CN108828009A - 一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，涉及无损检测信号处理领域，包括：接收输入的多对电极电容成像检测信号，其中所述检测信号包含缺陷检测信号Y_n和无缺陷检测信号YS_n；求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n‑YS_n,并同时判断缺陷信号变化值△Y_n是否大于等于预设阀值P_n；如果否，则判断缺陷不存在；如果是，则判断缺陷存在；对缺陷信号Y_n对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标HX_n＝X_n‑d_n/2；对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标HY_n＝Y_n./YS_n；并根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制曲线图；当缺陷所对应曲线图的波谷个数为1时，确定最大电极对编号C_a；当同一缺陷所对应曲线图的波谷个数为2时，确定最小电极对编号C_b；则判定此缺陷的深度位于电极对C_a与C_b的有效检测深度之间。

Description

一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的 方法

技术领域

本发明涉及无损检测信号处理领域，尤其涉及一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法。

背景技术

多对电极电容成像检测技术是基于单对电极电容成像检测技术发展而来的一种新型检测技术，单对电极电容成像检测技术是一种利用一对共面电极板之间产生的准静态边缘电场对缺陷进行检测的技术，当缺陷位于共面电极板之间的有效检测电场内时，缺陷会扰动有效电场的分布，影响检测极板上测得的电荷数，从而达到检测缺陷的目的。

单对电极电容成像检测技术虽能对导体表面缺陷和非导体内部缺陷进行检测，但检测结果只能大致体现缺陷的长度和宽度信息，无法反映非导体内部缺陷的深度信息。随着无损检测技术朝着精细化、可视化方向快速发展，缺少缺陷深度信息这一重要参数的单对电极电容成像检测面临着诸多弊端；虽然单对电极电容成像检测技术在多次提离高度下能在一定程度上反映非导体内部缺陷的深度信息，检测过程中需要把导体材料放在非导体材料的下面，反映的缺陷深度信息也只有非导体材料的上部或下部两种信息；而且对同一缺陷进行多次扫描时需要花费较多的时间，效率较低；同时单对电极电容成像检测技术在多次提离高度下检测缺陷时，需要精准把握提离高度的变化范围，如果提离高度把握不准确，会对非导体材料内部缺陷的深度信息产生误判，造成检测结果不准确。

因此，有必要提出一种能细化非导体内部缺陷深度信息、效率高、检测准确的非导体内部缺陷深度判别方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度信息的方法，通过结合多对电极对间的检测结果、横纵坐标的变换及绘制曲线图实现非导体缺陷深度判别的方法，达到细化非导体内部缺陷深度信息、提高检测效率和提高检测准确率的目的。

本发明提供了一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，应用于提离高度不变的情况下基于多对电极电容成像检测技术的检测信号，包括：接收输入的多对电极电容成像检测信号，其中所述多对电极电容成像检测信号包含提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对含缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)；对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值，并同时判断多对电极电容成像检测技术缺陷信号变化值△Y_n是否大于等于预设阀值P_n；如果否，则判断缺陷不存在；如果是，则判断缺陷存在；对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其中d₁、d₂……d_n为各电极对(C₁、C₂……C_n)的中心距；对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n；并根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制曲线图；当缺陷所对应曲线图的波谷个数为1时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最大电极对编号C_a，其中1≤a≤n；当同一缺陷所对应曲线图的波谷个数为2时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最小电极对编号C_b，其中1≤b≤n；则判定此缺陷的深度位于电极对C_a与电极对C_b的有效检测深度之间。

