CN112484681A - 裂纹深度检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种裂纹深度检测方法及装置，所述方法包括：使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及激光红外热成像无损检测技术领域，尤其涉及一种裂纹深度检测方法及装置。
背景技术
激光热成像无损检测技术是一种有效检测材料表面裂纹的方法，基本原理是利用激光在表面裂纹附近进行激励产生热量，表面裂纹会阻碍热量的传播造成热量累积温度升高，通过分析由热像仪记录的热图可以获得裂纹的信息。
目前，基于激光热成像方法检测材料表面裂纹深度主要是依赖温度的幅值信息，而温度幅值的大小易受到材料表面吸收率的影响，根据测量材料热物性不同、相同材料表面吸收率不同需要临时参数调整或校正。
因此，现有的通过温度幅值来检测材料表面裂纹深度的方法容易受到噪声的影响，并因此导致了检测精度低，检测稳定性差的缺陷。
发明内容
本发明实施例提供一种裂纹深度检测方法及装置，用以解决现有技术中检测精度低，检测稳定性差的缺陷，实现检测精度和检测稳定性的提高。
本发明实施例提供一种裂纹深度检测方法，包括：
使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；
在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；
基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；
基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
根据本发明一个实施例的裂纹深度检测方法，所述使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点之前，还包括：
基于待测样品的热性能确定所述预设频率。
根据本发明一个实施例的裂纹深度检测方法，所述第一路径是以所述激励点为起点，不经过所述裂纹的线段上的点集；
所述第二路径是以所述激励点为起点，经过所述裂纹的线段上的点集。
根据本发明一个实施例的裂纹深度检测方法，所述基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度，具体包括：
基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取相位相对滞后量；
基于所述相位相对滞后量获取裂纹深度。
根据本发明一个实施例的裂纹深度检测方法，所述基于待测样品的热性能确定所述预设频率，具体包括：
获取裂纹最大深度的估计值和所述待测样品的热扩散系数；
基于所述裂纹最大深度的估计值和所述待测样品的热扩散系数获取激光的预设频率。
根据本发明一个实施例的裂纹深度检测方法，所述基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取相位相对滞后量，具体包括：
以所述第一路径的相位减去所述第二路径的相位，获取相位相对滞后量。
根据本发明一个实施例的裂纹深度检测方法，所述基于所述相位相对滞后量获取裂纹深度，具体包括：
基于裂纹深度获取公式和相位相对滞后量，获取裂纹深度；
所述裂纹深度获取公式为：
其中，h是裂纹深度，f是激光的预设频率，
是在激光的预设频率为f下裂纹深度为h时的相位相对滞后量，a、b为预设系数。
本发明实施例还提供一种裂纹深度检测装置，包括：
激励模块，用于使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；
采集模块，用于在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；
第一获取模块，用于基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；
第二获取模块，用于基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述裂纹深度检测方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述裂纹深度检测方法的步骤。
本发明实施例提供的裂纹深度检测方法及装置，通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种裂纹深度检测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种裂纹深度检测装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的一种裂纹深度检测方法的流程示意图，如图1所示，具体包括：
步骤101、使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；
具体地，激光功率选择由材料的表面吸收率与损伤阈值决定，保证在材料表面裂纹两侧产生明显温差，激励位置位于裂纹一侧附近。激光的频率是根据待测样品进行选择的，为了获取最好的激励效果，激光的预设频率与待测样品的类型是相适应的。激励的位置在待测样品表面靠近裂纹的位置。
通过根据待测样品的种类选择激光频率，提高了激光的激励效果，同时也提高了测量的精度。
步骤102、在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；
具体地，采集激励点附近预设范围内的热图，采集的时间为预设时间段内，通常为激励频率对应的一个周期以上。
