一種基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲b掃檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，主要針對鋼管與鋼絞線壓接段的內(nèi)空缺陷，其步驟包括：（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，選擇檢測配置；（2）選用超聲儀的B掃功能及脈沖反射法，設(shè)定儀器參數(shù)，使探頭從鋼管底端向管口方向，沿鋼管的壓接面軸向中心線采集B掃數(shù)據(jù)；（3）對B掃數(shù)據(jù)進行特征增強處理，獲取特征增強型矩陣；（4）從特征增強型矩陣中提取出對缺陷敏感的特征量C，繪制出C的變化曲線；（5）利用C曲線分析檢測段內(nèi)是否存在缺陷；（6）若存在缺陷，利用C曲線得到缺陷的長度。該方法增強了缺陷的辨識度，對缺陷定性定量可靠、精度高，對于控制耐張線夾壓接質(zhì)量具有重要意義。
【專利說明】一種基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于檢測耐張線夾壓接質(zhì)量的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種耐張線夾鋼管與鋼絞線壓接段壓接質(zhì)量的超聲B掃檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路耐張線夾與絞線的連接安裝常在高空進行，安裝工藝為壓接，要保證壓接質(zhì)量達到設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，操作難度比較大，容易產(chǎn)生壓接缺陷，導(dǎo)致電網(wǎng)輸電線路事故頻發(fā)。輸電線路耐張線夾可分為導(dǎo)線耐張線夾和地線耐張線夾兩種。地線耐張線夾只有鋼錨，其壓接即鋼錨的鋼管與鋼絞線的壓接；導(dǎo)線耐張線夾由鋼錨、鋁管兩部分構(gòu)成，其壓接時，需先壓接鋼管和鋼絞線，再壓接鋁管和鋼芯鋁絞線、鋼錨凹槽。鋼絞線未穿到鋼管底部導(dǎo)致壓接后鋼管底部存在空段，是常見的高危壓接缺陷。
[0003]目前，線夾壓接施工中使用的外觀檢測及握力抽查的手段無法實現(xiàn)這類缺陷的無損檢測。射線法和超聲法是最常用的內(nèi)部缺陷檢測方法。射線法較超聲法直觀，但透照工藝需保證膠片和放射源在工件兩側(cè)，占用空間大。射線機高空架設(shè)、防護困難。且現(xiàn)有射線機重量較大，不利于高空操作。而超聲法儀器設(shè)備占用空間小，現(xiàn)有掌上式超聲A/B/C/TOFD-掃描成像系統(tǒng)，靈活高效。且超聲對人體無害、檢測成本低。因此，相對于射線法，超聲檢測高空作業(yè)優(yōu)勢較大。
[0004]B掃圖像是由超聲信號經(jīng)灰度化后得到的數(shù)據(jù)矩陣形成，峰值及谷值分別對應(yīng)灰度255和0，相對于A掃描，超聲B掃更加高效、直觀。鋼管與鋼絞線的壓接結(jié)構(gòu)較特殊，壓接表面多壓痕，影響耦合。且因絞線由多股線螺旋絞制而成，鋼管和絞線壓接后管內(nèi)壁塑性變形呈螺旋特征，主聲束反射角及殘余孔隙率均沿軸、周向變化，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)超聲回波信號復(fù)雜，當(dāng)主聲束正對線股之間的間隙時，回波特征與內(nèi)空缺陷類似。