本发明提供了一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，在接收到输入的多对电极电容成像检测信号后，获取提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对含缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)；通过信号和数学处理软件，求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n，并同时判断多对电极电容成像检测技术缺陷信号变化值△Y_n是否大于等于预设阀值P_n；如果否，则判断缺陷不存在；如果是，则判断缺陷存在，实现对缺陷信号的初步筛选，防止缺陷的误判。为进一步准确识别缺陷的个数及细化非导体内部每个缺陷的深度信息，根据多对电极对电场线分层分布的特点，如果存在缺陷，需要对检测信号Y_n的横纵坐标进行变换。通过信号和数学处理软件进行变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其中d₁、d₂……d_n为各电极对(C₁、C₂……C_n)的中心距，对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换的目的是使不同电极对对同一缺陷的检测结果位于同一位置，防止误判缺陷的个数；对缺陷信号Y_n进行变换，通过信号和数学处理软件进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n，对缺陷信号Y_n进行变换的目的是使不同数量级的缺陷信号Y_n位于纵坐标为1的轴上，既消除了外部环境噪声的干扰，提高了缺陷判别的准确性，又为细化缺陷深度信息提供依据。借助于信号和数学处理软件，根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制曲线图。当缺陷所对应曲线图的波谷个数为1时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最大电极对编号C_a，其中1≤a≤n；当同一缺陷所对应曲线图的波谷个数为2时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最小电极对编号C_b，其中1≤b≤n；则判定此缺陷的深度位于电极对C_a与电极对C_b的有效检测深度之间，此判别方法根据波谷的个数判别缺陷的深度信息，能有效防止对缺陷误判，而且把单对电极成像检测技术基于提离效应对非导体材料缺陷位于上部或下部的深度判别信息，转换为缺陷的深度信息位于电极对C_a与电极对C_b之间，细化非导体缺陷的深度信息。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法的示意图一；

图2为本发明实施例一提供的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法的示意图二；

图3为本发明实施例二提供的7对电极电容成像检测探头示意图；

图4为本发明实施例二提供的非导体试件的示意图；

图5～图11分别为本发明实施例二提供的检测探头检测缺陷试件的检测信号Y₁、Y₂、Y₃、Y₄、Y₅、Y₆、Y₇；

图12～图18分别为本发明实施例二提供的检测探头检测无缺陷试件的检测信号YS₁、YS₂、YS₃、YS₄、YS₅、YS₆、YS₇；

图19为本发明实施例二提供的根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制的曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下获取的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，所述方法应用于基于多对电极电容成像检测技术的检测信号，所述多对电极电容成像检测信号包含提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对含缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)，本实施例提供的方法应用于提离高度不变的情况下基于多对电极电容成像检测技术的缺陷检测信号中。根据同一提离高度下多对电极电容成像检测原理，非导体中不同深度的缺陷对不同电极对间的电场扰动不同，因此采用不同电极对的检测结果，并对检测结果进行数据处理，使得不同深度的缺陷在曲线图中呈现不同的变化规律。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法的示意图一，如图所示，包括：

S101，接收输入的多对电极电容成像检测信号，其中所述多对电极电容成像检测信号包含提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对含缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)。

具体的，信号和数学处理软件接收输入的检测信号，其中接受输入的检测信号为同一提离高度L下多对电极电容成像检测探头输入的检测信号，该检测信号中包含提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对含缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)。

S102，对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n；S103，判断多对电极电容成像检测信号变化值△Y_n是否大于等于预设阀值P_n；S104，如果否，则判断缺陷不存在；S105，如果是，则判断缺陷存在。

具体的，信号或数学处理软件接收到检测探头输入的检测信号之后，调用预先编制好的计算处理程序对其求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n。引入判断阀值P_n，对缺陷信号变化值△Y_n与预设阀值P_n进行比较；大于阀值P_n的表示缺陷存在，小于阀值P_n的表示缺陷不存在。其中阀值P_n的确定为信号或数学处理软件接收检测探头输入的检测无缺陷试件的检测信号YS_n的动态变化比例，用于确定被判别缺陷的判别精度，从而获取预设阀值如P_n，例如采用P_n＝(1％～5％)YS_n，如图2所示，包括：a01，接收多电极对检测无缺陷试件的检测信号YS_n；a02，根据所述检测信号YS_n获取多电极动态的预设阀值P_n。

优选的，对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n，其特征在于，对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n包括借助excel软件求缺陷信号变化量、mathtype软件求缺陷信号变化量、labview软件求缺陷信号变化量和matlab软件编程求缺陷信号变化量。

