，因此，其在一定长度上的结构相对较为稳定，具有较少的曲折、异形部分。

本方案通过在目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，其作用在于在于对目标对象上的细微裂痕产生一定的振动作用，使裂痕发生一定的宽度波动，从而提高其被检测到的概率，除此之外，对目标对象施加规律性机械振动形成人为噪声，能够使得超声导波检测模块在启动后，其对目标对象发出的超声入射信号与人为噪声发生混合，而经返回的超声回波为掺杂有人为噪声的导波检测数据，同时，若目标对象上具有裂痕，该裂痕因外加振动而宽度发生变化时，能够形成用于表明该裂痕存在的特征回波信号，从而提高了检测可靠性和参考价值。

而为了提高导波检测数据的分析可靠性和便利性，作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S02、S03中，所述超声导波检测模块对目标对象进行超声导波检测时，所述目标对象为静止状态。除此之外，本方案所述目标对象在超声导波检测模块的探测范围中至少具有一个可返回超声入射波的特征结构，且所述第一导波检测数据中至少具有用于表明该特征结构返回波的特征波形数据。

为了避免外加的机械振动对超声导波检测模块的发射信号造成明显干扰，作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述规律性机械振动形成的声波数据对应的频率与超声导波检测模块所输出的声波频率为非整数倍关系；且在目标对象上施加机械振动的预设区域与超声导波检测模块所布设的位置不同。

除此之外，作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S03中，生成加噪导波检测数据时，对其进行特征波形数据定位和判断，以获知该加噪导波检测数据是否具有所述目标对象在超声导波检测模块的探测范围中的特征结构所返回超声导波的特征波形数据，当不具有时，改变对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动的参数，然后通过超声导波检测模块对目标对象再次进行超声导波检测，直至生成有与所述特征结构对应特征波形数据的加噪导波检测数据。

在数据判断上，作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S05中，当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果均为存在损伤时，生成目标对象损伤的检测结果；

当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果中，仅有一个表明存在损伤时，生成目标对象疑似损伤的检测结果；

当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果均为正常时，生成目标对象正常的检测结果。

为了方便、快速地进行波形数据判断，作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案S05中，通过经训练的检测神经网络对第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断，以分别生成判断结果。

而对于检测神经网络的训练而言，所述检测神经网络的训练方法可以包括：

M01、构建训练数据库，该训练数据库中存储有导波数据集，所述导波数据集包括导波数据、其对应的检测对象和损伤信息；

M02、从训练数据库中提取预设量不同的数据分别作为训练数据和验证数据；

M03、将训练数据导入到神经网络中进行训练，以获得经训练的检测神经网络；

M04、将验证数据导入到经训练的检测神经网络进行验证，当验证结果符合预设要求时，模型收敛，完成训练，否则返回M03。

由于检测神经网络的训练机制为现有技术，在此就不再对其进行赘述。

结合图3所示，基于上述，本实施方案的无损探伤方法可以用于港口起重机损伤监测方法中，而在此情况下，所述目标对象为港口起重机的箱形梁；所述起重机的箱形梁上布设于用于采集振动的振动采集模块和用于采集声音的声音采集模块，所述监测方法包括：

A01、响应起重机的工作启动信号，对起重机箱形梁在工作过程中的振动数据和声音数据进行监测，分别生成振动监测数据和声音检测数据；

A02、按预设阈值分别对振动监测数据和声音检测数据进行判断和统计，以获取起重机在工作过程中，箱形梁发生异常振动的次数D和其周侧产生异响的次数X；

A03、对起重机的启动状况进行监测，

当其处于启动状态时，对起重机启动后的异常振动次数D和异响次数X进行实时监测，当起重机在启动过程中异常振动次数D和/或异响次数X大于预设第一阈值N时，生成起重机工作异常信息并对起重机进行工作干预，使其停止运行；然后执行权利要求1至5之一所述无损探伤方法的S01～S05；

当其处于熄火状态时，进入A04；

A04、获取起重机在启动后至熄火时监测所统计的异常振动次数D和异响次数X，当异常振动次数D和/或异响次数X大于预设第二阈值M时，执行权利要求1至5之一所述无损探伤方法的S01～S05；

其中，A03中的第一阈值N大于A04中的第二阈值M。

通过上述方案，港口起重机损伤监测中，可以根据其运行时的异常振动、异响来触发对起重机的箱形梁进行损伤检测，从而及时获知在起重机运行异常时，是否对箱形梁造成了损坏。

结合图4所示，基于上述，本实施例方案还提供一种探伤系统，其包括：

超声导波检测模块，用于按预设要求布设在目标对象的预设区域上，以用于对目标对象进行超声导波检测，所述超声波检测模块包括导波发射单元和导波接收单元，所述导波发射单元用于对超声导波进行激励且按预设条件在目标对象的预设区域发射超声导波信号，所述导波接收单元用于接收经返回的信号，形成导波检测数据；