為進一步提高檢測的可靠性、效率及智能性，需對B掃數(shù)據(jù)進行缺陷特征增強處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種耐張線夾鋼管與鋼絞線壓接段壓接質(zhì)量的超聲B掃檢測方法，根據(jù)檢測環(huán)境、線夾結(jié)構(gòu)及缺陷特點，設(shè)計了最優(yōu)檢測工藝和缺陷特征優(yōu)化方法，最終處理結(jié)果能夠直觀地反映檢測段是否存在缺陷及缺陷的參數(shù)，以滿足施工人員現(xiàn)場檢測的要求。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，用于在鋼管與鋼絞線壓接后針對鋼管與鋼絞線壓接段的內(nèi)空缺陷進行檢測，適用于導(dǎo)線耐張線夾和地線耐張線夾；其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟1:確定待檢耐張線夾鋼管原始尺寸，選用帶楔塊的縱波直探頭，頻率為5?1MHz,晶片尺寸根據(jù)鋼管外徑R選定；所述的楔塊，其延遲時間需> 4 μ S，耦合劑選用機油；
[0008]步驟2:采用超聲儀的B掃功能及脈沖反射法，時基范圍m > 20 mm,儀器增益設(shè)定為43?47dB，使探頭從鋼管底端向管口方向，沿鋼管的壓接面軸向中心線采集B掃數(shù)據(jù)；
[0009]步驟3:針對結(jié)構(gòu)及缺陷特點，對B掃數(shù)據(jù)進行特征增強處理，以獲取特征增強型矩陣E。
[0010]步驟4:從特征增強型矩陣E中提取出對缺陷敏感的特征量C，繪制出特征量C的變化曲線，曲線的橫軸表示各元素的序號，縱軸為元素值；
[0011]步驟5:通過特征量C的變化曲線分析檢測段內(nèi)是否存在內(nèi)空缺陷，獲取橫軸與曲線第一個交點的橫坐標(biāo)m，若m不存在，則判斷檢測段內(nèi)全部為空段；若m > 0，且橫坐標(biāo)在O和m之間時，曲線峰值> 6，則判定檢測長度內(nèi)存在內(nèi)空缺陷；若不符合上述兩種情況，則判定檢測長度內(nèi)不存在內(nèi)空缺陷；
[0012]步驟6:若判定檢測段內(nèi)存在內(nèi)空缺陷，計算m與特征量C元素總量M的比值δ，檢測段空段占比Φ即為S。
[0013]作為優(yōu)選，步驟I中所述的晶片尺寸根據(jù)鋼管外徑R選定，其選定標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)鋼管外徑R彡17 mm,晶片尺寸選為6 mm ;當(dāng)R > 17 mm且R彡22 mm,晶片尺寸選為8 mm ;當(dāng)R >22 mm,晶片尺寸選為10 mm。
[0014]作為優(yōu)選，步驟3中所述的對B掃數(shù)據(jù)進行特征增強處理以獲取特征增強型矩陣E，其具體實現(xiàn)過程包含以下子步驟:
[0015]步驟3.1:讀取B掃原始數(shù)據(jù)矩陣Ztl (M行N列)，選取一定的列閾值A(chǔ)以去除固定界面波，得到新的矩陣Z (M行N-A列)，A值等于固定界面波所占的數(shù)據(jù)寬度；
[0016]步驟3.2:設(shè)定列間隔T，從Z矩陣第I列開始以T列為間隔，連續(xù)選定3組M行T列的矩陣數(shù)據(jù)Z1、Z2、Z3，其中Zl的起始列為第I列，Z2的起始列為第(T+1)列，Z3的起始列為第(2T+1)列，所述的列間隔T為NXb/s舍尾取整，其中，b為受壓前待檢耐張線夾鋼管壁厚，N為原始檢測數(shù)據(jù)矩陣Ztl的列數(shù)，s為時基范圍的設(shè)定值；
[0017]步驟3.3:以255與Z1、Z2、Z3各矩陣每行數(shù)據(jù)最大值的比值為該行數(shù)據(jù)的補償系數(shù)，使Zl、Z2、Z3每行的各元素分別乘以該行的補償系數(shù)，得到新的矩陣El、E2、E3 ;
[0018]步驟3.4:采用Ostu算法對E1、E2、E3進行二值化，構(gòu)建一個新的M行T列的矩陣E，其元素Eij = MaxiElij, E2ij; E3U}，E矩陣即特征增強型矩陣。
