CN114636753A - 一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法，其中，该方法包括：分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时不同提离值下的缺陷漏磁信号；基于背景磁场值和缺陷漏磁信号，获取不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距；根据背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解；根据缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果点。本发明能够构建缺陷尺寸量化解析解，保证了求解精度，同时为正向一次求解计算，解决了已有缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法和装置。
背景技术
由于对被测试件表面状况要求程度低、易于自动化和数字化、检测速度快、可靠性高、易于量化等优点。漏磁检测是铁磁性材料中应用最为广泛的无损检测技术之一，通过对被测试件饱和磁化，检测缺陷处泄漏磁场，对检测到的漏磁信号进行量化分析，最终通过逆问题求解输出被测试件上缺陷的尺寸信息。在对缺陷尺寸量化过程中，最常用的方法之一是构建合适的漏磁信号缺陷参数求解模型，根据采样到的漏磁信号通过正向或者迭代逆向计算出缺陷尺寸参数。其中如何准确而快速的实现缺陷漏磁信号求解缺陷尺寸的方法是整个缺陷尺寸量化过程的重点与难点。
现有的相关技术中，缺陷漏磁信号量化方法主要有直接反演法和迭代反演两类。直接反演法是直接建立从缺陷漏磁信号到缺陷尺寸之间的逆向映射模型，主要是基于统计模型或机器学习模型。优点是速度快，缺点是物理意义不明确，样本依赖性重，误差大；而迭代反演法是利用从缺陷尺寸到缺陷漏磁信号这具有唯一性的正向模型的反复迭代求解缺陷尺寸。优点是通过不断逼近缺陷尺寸，精度较高但是由于迭代计算计算模型复杂，计算时间长，缺陷尺寸量化效率较低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法，本发明从理论磁偶极子模型出发，利用缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的特征，以及不同提离值下的背景磁场平衡点间距，构建缺陷尺寸量化解析解。基于此，本发明的理论物理模型清晰，误差小，保证了求解精度；同时为正向一次求解计算，解决了已有缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题。
本发明的另一个目的在于提出一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置。
为达上述目的，本发明一方面提出了一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法，包括：
分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时不同提离值下的缺陷漏磁信号；基于背景磁场值和缺陷漏磁信号，获取不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距；根据背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解；根据缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果。
本发明实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法，不仅理论物理模型清晰，误差小，保证了求解精度；而且同时为正向一次求解计算，解决了已有缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题。
另外，根据本发明上述实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述缺陷漏磁信号为：
Bx(x,y)
其中，x方向为水平磁化方向，x大小为水平位置，y方向为与磁化方向垂直的法向方向，y大小为提离值，坐标原点为铁磁性材料被测试件表面，Bx表示缺陷泄漏磁场的水平分量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取所述不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距，包括：获取第一提离值下对应的第一漏磁信号背景磁场平衡点间距，以及第二提离值下对应的第二漏磁信号背景磁场平衡点间距。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述背景磁场平衡点为所述缺陷漏磁信号与所述背景磁场值的交点，所述缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距为所述缺陷漏磁信号与所述背景磁场值的大小的交点之间的间距。
进一步地，在本发明的一个实施例中，基于多个所述缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点，选取缺陷漏磁信号峰值最临近的两个，预设为右邻近平衡点xd_p和左邻近平衡点xd_n，取左右邻近平衡点之间的间距作为所述缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距2xd，则满足的关系为：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述缺陷漏磁信号以及背景磁场对应的提离值，为磁场测量传感器与被测试件表面的垂直距离。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述缺陷深度量化解由下面公式得到：
其中，h为缺陷深度量化解，xd1为第一漏磁信号背景磁场平衡点间距，xd2为第二漏磁信号背景磁场平衡点间距，d1为第一提离值，d2为第二提离值，则xd1为第一提离值d1下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距的一半，xd2为第二提离值d2下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距的一半。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基缺陷半宽度量化解由下面公式得到：
其中，w为缺陷半宽度量化解。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述缺陷宽度量化结果与所述缺陷半宽度量化解满足下面公式：