通过在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图，为进一步根据第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度创造了条件。
步骤103、基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；
具体地，对热图进行快速傅里叶变换，能够获取热图中的第一路径和第二路径的相位。
通过获取热图中的第一路径和第二路径的相位，为进一步根据第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度创造了条件。
步骤104、基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
具体地，第二路径的相位由于经过了裂纹，导致其与第一路径的相位存在差值，可以基于第一路径的相位和第二路径的相位的差值，获取裂纹深度。
通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性。
可选地，在上述各实施例的基础上，所述使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点之前，还包括：
基于待测样品的热性能确定所述预设频率。
具体地，激光功率选择由材料的表面吸收率与损伤阈值决定，保证在材料表面裂纹两侧产生明显温差，激励位置位于裂纹一侧附近。具体确定激光预设频率的方法是基于待测样品的热性能确定预设频率。
通过根据待测样品的种类选择激光频率，提高了激光的激励效果，同时也提高了测量的精度。
可选地，在上述各实施例的基础上，所述第一路径是以所述激励点为起点，不经过所述裂纹的线段上的点集；
所述第二路径是以所述激励点为起点，经过所述裂纹的线段上的点集。
具体地，第一路径是以所述激励点为起点，不经过所述裂纹的线段上的点集；第二路径是以所述激励点为起点，经过所述裂纹的线段上的点集。第二路径的相位由于经过了裂纹，导致其与第一路径的相位存在差值，可以基于第一路径的相位和第二路径的相位的差值，获取裂纹深度。
通过获取热图中的第一路径和第二路径的相位，为进一步根据第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度创造了条件。
可选地，在上述各实施例的基础上，所述基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度，具体包括：
基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取相位相对滞后量；
基于所述相位相对滞后量获取裂纹深度。
具体地，计算第一路径和第二路径在预设频率上的相位分布；第二路径的相位由于经过了裂纹，导致其与第一路径的相位存在差值，可以基于第一路径的相位和第二路径的相位的差值获取相位相对滞后量；最后基于获取的相位相对滞后量获取裂纹深度。
通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性。
可选地，在上述各实施例的基础上，所述基于待测样品的热性能确定所述预设频率，具体包括：
获取裂纹最大深度的估计值和所述待测样品的热扩散系数；
基于所述裂纹最大深度的估计值和所述待测样品的热扩散系数获取激光的预设频率。
具体地，激光功率选择由材料的表面吸收率与损伤阈值决定，保证在材料表面裂纹两侧产生明显温差。激励位置从裂纹底部(估计裂纹最大深度)绕过后到材料表面路程长度的估计为l，当材料为薄板结构时可将裂纹最大深度估计为薄板的厚度。
热扩散长度定义：
其中，μ是热扩散长度，a是热扩散系数，f是激励频率。
对于各向同性的材料，热扩散系数的定义为：
其中，K为热导率、ρ为样品密度，c样品比热容。
令μ＝l，此时应选择的激励频率(预设频率)为：
其中，a是热扩散系数，l是裂纹底部到材料表面路程长度的估计值。
通过根据待测样品的种类选择激光频率，提高了激光的激励效果，同时也提高了测量的精度。
可选地，在上述各实施例的基础上，所述基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取相位相对滞后量，具体包括：
以所述第一路径的相位减去所述第二路径的相位，获取相位相对滞后量。
具体地，第二路径的相位由于经过了裂纹，导致其与第一路径的相位存在差值，可以通过第一路径的相位减去所述第二路径的相位，获取相位相对滞后量。
通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取相位相对滞后量，并获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性
可选地，在上述各实施例的基础上，所述基于所述相位相对滞后量获取裂纹深度，具体包括：
基于裂纹深度获取公式和相位相对滞后量，获取裂纹深度；
所述裂纹深度获取公式为：
其中，h是裂纹深度，f是激光的预设频率，
是在激光的预设频率为f下裂纹深度为h时的相位相对滞后量，a、b为预设系数。
具体地，裂纹深度与相位相对滞后量是成线性关系的，a、b为预设系数。预设系数只与材料的热扩散系数有关。如何获取预设系数，首先制作待测材料的标准试件，预置不同标准深度裂纹，如1mm、2mm、3mm(标准试件深度数值间隔0.5mm～1mm)等不低于3个试件。通过前述步骤计算不同深度裂纹处的相位相对滞后量，通过最小二乘法得到待定系数的估计值和置信区间。