[0019]作為優(yōu)選，步驟4中所述的特征量C，其元素Ci值為非負(fù)數(shù)，i為元素序號當(dāng)E矩陣第i行最大值元素所在的列數(shù)U,2時，Ci等于Ui,否則，Ci等于O。
[0020]本發(fā)明提供了鋼管與鋼絞線壓接段內(nèi)空缺陷的檢測方法，對于防控該類缺陷具有重要意義，該方法具有如下優(yōu)點:設(shè)計的缺陷特征增強方法使得缺陷特征更加明顯，缺陷邊界更加清晰，降低了缺陷定性定量的難度，增加了檢測的可靠性；對于鋼管與鋼絞線壓接段的內(nèi)空缺陷定量精度高，定量誤差可控制在0.5 IM以內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1:為本發(fā)明的耐張線夾鋼管與鋼絞線的壓接試樣示意圖，圖中I為鋼絞線、2為鋼管；
[0022]圖2:為本發(fā)明實施例的試樣SI的原始B掃矩陣數(shù)據(jù)；
[0023]圖3:為本發(fā)明實施例的試樣S2的原始B掃矩陣數(shù)據(jù)；
[0024]圖4:為本發(fā)明實施例的試樣SI的C曲線，橫坐標(biāo)為元素序號，縱坐標(biāo)為元素值；
[0025]圖5:為本發(fā)明實施例的試樣S2的C曲線。

【具體實施方式】
[0026]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，用于在鋼管與鋼絞線壓接后針對鋼管與鋼絞線壓接段的內(nèi)空缺陷進行檢測，適用于導(dǎo)線耐張線夾和地線耐張線夾；包括以下步驟:
[0028]步驟1:確定待檢耐張線夾鋼管原始尺寸，選用帶楔塊的縱波直探頭，頻率為5?10MHz，晶片尺寸根據(jù)鋼管外徑R選定，其選定標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)鋼管外徑17mm，晶片尺寸選為6腿；當(dāng)R > 17腿且R彡22腿，晶片尺寸選為8腿；當(dāng)R > 22腿，晶片尺寸選為10腿；楔塊，其延遲時間需> 4 μ S，耦合劑選用機油；
[0029]步驟2:采用超聲儀的B掃功能及脈沖反射法，時基范圍m > 20 mm,儀器增益設(shè)定為43?47dB，使探頭從鋼管底端向管口方向，沿鋼管的壓接面軸向中心線采集B掃數(shù)據(jù)；
[0030]步驟3:針對結(jié)構(gòu)及缺陷特點，對B掃數(shù)據(jù)進行特征增強處理，以獲取特征增強型矩陣E，其具體實現(xiàn)過程包含以下子步驟:
[0031]步驟3.1:讀取B掃原始數(shù)據(jù)矩陣Ztl (M行N列)，選取一定的列閾值A(chǔ)以去除固定界面波，得到新的矩陣Z (M行N-A列)，A值等于固定界面波所占的數(shù)據(jù)寬度；
[0032]步驟3.2:設(shè)定列間隔T，從Z矩陣第I列開始以T列為間隔，連續(xù)選定3組M行T列的矩陣數(shù)據(jù)Z1、Z2、Z3，其中Zl的起始列為第I列，Z2的起始列為第(T+1)列，Z3的起始列為第(2T+1)列，所述的列間隔T為NXb/s舍尾取整，其中，b為受壓前待檢耐張線夾鋼管壁厚，N為原始檢測數(shù)據(jù)矩陣Ztl的列數(shù)，s為時基范圍的設(shè)定值；
[0033]步驟3.3:以255與Z1、Z2、Z3各矩陣每行數(shù)據(jù)最大值的比值為該行數(shù)據(jù)的補償系數(shù)，使Zl、Z2、Z3每行的各元素分別乘以該行的補償系數(shù)，得到新的矩陣El、E2、E3 ;
[0034]步驟3.4:采用Ostu算法對E1、E2、E3進行二值化，構(gòu)建一個新的M行T列的矩陣E，其元素Eij = MaxiElij, E2ij; E3U}，E矩陣即特征增強型矩陣。
