基于支持向量機的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無損檢測【技術領域】，涉及一種基于支持向量機的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測方法，該方法選擇良好焊縫，含氣孔焊縫以及未焊透焊縫三個類型下的多個焊接樣本作為訓練樣本，測量每個樣本同一時刻下的四路巨磁電阻傳感器輸出信號，提取信號的峰峰值，方差和斜率變化作為特征量，共使用兩個支持向量機模型，第一個支持向量機用來區(qū)分有缺陷樣本和無缺陷樣本，第二個支持向量機用來確認有缺陷樣本的缺陷類型。在對待測試件進行檢測時，首先提取其特征量，將特征量輸入第一個支持向量機模型，若為良好焊縫則結束，否則認為有缺陷焊縫，輸入至第二個支持向量機模型進行進一步的分類處理。本發(fā)明可以準確的對待測樣本的缺陷類型進行識別及分類。
【專利說明】基于支持向量機的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無損檢測【技術領域】，特別涉及一種焊接質量的電渦流檢測方法。
【背景技術】
[0002]焊接技術被廣泛應用于能源，石化，核工業(yè)，交通運載工具制造以及其他一些工業(yè)過程[1-3]。在焊接過程中，對焊接缺陷進行檢測和估計，可降低廢品率提高生產效率；在設備運行過程中，檢測焊接處由于溫度、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，通過對焊接缺陷的檢測和分類可以對后續(xù)的修補和替換帶來判斷依據。
[0003]電渦流檢測是一種重要的無損檢測方法[5]。對于焊接缺陷的電渦流檢測，焊接區(qū)域粗糙表面引入的測量噪聲對缺陷檢測影響極大[6]。許多改進的電渦流檢測的激勵線圈，如矩形線圈[7]、差分薄餅線圈、TR探頭、帶差分檢測線圈的均勻渦流探頭[8]、正交渦流線圈[2]被應用于焊接缺陷的檢測[7-9]。在激勵方式的改進方面，不同的激勵方式如雙頻激勵技術和脈沖激勵技術被用于檢測焊接缺陷[10，11]。
[0004]焊接缺陷如氣孔，夾雜和裂紋的存在會影響到被測試件內部的渦流分布，從而導致磁場分布的變化，因此直接檢測磁場給對缺陷的檢測和評估帶來了便利。人們嘗試使用直接的磁敏感元件來檢測磁場的變化情況來確定焊接質量的好壞，Hall [12]，AMR[6]，GMR[13]已經被用來對焊接周圍的渦流磁場進行檢測。
[0005]除了對激勵線圈和傳感器`的改進外，對獲得的缺陷信號的處理也是檢測能夠成功的關鍵因素。對缺陷信號的識別有多種方法，很多先進的信號處理技術被用于焊接缺陷的渦流檢測。神經網絡被用于對缺陷進行分類和重構[4，14];通過仿真模型數(shù)據和檢測數(shù)據的對比來進行缺陷形狀估計[9]，二維離散小波變換被用于焊接信號的去噪[14]。但是針對焊接缺陷電渦流檢測特征量非常少。特別是由于焊接表面的復雜紋理和結構，造成焊接渦流電磁信號通常帶有比較強的噪聲。如何區(qū)分噪聲信號和缺陷信號，給電渦流檢測提出了新的挑戰(zhàn)。
[0006]參考文獻
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【發(fā)明內容】

[0021]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術上的不足，提供一種響應速度快，實時性好且測量過程簡單并容易實現(xiàn)的焊接電渦流檢測裝置。為此，本發(fā)明釆用如下的技術方案:
[0022]一種基于支持向量機的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測方法，所釆用的檢測裝置包括一個矩形線圈、交流激勵電壓產生電路、四個相同的巨磁電阻傳感器、信號調理電路、數(shù)據釆集模塊、分析計算模塊，其中，交流激勵電壓產生電路的輸出連接到矩形線圈；四個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線，使得矩形線圈產生的一次磁場方向垂直于巨磁電阻的敏感軸方向；矩形線圈的內部放置一塊永磁鐵，用于對磁場進行偏置；四個巨磁電阻的輸出分別連接信號調理電路的不同的通道，信號調理電路用于對巨磁電阻的輸出信號進行濾波及放大；經過調理后的信號經過數(shù)據釆集模塊輸入到分析計算模塊，分析計算模塊用于解調檢測到的四路通道信號的實部數(shù)據，并根據實部數(shù)據檢測是否存在焊接缺陷，檢測方法如下:
[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，分別進行檢測，對采集的不同焊縫種類的樣本的四輸出通道數(shù)據，計算同一時刻下的四路信號相互之間的峰峰值、方差和斜率變化三個樣本特征量；
[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練樣本集；
[0025](3)以第一訓練樣本集內的樣本特征量為輸入端,建立第一支持向量機模型,用于對樣本有無缺陷進行識別和分類，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)以第二訓練樣本集內的樣本特征量為輸入端，建立第二支持向量機模型，用來對有缺陷樣本進行進一步識別，確認其缺陷類型，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)在對待測焊縫樣本的檢測過程中，測量待測樣本四路輸出信號，并獲取峰峰值，方差和斜率變化特征量；