w0＝2w
其中，wo为缺陷宽度量化结果。
为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置，包括：
第一获取模块，用于分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时所述不同提离值下的缺陷漏磁信号；第二获取模块，用于基于所述背景磁场值和所述缺陷漏磁信号，获取所述不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距；解析计算模块，用于根据所述背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解；结果获取模块，用于根据所述缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果。
本发明实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置，不仅理论物理模型清晰，误差小，保证了求解精度；而且同时为正向一次求解计算，解决了已有缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法流程图；
图2(a)、图2(b)分别为根据本发明实施例的缺陷尺寸为8.0mm×5.4mm的不同提离值下缺陷漏磁信号与背景磁场的磁场平衡点图；
图3为根据本发明实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法及装置。
图1是本发明一个实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法的流程图。
如图1所示，该方法包括但不限于以下步骤：
步骤S1，分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时不同提离值下的缺陷漏磁信号。
具体地，获取无缺陷时，不同提离值下的背景磁场大小Bx_nodefect；主要是缺陷泄漏磁场的水平分量。
作为一种示例，如图2(a)所示，包括提离值d1＝0.5mm下对应背景磁场信号Bx_nodefect_d1；以及提离值d2＝1.0mm下对应背景磁场信号Bx_nodefect_d2，如图2(b)所示。
进一步地，获取有缺陷时，不同提离值下的缺陷漏磁信号Bx(x,y)，其中x方向为水平磁化方向，x大小为水平位置，y方向为与磁化方向垂直的法向方向，y大小为提离值；坐标原点为铁磁性材料被测试件表面，Bx表示缺陷泄漏磁场的水平分量。
作为一种示例，如图2(a)所示，包括提离值d1＝0.5mm下对应缺陷漏磁信号Bx_d1(x,y)；以及提离值d2＝1.0mm下对应缺陷漏磁信号Bx_d2(x,y)，如图2(b)所示。
步骤S2，基于背景磁场值和缺陷漏磁信号，获取不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距。
可以理解的是，获取不同提离值下缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距为2xd。
具体地，即获取提离值d1＝0.5mm下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距2xd1，如图2(a)所示所述的缺陷漏磁信号平衡点，选取缺陷漏磁信号峰值最临近的两个，即右邻近平衡点xd_p和左邻近平衡点xd_n，取左右邻近平衡点之间的间距作为缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距2xd。他们之间满足的关系为：
最终得到提离值d1＝0.5mm下对应的漏磁信号背景磁场平衡点半间距xd1＝4.76mm；
进一步地，提离值d2＝1.0mm下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距2xd2；如图2(b)所示所述的缺陷漏磁信号平衡点，选取缺陷漏磁信号峰值最临近的两个，即右邻近平衡点xd_p和左邻近平衡点xd_n，取左右邻近平衡点之间的间距作为缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距2xd。他们之间满足的关系为：
最终得到提离值d2＝1.0mm下对应的漏磁信号背景磁场平衡点半间距xd2＝5.18mm。
步骤S3，根据背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解。
具体地，利用所获取到漏磁信号背景磁场平衡点间距2xd1、2xd2，以及对应的提离值d1和d2，根据基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解h。
作为一种示例，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式满足以下特征：
其中，xd1为提离值d1下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距的一半，xd2为提离值d2下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距的一半；
因此，得到缺陷深度量化解h＝6.8mm。
进一步地，利用所获取到漏磁信号背景磁场交点间距2xd1、2xd2，以及对应的提离值d1和d2，根据基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解w。
作为一种示例，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式满足以下特征：
因此，得到缺陷半宽度量化解w＝4.4mm。
步骤S4，根据缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果。
具体地，根据所得到缺陷半宽度量化解w，可以得到缺陷宽度量化结果wo。
作为一种示例，缺陷宽度量化结果wo与所述缺陷半宽度量化解w满足下述等式：
w0＝2w
因此，得到缺陷宽度量化结果wo＝8.8mm。
最后，在本发明的一个实施例中，所使用的金属损失型缺陷真实尺寸——宽度为8.0mm、深度5.4mm。最终，采样本发明采用基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法得到给定缺陷漏磁信号求解误差——深度误差25.9％，宽度误差10％。可见采用本发明的方法能实现漏磁检测中缺陷尺寸准确反演。此外，采用本发明的方法，对缺陷漏磁信号进行求解，仅需一次求解，求解模型简单，计算速度快。