[0035]步驟4:從E矩陣中提取出對缺陷敏感的特征量C，其元素Ci值為非負(fù)數(shù)，i為元素序號當(dāng)E矩陣第i行最大值元素所在的列數(shù)UiU時，Ci等于Ui,否則，Ci等于0，繪制出特征量C的變化曲線，曲線的橫軸表示各元素的序號，縱軸為元素值；
[0036]步驟5:通過特征量C的變化曲線分析檢測段內(nèi)是否存在內(nèi)空缺陷，獲取橫軸與曲線第一個交點的橫坐標(biāo)m，若m不存在，則判斷檢測段內(nèi)全部為空段；若!11> 0，且O <橫坐標(biāo)<!11時，曲線峰值> 6，則判定檢測長度內(nèi)存在內(nèi)空缺陷；若不符合上述兩種情況，則判定檢測長度內(nèi)不存在內(nèi)空缺陷；
[0037]步驟6:若判定檢測段內(nèi)存在內(nèi)空缺陷，計算m與特征量C元素總量M的比值δ，檢測段空段占比Φ即為S。
[0038]實施例一:
[0039]請見圖1，本實施例的制備導(dǎo)線耐張線夾鋼管與鋼絞線壓接試樣S1、S2。S1、S2的型號為NY-300/40，鋼管的原始壁厚為4 mm。選用帶楔塊的縱波直探頭，晶片尺寸為6 mm,頻率為10MHz，楔塊延遲時間為15 μ S。時基范圍設(shè)定為20.76 mm，增益設(shè)定為43dB。在試樣SI?S3鋼管與鋼絞線壓接段底端向管口方向的10mm范圍內(nèi)，使探頭沿壓接面中軸線方向進行B掃檢測，采集數(shù)據(jù)。請見圖2、圖3，分別為本實施例的試樣SI的原始B掃矩陣數(shù)據(jù)和為本實施例的試樣S2的原始B掃矩陣數(shù)據(jù)；
[0040]對原始B掃矩陣進行特征增強處理，列閾值A(chǔ)選定為40，原始矩陣列數(shù)為352，經(jīng)計算，列間隔T為67。經(jīng)過缺陷特征增強后，從處理后的B掃數(shù)據(jù)中提取出的C曲線見圖
4、圖5。SI的C曲線呈現(xiàn)出臺階特征，曲線可分為峰值區(qū)和谷值區(qū)，峰值區(qū)的C值多為5?16，谷值區(qū)的C值多為0，個別達到2，S2的C曲線，90%的C值為0，僅存在3個峰值彡5的孤峰。SI的C曲線m值為352，且橫坐標(biāo)在O <橫坐標(biāo)< 352時，曲線峰值彡6，S2的C曲線m值為O。上述表明，SI試樣檢測長度內(nèi)有空段，經(jīng)計算，空段占比Φ為39.46%，S2檢測長度內(nèi)無空段。檢測結(jié)果與真實情況一致。
[0041]實施例二:
[0042]制備導(dǎo)線耐張線夾鋼管與鋼絞線壓接試樣S3、S4、S5。S3、S4的型號為NY-300/40，S5的型號為NY-400/50。選用帶楔塊的縱波直探頭，晶片尺寸為6 mm，頻率為10MHz，楔塊延遲時間為15 μ S。增益設(shè)定為43dB。S3、S4的檢測長度為100 mm, S5試樣的檢測長度為130 mm。增益設(shè)定為43dB。試樣檢測結(jié)果可見表1，方法的定量結(jié)果與真實缺陷情況一致，本實施例中最大定量誤差為0.5 mm。
[0043]表I試樣檢測結(jié)果
[0044]
試樣編號[S3[S4[S5
空段占比 Φ/% 23.57θΓδ31Λ
缺陷定量結(jié)果/ mm 23.57θΓδ40.82
真實缺陷長度/_ 24941
[0045]應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0046]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，用于在鋼管與鋼絞線壓接后針對鋼管與鋼絞線壓接段的內(nèi)空缺陷進行檢測，適用于導(dǎo)線耐張線夾和地線耐張線夾；其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:確定待檢耐張線夾鋼管原始尺寸，選用帶楔塊的縱波直探頭，頻率為5?10MHz，晶片尺寸根據(jù)鋼管外徑R選定；所述的楔塊，其延遲時間需> 