[0028](6)將待測焊縫樣本的峰峰值、方差和斜率變化特征量輸入訓練好的第一支持向量機模型，若為良好焊縫則輸出為I并結束，若輸出為-1則認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模型進行進一步的分類處理，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)明在一個矩形線圈下部同時放置四個巨磁電阻傳感器，同時檢測焊縫兩側的磁場分布，以四個通道的信號的峰峰值、方差和斜率變化三個參數(shù)作為評價焊接質量的參數(shù)。通過三個參數(shù)的數(shù)值及焊縫缺陷的種類訓練支持向量機，用于對新被測焊縫的檢驗和分類。支持向量機的分類原理是將向量映射到一個高維空間內并在這個空間內建立一個最佳超平面使得屬于兩個不同類型的數(shù)據點之間的間隔最大?；谶@個原理，并結合本發(fā)明所使用的特征量的分布情況，建立兩個二分類支持向量機模型，通過至多兩步完成對待測樣本缺陷類型的識別，無論是在分類速度和精度上都優(yōu)于多分類支持向量機模型?？傊?，本發(fā)明的檢測方法，響應速度快，實時性好，且測量過程簡單，造價低，易于實施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1、(a)焊縫電渦流檢測裝置探頭示意圖；
[0032](b)焊縫電渦流檢測裝置探頭截面示意圖；
[0033](c)焊縫電渦流檢測裝置探頭側面示意圖；
[0034]圖2、焊縫電渦流檢測系統(tǒng)結構圖；
[0035]圖3、焊縫電渦流檢測實現(xiàn)過程示意圖；
[0036]圖4、對樣本有無缺陷進行分類的svml的訓練結果；
[0037]圖5、對樣本缺陷類型進行識別的svm2的訓練結果；
[0038]圖中:
[0039]1、焊縫2、激勵線圈
[0040]3、激勵電壓產生電路 4、巨磁電阻傳感器
[0041]5、巨磁電阻敏感軸方向 6、信號調理電路
[0042]7、數(shù)據采集模塊8、分析計算模塊[0043]9、永磁鐵【具體實施方式】:
[0044]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0045]參見圖1和圖2，檢測裝置包括一個矩形激勵線圈2(本實施例矩形線圈的尺寸為長60mm，寬30mm，高25mm)、激勵電壓信號產生電路3、四個相同的巨磁電阻傳感器芯片4(本實施例四個巨磁電阻芯片之間的距離為2mm)、信號調理電路6、數(shù)據采集模塊7、分析計算模塊8組成。激勵電壓產生電路3的輸出連接矩形線圈2的導線；四個巨磁電阻傳感器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；四個巨磁電阻的輸出分別連接具有四個通道的信號調理電路6，信號調理電路6用于將巨磁電阻的輸出信號進行濾波及放大；經過調理后的信號經過數(shù)據采集模塊7輸入到分析計算模塊8。測量過程中，將焊縫放置于檢測探頭的巨磁電阻芯片4(2)和4(3)之間。
[0046]檢測算法主要步驟如下:
[0047](I)獲取學習樣本
[0048]對良好焊縫和不同種類缺陷焊縫進行編號。通過焊接缺陷檢測系統(tǒng)的分析計算模塊8計算四個通道信號的峰峰值、方差和斜率變化。本實施例中，經過四個通道輸出的四個巨磁電阻4(1)、4(2)、4(3)、4(4)的輸出電壓信號分別為X1, x2, x3, X4，在分析計算模塊8中計算峰峰值
[0049]Vpp=max (X1, x2, x3, x4) -min (X1, X2, x3, x4) (I)
[0050]在分析計算模塊8中計算信號X1, x2, x3, X4的方差為Var
[0051]
【權利要求】
1.一種基于支持向量機的焊接缺陷巨磁電阻渦流檢測方法，所采用的檢測裝置包括一個矩形線圈、交流激勵電壓產生電路、四個相同的巨磁電阻傳感器、信號調理電路、數(shù)據采集模塊、分析計算模塊，其中，交流激勵電壓產生電路的輸出連接到矩形線圈；四個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線，使得矩形線圈產生的一次磁場方向垂直于巨磁電阻的敏感軸方向；矩形線圈的內部放置一塊永磁鐵，用于對磁場進行偏置；四個巨磁電阻的輸出分別連接信號調理電路的不同的通道，信號調理電路用于對巨磁電阻的輸出信號進行濾波及放大；經過調理后的信號經過數(shù)據采集模塊輸入到分析計算模塊，分析計算模塊用于解調檢測到的四路通道信號的實部數(shù)據，并根據實部數(shù)據檢測是否存在焊接缺陷，檢測方法如下: (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，分別進行檢測，對采集的不同焊縫種類的樣本的四輸出通道數(shù)據，計算同一時刻下的四路信號相互之間的峰峰值、方差和斜率變化三個樣本特征量； (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練樣集； (3)以第一訓練樣本集內的樣本特征量為輸入端，建立第一支持向量機模型，用于對樣本有無缺陷進行識別和分類，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)以第二訓練樣本集內的樣本特征量為輸入端，建立第二支持向量機模型，用來對有缺陷樣本進行進一步識別，確認其缺陷類型，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)在對待測焊縫樣本的檢測過程中，測量待測樣本四路輸出信號，并獲取峰峰值，方差和斜率變化特征量； (6)將待測焊縫樣本的峰峰值、方差和斜率變化特征量輸入訓練好的第一支持向量機模型，若為良好焊縫則輸出為I并結束，若輸出為-1則認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模型進行進一步的分類處理，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】G01N27/90GK103760229SQ201410008925
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】王超, 叢正, 高鵬, 李旸 申請人:天津大學