基于支持向量機(jī)的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于支持向量機(jī)的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測(cè)方法，該方法選擇良好焊縫，含氣孔焊縫以及未焊透焊縫三個(gè)類型下的多個(gè)焊接樣本作為訓(xùn)練樣本，測(cè)量每個(gè)樣本同一時(shí)刻下的四路巨磁電阻傳感器輸出信號(hào)，提取信號(hào)的峰峰值，方差和斜率變化作為特征量，共使用兩個(gè)支持向量機(jī)模型，第一個(gè)支持向量機(jī)用來區(qū)分有缺陷樣本和無缺陷樣本，第二個(gè)支持向量機(jī)用來確認(rèn)有缺陷樣本的缺陷類型。在對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先提取其特征量，將特征量輸入第一個(gè)支持向量機(jī)模型，若為良好焊縫則結(jié)束，否則認(rèn)為有缺陷焊縫，輸入至第二個(gè)支持向量機(jī)模型進(jìn)行進(jìn)一步的分類處理。本發(fā)明可以準(zhǔn)確的對(duì)待測(cè)樣本的缺陷類型進(jìn)行識(shí)別及分類。
【專利說明】基于支持向量機(jī)的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種焊接質(zhì)量的電渦流檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于能源，石化，核工業(yè)，交通運(yùn)載工具制造以及其他一些工業(yè)過程[1-3]。在焊接過程中，對(duì)焊接缺陷進(jìn)行檢測(cè)和估計(jì)，可降低廢品率提高生產(chǎn)效率；在設(shè)備運(yùn)行過程中，檢測(cè)焊接處由于溫度、壓力和外部影響造成的早期缺陷，可避免災(zāi)難性事故的發(fā)生[4]。常見的焊接缺陷有氣孔、未焊透、裂紋等等，通過對(duì)焊接缺陷的檢測(cè)和分類可以對(duì)后續(xù)的修補(bǔ)和替換帶來判斷依據(jù)。
[0003]電渦流檢測(cè)是一種重要的無損檢測(cè)方法[5]。對(duì)于焊接缺陷的電渦流檢測(cè)，焊接區(qū)域粗糙表面引入的測(cè)量噪聲對(duì)缺陷檢測(cè)影響極大[6]。許多改進(jìn)的電渦流檢測(cè)的激勵(lì)線圈，如矩形線圈[7]、差分薄餅線圈、TR探頭、帶差分檢測(cè)線圈的均勻渦流探頭[8]、正交渦流線圈[2]被應(yīng)用于焊接缺陷的檢測(cè)[7-9]。在激勵(lì)方式的改進(jìn)方面，不同的激勵(lì)方式如雙頻激勵(lì)技術(shù)和脈沖激勵(lì)技術(shù)被用于檢測(cè)焊接缺陷[10，11]。
[0004]焊接缺陷如氣孔，夾雜和裂紋的存在會(huì)影響到被測(cè)試件內(nèi)部的渦流分布，從而導(dǎo)致磁場(chǎng)分布的變化，因此直接檢測(cè)磁場(chǎng)給對(duì)缺陷的檢測(cè)和評(píng)估帶來了便利。人們嘗試使用直接的磁敏感元件來檢測(cè)磁場(chǎng)的變化情況來確定焊接質(zhì)量的好壞，Hall [12]，AMR[6]，GMR[13]已經(jīng)被用來對(duì)焊接周圍的渦流磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。
[0005]除了對(duì)激勵(lì)線圈和傳感器`的改進(jìn)外，對(duì)獲得的缺陷信號(hào)的處理也是檢測(cè)能夠成功的關(guān)鍵因素。對(duì)缺陷信號(hào)的識(shí)別有多種方法，很多先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)被用于焊接缺陷的渦流檢測(cè)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用于對(duì)缺陷進(jìn)行分類和重構(gòu)[4，14];通過仿真模型數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比來進(jìn)行缺陷形狀估計(jì)[9]，二維離散小波變換被用于焊接信號(hào)的去噪[14]。但是針對(duì)焊接缺陷電渦流檢測(cè)特征量非常少。特別是由于焊接表面的復(fù)雜紋理和結(jié)構(gòu)，造成焊接渦流電磁信號(hào)通常帶有比較強(qiáng)的噪聲。如何區(qū)分噪聲信號(hào)和缺陷信號(hào)，給電渦流檢測(cè)提出了新的挑戰(zhàn)。