S106，对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其中d₁、d₂……d_n为各电极对(C₁、C₂……C_n)的中心距；对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n；S107，根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制曲线图。

优选的，对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其特征在于，对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换包括借助excel软件进行坐标变换、mathtype软件进行坐标变换、labview软件进行坐标变换和matlab软件编程进行坐标变换。

优选的，对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n，其特征在于，对缺陷信号Y_n进行变换包括借助excel软件变换、mathtype软件变换、labview软件变换和matlab软件编程变换。

优选的，根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘成曲线图，其特征在于，根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘成曲线图包括借助excel软件绘曲线图、mathtype软件绘曲线图、labview软件绘曲线图和matlab软件编程绘曲线图。

S108，当缺陷所对应曲线图的波谷个数为1时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最大电极对编号C_a，其中1≤a≤n；当同一缺陷所对应曲线图的波谷个数为2时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最小电极对编号C_b，其中1≤b≤n；S109，此缺陷的深度位于电极对C_a与电极对C_b的有效检测深度之间。

本发明提供了一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，在接收到输入的多对电极电容成像检测信号后，获取提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)，其中0mm＜L＜20mm；通过信号和数学处理软件，求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n，并同时判断多对电极电容成像检测缺陷信号变化值△Y_n是否大于等于预设阀值P_n；如果否，则判断缺陷不存在；如果是，则判断缺陷存在，实现对缺陷信号的初步筛选，防止缺陷的误判。为进一步准确识别缺陷的个数及细化非导体内部每个缺陷的深度信息，根据多对电极对电场线分层分布的特点，如果存在缺陷，需要对检测信号Y_n的横纵坐标进行变换。对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，通过信号和数学处理软件进行变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其中d₁、d₂……d_n为各电极对(C₁、C₂……C_n)的中心距，对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换的目的是使不同电极对对同一缺陷的检测结果位于同一位置，防止误判缺陷的个数；对缺陷信号Y_n进行变换，通过信号和数学处理软件进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n，对缺陷信号Y_n进行变换的目的是使不同数量级的缺陷信号Y_n位于纵坐标为1的轴上，既消除了外部环境噪声的干扰，提高了缺陷判别的准确性，又为细化缺陷深度信息提供依据。借助于信号和数学处理软件，根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘成曲线图。当缺陷所对应曲线图的波谷个数为1时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最大电极对编号C_a，其中1≤a≤n；当同一缺陷所对应曲线图的波谷个数为2时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最小电极对编号C_b，其中1≤b≤n；则判定此缺陷的深度位于电极对C_a与电极对C_b的有效检测深度之间，此判别方法根据波谷的个数判别缺陷的深度信息，能有效防止误判，而且把单对电极成像检测技术基于提离效应对非导体材料缺陷位于上部或下部的深度判别信息，转换为缺陷的深度信息位于电极对C_a与电极对C_b之间，细化非导体缺陷的深度信息。

实施例二

基于实施例一提供的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，本实施例给出了多电极板数量为具体数值(例如采用n＝7，以下不在累赘)的实验实施方法，以验证该方法的有效性。

所述接收检测探头(如图3所示)输入的提离高度L＝2mm下的各电极对(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇)对含缺陷试件(如图4所示)的检测信号(Y₁、Y₂、Y₃、Y₄、Y₅、Y₆、Y₇)和同一提离高度L＝2mm下的各电极对(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、YS₃、YS₄、YS₅、YS₆、YS₇)；根据所述多电极对(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇)检测无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、YS₃、YS₄、YS₅、YS₆、YS₇)获取各多电极对(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇)动态的预设阀值(P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇)，其中P_n＝(4％)YS_n。其中，Y₁、Y₂、Y₃、Y₄、Y₅、Y₆、Y₇分别如图5～图11所示，YS₁、YS₂、YS₃、YS₄、YS₅、YS₆、YS₇分别如图12～图18所示。