在获取预设系数时，当相位相对滞后量与深度线性关系不显著时应减小频率，以当前频率对应的热扩散长度的10％～20％为步长逐步增大热扩散长度，利用裂纹深度获取公式得到新的调整频率进行试验，直到产生显著的线性关系。
通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性。
图2是本发明实施例提供的一种裂纹深度检测装置的结构示意图，如图2所示，包括：激励模块201用于使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；采集模块202用于在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；第一获取模块203用于基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；第二获取模块204用于基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
具体地，激励模块201用于使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；为了获取最好的激励效果，激光的预设频率与待测样品的类型是相适应的。激励的位置在待测样品表面靠近裂纹的位置。采集模块202用于在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；其中，采集的时长通常为1个周期以上。第一获取模块203用于对热图进行快速傅里叶变换，获取热图中的第一路径和第二路径的相位；第二路径的相位由于经过了裂纹，导致其与第一路径的相位存在差值；通过第二获取模块204基于第一路径的相位和第二路径的相位获取裂纹深度。
通过获取待测材料激励点出的热图，并基于热图获取第一路径的相位和第二路径的相位，最后获取裂纹深度，提高了裂纹检测的精度和稳定性。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行裂纹深度检测方法，该方法包括：使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的裂纹深度检测方法，该方法包括：使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的裂纹深度检测方法，该方法包括：使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种裂纹深度检测方法，其特征在于，包括：
使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；
在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；
基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；
基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
2.根据权利要求1所述的裂纹深度检测方法，其特征在于，所述使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点之前，还包括：
基于待测样品的热性能确定所述预设频率。
3.根据权利要求1所述的裂纹深度检测方法，其特征在于，
所述第一路径是以所述激励点为起点，不经过所述裂纹的线段上的点集；
所述第二路径是以所述激励点为起点，经过所述裂纹的线段上的点集。
4.根据权利要求1所述的裂纹深度检测方法，其特征在于，所述基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度，具体包括：
基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取相位相对滞后量；
基于所述相位相对滞后量获取裂纹深度。
5.根据权利要求2所述的裂纹深度检测方法，其特征在于，所述基于待测样品的热性能确定所述预设频率，具体包括：
获取裂纹最大深度的估计值和所述待测样品的热扩散系数；
基于所述裂纹最大深度的估计值和所述待测样品的热扩散系数获取激光的预设频率。
6.根据权利要求4所述的裂纹深度检测方法，其特征在于，所述基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取相位相对滞后量，具体包括：
以所述第一路径的相位减去所述第二路径的相位，获取相位相对滞后量。
7.根据权利要求4所述的裂纹深度检测方法，其特征在于，所述基于所述相位相对滞后量获取裂纹深度，具体包括：
基于裂纹深度获取公式和相位相对滞后量，获取裂纹深度；
所述裂纹深度获取公式为：
其中，h是裂纹深度，f是激光的预设频率，
是在激光的预设频率为f下裂纹深度为h时的相位相对滞后量，a、b为预设系数。
8.一种裂纹深度检测装置，其特征在于，包括：
激励模块，用于使用预设频率的激光在待测样品表面靠近裂纹的位置进行激励，获取激励点；
采集模块，用于在预设时间段内采集所述激励点处预设范围内的热图；
第一获取模块，用于基于所述热图获取第一路径的相位和第二路径的相位；
第二获取模块，用于基于所述第一路径的相位和所述第二路径的相位获取裂纹深度。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述裂纹深度检测方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述裂纹深度检测方法的步骤。
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