[0006]參考文獻(xiàn)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性好且測(cè)量過程簡(jiǎn)單并容易實(shí)現(xiàn)的焊接電渦流檢測(cè)裝置。為此，本發(fā)明釆用如下的技術(shù)方案:
[0022]一種基于支持向量機(jī)的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測(cè)方法，所釆用的檢測(cè)裝置包括一個(gè)矩形線圈、交流激勵(lì)電壓產(chǎn)生電路、四個(gè)相同的巨磁電阻傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)釆集模塊、分析計(jì)算模塊，其中，交流激勵(lì)電壓產(chǎn)生電路的輸出連接到矩形線圈；四個(gè)巨磁電阻傳感器排列成一條直線固定在矩形線圈的底部；巨磁電阻的敏感軸方向平行于矩形線圈的導(dǎo)線，使得矩形線圈產(chǎn)生的一次磁場(chǎng)方向垂直于巨磁電阻的敏感軸方向；矩形線圈的內(nèi)部放置一塊永磁鐵，用于對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行偏置；四個(gè)巨磁電阻的輸出分別連接信號(hào)調(diào)理電路的不同的通道，信號(hào)調(diào)理電路用于對(duì)巨磁電阻的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波及放大；經(jīng)過調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)釆集模塊輸入到分析計(jì)算模塊，分析計(jì)算模塊用于解調(diào)檢測(cè)到的四路通道信號(hào)的實(shí)部數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)部數(shù)據(jù)檢測(cè)是否存在焊接缺陷，檢測(cè)方法如下:
[0023]( I)將焊縫種類分為良好焊縫、含氣孔焊縫和未焊透焊縫樣本，選擇包括不同種類缺陷樣本，分別進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)采集的不同焊縫種類的樣本的四輸出通道數(shù)據(jù)，計(jì)算同一時(shí)刻下的四路信號(hào)相互之間的峰峰值、方差和斜率變化三個(gè)樣本特征量；
[0024](2)選擇η組具有良好焊縫的樣本特征量，并選擇η組包含各種缺陷焊縫的樣本特征量，組成第一訓(xùn)練樣本集，選擇m組含氣孔焊縫樣本特征量和m組未焊透焊縫樣本特征量作為第二訓(xùn)練樣本集；
[0025](3)以第一訓(xùn)練樣本集內(nèi)的樣本特征量為輸入端,建立第一支持向量機(jī)模型,用于對(duì)樣本有無缺陷進(jìn)行識(shí)別和分類，其輸出端為期望輸出，其中良好樣本的期望輸出為1，有缺陷樣本期望輸出為-1;
[0026](4)以第二訓(xùn)練樣本集內(nèi)的樣本特征量為輸入端，建立第二支持向量機(jī)模型，用來對(duì)有缺陷樣本進(jìn)行進(jìn)一步識(shí)別，確認(rèn)其缺陷類型，輸出為期望輸出，含氣孔樣本的期望輸出為I，未焊透樣本期望輸出為-1 ；
[0027](5)在對(duì)待測(cè)焊縫樣本的檢測(cè)過程中，測(cè)量待測(cè)樣本四路輸出信號(hào)，并獲取峰峰值，方差和斜率變化特征量；
[0028](6)將待測(cè)焊縫樣本的峰峰值、方差和斜率變化特征量輸入訓(xùn)練好的第一支持向量機(jī)模型，若為良好焊縫則輸出為I并結(jié)束，若輸出為-1則認(rèn)為是缺陷的焊縫樣本；
[0029]將有缺陷的焊縫樣本的特征量輸入至第二支持向量機(jī)模型進(jìn)行進(jìn)一步的分類處理，若輸出為I則為含氣孔焊縫，輸出-1為未焊透焊縫。