对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其中d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇为各电极对(C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇)的中心距；对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n；并根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制曲线图，如图19所示；从图19可以看出本被测试件中含有四个缺陷，从图5～图11任意一个缺陷检测图都不能判断被测试件含有四个缺陷，汇总而成的图19提高了缺陷个数检测的准确性；从图19还可以看出：对于缺陷1，有1个波谷的最大电极对为C₁，有2个波谷的最小电极对为C₂，故判定缺陷1深度位于电极对C₁与C₂的有效检测深度之间；对于缺陷2，有1个波谷的最大电极对为C₂，有2个波谷的最小电极对为C₃，故判定缺陷1深度位于电极对C₂与C₃的有效检测深度之间；对于缺陷3，有1个波谷的最大电极对为C₄，有2个波谷的最小电极对为C₅，故判定缺陷1深度位于电极对C₄与C₅的有效检测深度之间；对于缺陷4，有1个波谷的最大电极对为C₆，有2个波谷的最小电极对为C₇，故判定缺陷1深度位于电极对C₆与C₇的有效检测深度之间；对四个缺陷深度的判定结果与图4所示缺陷试块示意图相吻合，从而证明此方法能有效判定非导体缺陷的深度信息，达到提高效率、提高检测准确性及细化缺陷深度信息的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，应用于提离高度不变的情况下基于多对电极电容成像检测技术的检测信号，其特征在于，包括：

接收输入的多对电极电容成像检测信号，其中所述多对电极电容成像检测信号包含提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对含缺陷试件的检测信号(Y₁、Y₂、……Y_n)和同一提离高度L下的各电极对(C₁、C₂……C_n)对同一材质无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)；

对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n,并同时判断多对电极电容成像缺陷信号变化值△Y_n是否大于等于预设阀值P_n；如果否，则判断缺陷不存在；如果是，则判断缺陷存在；

对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，其中d₁、d₂……d_n为各电极对(C₁、C₂……C_n)的中心距；对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n；并根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘制曲线图；

当缺陷所对应曲线图的波谷个数为1时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最大电极对编号C_a，其中1≤a≤n；当同一缺陷所对应曲线图的波谷个数为2时，确定各电极对(C₁、C₂……C_n)中的最小电极对编号C_b，其中1≤b≤n；则判定此缺陷的深度位于电极对C_a与电极对C_b的有效检测深度之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，其特征在于，所述接收输入的多对电极电容成像检测信号之后，包括：

根据所述多电极对(C₁、C₂……C_n)检测无缺陷试件的检测信号(YS₁、YS₂、……YS_n)获取各多电极对(C₁、C₂……C_n)动态的预设阀值(P₁、P₂……P_n)。

3.根据权利要求1所述的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，其特征在于，对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n，包括：

对所述多对电极电容成像缺陷检测信号求缺陷信号变化值△Y_n＝Y_n-YS_n包括借助excel软件求缺陷信号变化量、mathtype软件求缺陷信号变化量、labview软件求缺陷信号变化量和matlab软件编程求缺陷信号变化量。

4.根据权利要求1所述的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，其特征在于，对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换，变换后的横坐标为HX_n＝X_n-d_n/2，包括：

对缺陷信号Y_n所对应的横坐标X_n进行坐标变换包括借助excel软件进行坐标变换、mathtype软件进行坐标变换、labview软件进行坐标变换和matlab软件编程进行坐标变换。

5.根据权利要求1所述的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，其特征在于，对缺陷信号Y_n进行变换，变换后的纵坐标为HY_n＝Y_n./YS_n，包括：

对缺陷信号Y_n进行变换包括借助excel软件变换、mathtype软件变换、labview软件变换和matlab软件编程变换。

6.根据权利要求1所述的一种基于多对电极电容成像检测技术判别非导体缺陷深度的方法，其特征在于，根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘成曲线图，包括：

根据横坐标HX_n与纵坐标HY_n绘成曲线图包括借助excel软件绘曲线图、mathtype软件绘曲线图、labview软件绘曲线图和matlab软件编程绘曲线图。