指令生成单元，用于生成检测指令，以令超声导波检测模块启动，对目标对象进行超声导波检测，生成第一导波检测数据或加噪导波检测数据；

振动施加单元，用于对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，以作为人为噪声；

数据处理单元，用于获取人为噪声对应的声波数据，对加噪导波检测数据进行去噪处理，生成第二导波检测数据；

数据检测单元，用于获取第一导波检测数据、第二导波检测数据，按预设要求分别对其进行波形判断，然后根据判断结果，按预设条件生成用于指明目标对象是否具有损伤的检测结果。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无损探伤方法，其特征在于，其包括：

S01、按预设要求在目标对象的预设区域上布设超声导波检测模块，以用于对目标对象进行超声导波检测；

S02、超声导波检测模块按预设条件启动，对目标对象进行超声导波检测，生成第一导波检测数据；

S03、对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，以作为人为噪声，然后通过超声导波检测模块对目标对象再次进行超声导波检测，生成加噪导波检测数据；

S04、获取人为噪声对应的声波数据，对加噪导波检测数据进行去噪处理，生成第二导波检测数据；

S05、获取第一导波检测数据、第二导波检测数据，按预设要求分别对其进行波形判断，然后根据判断结果，按预设条件生成用于指明目标对象是否具有损伤的检测结果。

2.如权利要求1所述的无损探伤方法，其特征在于，所述规律性机械振动形成的声波数据对应的频率与超声导波检测模块所输出的声波频率为非整数倍关系；且在目标对象上施加机械振动的预设区域与超声导波检测模块所布设的位置不同。

3.如权利要求1或2所述的无损探伤方法，其特征在于，S02、S03中，所述超声导波检测模块对目标对象进行超声导波检测时，所述目标对象为静止状态；

所述目标对象在超声导波检测模块的探测范围中至少具有一个可返回超声入射波的特征结构，且所述第一导波检测数据中至少具有用于表明该特征结构返回波的特征波形数据。

4.如权利要求3所述的无损探伤方法，其特征在于，S03中，生成加噪导波检测数据时，对其进行特征波形数据定位和判断，以获知该加噪导波检测数据是否具有所述目标对象在超声导波检测模块的探测范围中的特征结构所返回超声导波的特征波形数据，当不具有时，改变对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动的参数，然后通过超声导波检测模块对目标对象再次进行超声导波检测，直至生成有与所述特征结构对应特征波形数据的加噪导波检测数据。

5.如权利要求4所述的无损探伤方法，其特征在于，S05中，当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果均为存在损伤时，生成目标对象损伤的检测结果；

当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果中，仅有一个表明存在损伤时，生成目标对象疑似损伤的检测结果；

当第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断的结果均为正常时，生成目标对象正常的检测结果。

6.一种港口起重机损伤监测方法，其特征在于，其包括权利要求1至5之一所述的无损探伤方法；所述目标对象为港口起重机的箱形梁。

7.如权利要求6所述的港口起重机损伤监测方法，其特征在于，S05中，通过经训练的检测神经网络对第一导波检测数据、第二导波检测数据进行波形判断，以分别生成判断结果。

8.如权利要求6所述的港口起重机损伤监测方法，其特征在于，所述起重机的箱形梁上布设于用于采集振动的振动采集模块和用于采集声音的声音采集模块，其包括：

A01、响应起重机的工作启动信号，对起重机箱形梁在工作过程中的振动数据和声音数据进行监测，分别生成振动监测数据和声音检测数据；

A02、按预设阈值分别对振动监测数据和声音检测数据进行判断和统计，以获取起重机在工作过程中，箱形梁发生异常振动的次数D和其周侧产生异响的次数X；

A03、对起重机的启动状况进行监测，

当其处于启动状态时，对起重机启动后的异常振动次数D和异响次数X进行实时监测，当起重机在启动过程中异常振动次数D和/或异响次数X大于预设第一阈值N时，生成起重机工作异常信息并对起重机进行工作干预，使其停止运行；然后执行权利要求1至5之一所述无损探伤方法的S01～S05；

当其处于熄火状态时，进入A04；

A04、获取起重机在启动后至熄火时监测所统计的异常振动次数D和异响次数X，当异常振动次数D和/或异响次数X大于预设第二阈值M时，执行权利要求1至5之一所述无损探伤方法的S01～S05；

其中，A03中的第一阈值N大于A04中的第二阈值M。

9.一种探伤系统，其特征在于，其包括：

超声导波检测模块，用于按预设要求布设在目标对象的预设区域上，以用于对目标对象进行超声导波检测；

指令生成单元，用于生成检测指令，以令超声导波检测模块启动，对目标对象进行超声导波检测，生成第一导波检测数据或加噪导波检测数据；

振动施加单元，用于对目标对象预设区域进行施加规律性机械振动，以作为人为噪声；

数据处理单元，用于获取人为噪声对应的声波数据，对加噪导波检测数据进行去噪处理，生成第二导波检测数据；

数据检测单元，用于获取第一导波检测数据、第二导波检测数据，按预设要求分别对其进行波形判断，然后根据判断结果，按预设条件生成用于指明目标对象是否具有损伤的检测结果。

10.一种计算机可读的存储介质，其特征在于：所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现如权利要求1至5之一所述的无损探伤方法或如权利要求6至8之一所述的港口起重机损伤监测方法。