[0030]本發(fā)明在一個(gè)矩形線圈下部同時(shí)放置四個(gè)巨磁電阻傳感器，同時(shí)檢測(cè)焊縫兩側(cè)的磁場(chǎng)分布，以四個(gè)通道的信號(hào)的峰峰值、方差和斜率變化三個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量的參數(shù)。通過三個(gè)參數(shù)的數(shù)值及焊縫缺陷的種類訓(xùn)練支持向量機(jī)，用于對(duì)新被測(cè)焊縫的檢驗(yàn)和分類。支持向量機(jī)的分類原理是將向量映射到一個(gè)高維空間內(nèi)并在這個(gè)空間內(nèi)建立一個(gè)最佳超平面使得屬于兩個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的間隔最大?；谶@個(gè)原理，并結(jié)合本發(fā)明所使用的特征量的分布情況，建立兩個(gè)二分類支持向量機(jī)模型，通過至多兩步完成對(duì)待測(cè)樣本缺陷類型的識(shí)別，無論是在分類速度和精度上都優(yōu)于多分類支持向量機(jī)模型?？傊?，本發(fā)明的檢測(cè)方法，響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性好，且測(cè)量過程簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于實(shí)施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1、(a)焊縫電渦流檢測(cè)裝置探頭示意圖；
[0032](b)焊縫電渦流檢測(cè)裝置探頭截面示意圖；
[0033](c)焊縫電渦流檢測(cè)裝置探頭側(cè)面示意圖；
[0034]圖2、焊縫電渦流檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖3、焊縫電渦流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)過程示意圖；
[0036]圖4、對(duì)樣本有無缺陷進(jìn)行分類的svml的訓(xùn)練結(jié)果；
[0037]圖5、對(duì)樣本缺陷類型進(jìn)行識(shí)別的svm2的訓(xùn)練結(jié)果；
[0038]圖中:
[0039]1、焊縫2、激勵(lì)線圈
[0040]3、激勵(lì)電壓產(chǎn)生電路 4、巨磁電阻傳感器
[0041]5、巨磁電阻敏感軸方向 6、信號(hào)調(diào)理電路
[0042]7、數(shù)據(jù)采集模塊8、分析計(jì)算模塊[0043]9、永磁鐵【具體實(shí)施方式】:
[0044]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0045]參見圖1和圖2，檢測(cè)裝置包括一個(gè)矩形激勵(lì)線圈2(本實(shí)施例矩形線圈的尺寸為長(zhǎng)60mm，寬30mm，高25mm)、激勵(lì)電壓信號(hào)產(chǎn)生電路3、四個(gè)相同的巨磁電阻傳感器芯片4(本實(shí)施例四個(gè)巨磁電阻芯片之間的距離為2mm)、信號(hào)調(diào)理電路6、數(shù)據(jù)采集模塊7、分析計(jì)算模塊8組成。激勵(lì)電壓產(chǎn)生電路3的輸出連接矩形線圈2的導(dǎo)線；四個(gè)巨磁電阻傳感器4(1)、4(2)、4(3)、4(4)位于同一條直線上，分別固定在矩形線圈2的底部；四個(gè)巨磁電阻的輸出分別連接具有四個(gè)通道的信號(hào)調(diào)理電路6，信號(hào)調(diào)理電路6用于將巨磁電阻的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波及放大；經(jīng)過調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊7輸入到分析計(jì)算模塊8。測(cè)量過程中，將焊縫放置于檢測(cè)探頭的巨磁電阻芯片4(2)和4(3)之間。
[0046]檢測(cè)算法主要步驟如下:
[0047](I)獲取學(xué)習(xí)樣本
[0048]對(duì)良好焊縫和不同種類缺陷焊縫進(jìn)行編號(hào)。通過焊接缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的分析計(jì)算模塊8計(jì)算四個(gè)通道信號(hào)的峰峰值、方差和斜率變化。本實(shí)施例中，經(jīng)過四個(gè)通道輸出的四個(gè)巨磁電阻4(1)、4(2)、4(3)、4(4)的輸出電壓信號(hào)分別為X1, x2, x3, X4，在分析計(jì)算模塊8中計(jì)算峰峰值