根据本发明实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法，从理论磁偶极子模型出发，利用缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的特征，以及不同提离值下的背景磁场平衡点间距，构建缺陷尺寸量化解析解。基于此，本发明的理论物理模型清晰，误差小，保证了求解精度；同时为正向一次求解计算，解决了已有缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题。
为了实现上述实施例，如图3所示，本实施例中还提供了基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置10，该装置10包括：第一获取模块100、第二获取模块200、解析计算模块300和结果获取模块400。
第一获取模块100，用于分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时不同提离值下的缺陷漏磁信号；
第二获取模块200，用于基于背景磁场值和缺陷漏磁信号，获取不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距；
解析计算模块300，用于根据背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解；
结果获取模块400，用于根据缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果。
根据本发明实施例提出的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置，从理论磁偶极子模型出发，利用缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的特征，以及不同提离值下的背景磁场平衡点间距，构建缺陷尺寸量化解析解。基于此，本发明的理论物理模型清晰，误差小，保证了求解精度；同时为正向一次求解计算，解决了已有缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题。
需要说明的是，前述对基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置，此处不再赘述。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时所述不同提离值下的缺陷漏磁信号；
基于所述背景磁场值和所述缺陷漏磁信号，获取所述不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距；
根据所述背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解；
根据所述缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缺陷漏磁信号为：
Bx(x,y)
其中，x方向为水平磁化方向，x大小为水平位置，y方向为与磁化方向垂直的法向方向，y大小为提离值，坐标原点为铁磁性材料被测试件表面，Bx表示缺陷泄漏磁场的水平分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距，包括：
获取第一提离值下对应的第一漏磁信号背景磁场平衡点间距，以及第二提离值下对应的第二漏磁信号背景磁场平衡点间距。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述背景磁场平衡点为所述缺陷漏磁信号与所述背景磁场值的交点，所述缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点间距为所述缺陷漏磁信号与所述背景磁场值的大小的交点之间的间距。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于多个所述缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点，选取缺陷漏磁信号峰值最临近的两个，设为右邻近平衡点xd_p和左邻近平衡点xd_n，取左右邻近平衡点之间的间距作为缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距2xd，则满足的关系为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缺陷漏磁信号以及背景磁场对应的提离值，为磁场测量传感器与被测试件表面的垂直距离。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述缺陷深度量化解由下面公式得到：
其中，h为缺陷深度量化解，xd1为第一漏磁信号背景磁场平衡点间距，xd2为第二漏磁信号背景磁场平衡点间距，d1为第一提离值，d2为第二提离值，xd1为第一提离值d1下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距的一半，xd2为第二提离值d2下对应的漏磁信号背景磁场平衡点间距的一半。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基缺陷半宽度量化解由下面公式得到：
其中，w为缺陷半宽度量化解。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述缺陷宽度量化结果与所述缺陷半宽度量化解满足下面公式：
w0＝2w
其中，wo为缺陷宽度量化结果。
10.一种基于背景磁场平衡点的漏磁检测缺陷快速量化装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于分别获取无缺陷时不同提离值下的背景磁场值以及有缺陷时所述不同提离值下的缺陷漏磁信号；
第二获取模块，用于基于所述背景磁场值和所述缺陷漏磁信号，获取所述不同提离值下的缺陷漏磁信号的背景磁场平衡点的间距；
解析计算模块，用于根据所述背景磁场平衡点的间距，基于背景磁场平衡点的缺陷深度解析公式，得到缺陷深度量化解；以及，基于背景磁场平衡点的缺陷宽度解析公式，得到缺陷半宽度量化解；
结果获取模块，用于根据所述缺陷半宽度量化解得到缺陷宽度量化结果。
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| CN (1) | CN114636753A (zh) |
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-
2022
- 2022-03-09 CN CN202210225626.7A patent/CN114636753A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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