本文選題：回轉(zhuǎn)體工件　切入點(diǎn)：超聲檢測　出處：《中北大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：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。因此對回轉(zhuǎn)體工件的無損檢測一直是產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過程中的重要一環(huán)。常規(guī)超聲檢測方法是目前回轉(zhuǎn)體缺陷檢測最常用的方法,采用人工檢測、根據(jù)波高判定有無缺陷。該方法檢測效率低,檢測精度在很大程度上依賴檢測人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平,具有較大局限性,很難成為通用的評定方法。論文針對典型結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)體工件,在傳統(tǒng)超聲檢測方法的基礎(chǔ)上,研究了回轉(zhuǎn)體工件的超聲檢測掃描方式、聲場計(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)濾波方法對檢測回波信號進(jìn)行整體降噪,有效地減小了超聲回波信號中的噪聲信號,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模型分析了回轉(zhuǎn)體工件檢測時(shí)的超聲聲場傳播情況,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,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,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)方法對超聲回波信號進(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型識(shí)別模型的輸入特征量,并對EEMD的分解層數(shù)進(jìn)行了確定;其次,基于決策樹方法建立了缺陷類型智能識(shí)別模型,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)弱分類器的強(qiáng)識(shí)別模型,缺陷識(shí)別精度超過了92%,并大大提升了模型的穩(wěn)定性。此外,本文還針對回轉(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)對各個(gè)缺陷的近端區(qū)、遠(yuǎn)端區(qū)和過渡區(qū)進(jìn)行識(shí)別,利用近端區(qū)域的超聲回波信號建立缺陷識(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的B掃描回波信號,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;針對橢圓模型與波前圓弧相切不易獲取閉合方程的問題,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)來對橢圓進(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結(jié)果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:檢測出的缺陷位置與X射線掃描結(jié)果相符,檢測出的缺陷尺寸與實(shí)際相符。論文針對回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)部缺陷的超聲檢測問題,從理論、仿真、實(shí)驗(yàn)和信號處理方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值,同時(shí)也為類似結(jié)構(gòu)的超聲檢測,提供了理論依據(jù)和借鑒方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB553

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本文編號：1594230