[0049]Vpp=max (X1, x2, x3, x4) -min (X1, X2, x3, x4) (I)
[0050]在分析計(jì)算模塊8中計(jì)算信號(hào)X1, x2, x3, X4的方差為Var
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種基于支持向量機(jī)的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測(cè)方法，所采用的檢測(cè)裝置包括一個(gè)矩形線圈、交流激勵(lì)電壓產(chǎn)生電路、四個(gè)相同的巨磁電阻傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集模塊、分析計(jì)算模塊，其中，交流激勵(lì)電壓產(chǎn)生電路的輸出連接到矩形線圈；四個(gè)巨磁電阻傳感器排列成一條直線固定在矩形線圈的底部；巨磁電阻的敏感軸方向平行于矩形線圈的導(dǎo)線，使得矩形線圈產(chǎn)生的一次磁場(chǎng)方向垂直于巨磁電阻的敏感軸方向；矩形線圈的內(nèi)部放置一塊永磁鐵，用于對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行偏置；四個(gè)巨磁電阻的輸出分別連接信號(hào)調(diào)理電路的不同的通道，信號(hào)調(diào)理電路用于對(duì)巨磁電阻的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波及放大；經(jīng)過調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊輸入到分析計(jì)算模塊，分析計(jì)算模塊用于解調(diào)檢測(cè)到的四路通道信號(hào)的實(shí)部數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)部數(shù)據(jù)檢測(cè)是否存在焊接缺陷，檢測(cè)方法如下: (1)將焊縫種類分為良好焊縫、含氣孔焊縫和未焊透焊縫樣本，選擇包括不同種類缺陷樣本，分別進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)采集的不同焊縫種類的樣本的四輸出通道數(shù)據(jù)，計(jì)算同一時(shí)刻下的四路信號(hào)相互之間的峰峰值、方差和斜率變化三個(gè)樣本特征量； (2)選擇η組具有良好焊縫的樣本特征量，并選擇η組包含各種缺陷焊縫的樣本特征量，組成第一訓(xùn)練樣本集，選擇m組含氣孔焊縫樣本特征量和m組未焊透焊縫樣本特征量作為第二類訓(xùn)練樣集； (3)以第一訓(xùn)練樣本集內(nèi)的樣本特征量為輸入端，建立第一支持向量機(jī)模型，用于對(duì)樣本有無缺陷進(jìn)行識(shí)別和分類，其輸出端為期望輸出，其中良好樣本的期望輸出為1，有缺陷樣本期望輸出為-1; (4)以第二訓(xùn)練樣本集內(nèi)的樣本特征量為輸入端，建立第二支持向量機(jī)模型，用來對(duì)有缺陷樣本進(jìn)行進(jìn)一步識(shí)別，確認(rèn)其缺陷類型，輸出為期望輸出，含氣孔樣本的期望輸出為1，未焊透樣本期望輸出為-1 ; (5)在對(duì)待測(cè)焊縫樣本的檢測(cè)過程中，測(cè)量待測(cè)樣本四路輸出信號(hào)，并獲取峰峰值，方差和斜率變化特征量； (6)將待測(cè)焊縫樣本的峰峰值、方差和斜率變化特征量輸入訓(xùn)練好的第一支持向量機(jī)模型，若為良好焊縫則輸出為I并結(jié)束，若輸出為-1則認(rèn)為是缺陷的焊縫樣本； (7)將有缺陷的焊縫樣本的特征量輸入至第二支持向量機(jī)模型進(jìn)行進(jìn)一步的分類處理，若輸出為I則為含氣孔焊縫，輸出-1為未焊透焊縫。
【文檔編號(hào)】G01N27/90GK103760229SQ201410008925
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】王超, 叢正, 高鵬, 李旸 申請(qǐng)人:天津大學(xué)