4 μ S，耦合劑選用機油； 步驟2:采用超聲儀的B掃功能及脈沖反射法，時基范圍s ^ 20 mm,儀器增益設(shè)定為43?47dB，使探頭從鋼管底端向管口方向，沿鋼管的壓接面軸向中心線采集B掃數(shù)據(jù)； 步驟3:針對結(jié)構(gòu)及缺陷特點，對B掃數(shù)據(jù)進行特征增強處理，以獲取特征增強型矩陣E0 步驟4:從特征增強型矩陣E中提取出對缺陷敏感的特征量C，繪制出特征量C的變化曲線，曲線的橫軸表示各元素的序號，縱軸為元素值； 步驟5:通過特征量C的變化曲線分析檢測段內(nèi)是否存在內(nèi)空缺陷，獲取橫軸與曲線第一個交點的橫坐標(biāo)m，若m不存在，則判斷檢測段內(nèi)全部為空段；若m > 0，且橫坐標(biāo)在O和m之間時，曲線峰值> 6,則判定檢測長度內(nèi)存在內(nèi)空缺陷；若不符合上述兩種情況,貝U判定檢測長度內(nèi)不存在內(nèi)空缺陷； 步驟6:若判定檢測段內(nèi)存在內(nèi)空缺陷，計算m與特征量C元素總量M的比值δ，檢測段空段占比Φ即為δ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，其特征在于:步驟I中所述的晶片尺寸根據(jù)鋼管外徑R選定，其選定標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)鋼管外徑17mm，晶片尺寸選為6 mm R > 17 mm且R彡22 mm，晶片尺寸選為8 mm ;當(dāng)1?> 22 mm，晶片尺寸選為10 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，其特征在于:步驟3中所述的對B掃數(shù)據(jù)進行特征增強處理以獲取特征增強型矩陣E，其具體實現(xiàn)過程包含以下子步驟: 步驟3.1:讀取B掃原始數(shù)據(jù)矩陣Ztl (M行N列)，選取一定的列閾值A(chǔ)以去除固定界面波，得到新的矩陣Z (M行N-A列)，A值等于固定界面波所占的數(shù)據(jù)寬度；步驟3.2:設(shè)定列間隔T，從Z矩陣第I列開始以T列為間隔，連續(xù)選定3組M行T列的矩陣數(shù)據(jù)Zl、Z2、Z3，其中Zl的起始列為第I列，Z2的起始列為第(T+1)列，Z3的起始列為第(2T+1)列，所述的列間隔T為NXb/s舍尾取整，其中，b為受壓前待檢耐張線夾鋼管壁厚，N為原始檢測數(shù)據(jù)矩陣Ztl的列數(shù)，s為時基范圍的設(shè)定值； 步驟3.3:以255與Zl、Z2、Z3各矩陣每行數(shù)據(jù)最大值的比值為該行數(shù)據(jù)的補償系數(shù)，使Zl、Z2、Z3每行的各元素分別乘以該行的補償系數(shù)，得到新的矩陣El、E2、E3 ； 步驟3.4:采用Ostu算法對El、E2、E3進行二值化，構(gòu)建一個新的M行T列的矩陣E，其元素Eij = MaxiElij, E2ij; E3U}，E矩陣即特征增強型矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于特征增強的耐張線夾壓接缺陷超聲B掃檢測方法，其特征在于:步驟4中所述的特征量C，其元素Ci值為非負(fù)數(shù)，i為元素序號當(dāng)E矩陣第i行最大值元素所在的列數(shù)U,2時，Ci等于Ui,否則，Ci等于O。
【文檔編號】G01N29/04GK104181233SQ201410424671
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李曉紅, 朱成麗, 張俊, 梁龍雙 申請人:武漢大學(xué)