CN117269311A - 基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置和方法，包括构建具备自动循迹功能的组合探伤爬壁小车装置和超声自动检测装置。检测过程共包含检测路径规划、超声表面波信号激励与采集、表面波信号相异系数计算、缺陷识别定位和标识四个步骤。本发明的技术效果在于，构建了具备自动循迹功能的组合探伤爬壁小车装置，通过表面波信号相异系数分析的方法，可实现仅沿压力容器圆周方向及轴线方向的少次往复运动控制即可实现容器本体全域缺陷的精确位置检测，解决了传统人工检测劳动强度高、检修危险系数高及目前压力容器检测装置应用范围窄、耗时长的问题。
Description
技术领域
本发明属于压力容器检测技术领域，具体涉及一种基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置和方法。
背景技术
压力容器是核电、石油化工、煤炭等装备制造业不可或缺的重要设备。由于压力容器在制造过程中通常存在原始缺陷,如焊缝中的气孔、夹渣等，此外绝大多数压力容器的使用环境大多是处于高压且变温的，所以长时间在此环境下使用后，压力容器容易产生表面及近表面缺陷，如腐蚀、表面气孔、裂纹和夹渣等。这些缺陷会产生应力集中，降低疲劳强度，降低承载压力等，严重影响了容器质量和设备安全性。某些设备一旦发生泄漏，会引起火灾、爆炸等灾难性事故，造成环境污染、人员伤亡等严重后果，故对压力容器定期进行质量检测是保证压力容器使用寿命和工业安全的关键。
随着科技的发展，无损检测装置和检测方法的种类越来越多，检测效率也不断提高。以压力容器为例，授权公告号为CN215573538U的一件中国专利公开了一种锅炉压力容器检验检测装置，通过对锅炉拆卸之后使用该装置可在锅炉内部不同深度进行自动检测，可替代传统人工检测及解决了现存检测装置支撑架不可调、夹持能力差等问题。但是大多压力容器本身具有质量较重、体积较大的特点，致使对其拆卸后再进行质量检查造成极其不便，且如果检测结果合格还需对其重新进行安装，进而使得工作人员的操作方式较为困难；授权公告号为CN217561414U的一件中国专利公开了一种压力容器缺陷检测装置，该装置能够在不对压力容器进行拆卸时，实现对压力容器的检测操作。但上述专利所公开的检测装置均需要对压力容器待检测表面所有位置点依次进行逐点扫查检测，且不适于在役复杂表面的检测。当所需检测压力容器待检测表面区域较大时，具有耗时长的缺点，且可能造成误检、漏检，很难实现对待检测物体整体的检测。
目前使用超声纵波、横波检测零件表面或近表面时常存在由于近场区声压的急剧波动和边界反射引起的回波重叠造成缺陷难以识别、成像效果差等问题；兰姆波传播距离远，但仅能在薄板和薄管等结构中传播，且传播时存在频散现象，模态较为复杂；而超声表面波相对于体波，能量集中于构件近表面，传播距离较远，对构件近表面缺陷敏感，对构件形状不敏感，且超声表面波检测能有效地避免表面缺陷和近表面缺陷回波与表面反射回波的重叠，对表面及近表面缺陷检测灵敏度高。目前已广泛应用于构件的近表面损伤如裂纹、腐蚀、冲击缺陷等的检测。
因此，为了解决上述问题，亟需设计一种基于表面波信号相关系数分析的压力容器缺陷检测装置和方法，一方面该装置能够通过组合探伤爬壁小车装置完成在压力容器表面设定路径的自动循迹，无需人工操控；另一方面，通过超声检测装置发射和接收超声表面波，使用信号相异系数分析方法对缺陷位置进行快速精确定位并对缺陷尺寸进行定量分析，从而能够实现对工作面的高效探伤。此外，在提高检测效率的同时，还能够通过标识装置对容器表面检测到的缺陷位置进行喷漆标记，以便于后续对缺陷进行维修工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置和方法，可实现对压力容器内外壁表面及近表面区域进行高效便捷的缺陷定位检测。构建了具备自动循迹功能的组合探伤爬壁小车装置，通过超声表面波相异系数分析的方法，可实现仅沿压力容器圆周方向及轴线方向的少次往复运动控制即可实现容器本体全域缺陷的精确检测，解决了传统人工检测劳动强度高、检修危险系数高及目前压力容器检测装置应用范围窄，耗时长的问题。本发明提供的装置和方法自动化程度高，可自行完成数据采集、数据分析、缺陷位置定位及标识等功能。
为实现上述目的，本发明提供一种基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置，包括组合探伤爬壁小车装置和超声自动检测装置：
组合探伤爬壁小车装置：所述装置由A、B两车体组成，其两车体均包括全位置运动平台、夹紧装置和可调节式磁力吸附装置；所述B车体底部具有喷漆标识装置；
所述全位置运动平台包括麦轮机构、小车上底板、下底板、驱动换向模组、循迹模组、定位模组；其特征在于所述麦克纳母轮与步进电机通过转轴和电机支架与小车上底板相连，不仅可实现全向移动，也可增强与壁面摩擦力；所述小车上底板与小车下底板之间由支撑钉连接，车体材料为碳钎维，可在保证机械强度条件下减轻装置质量；所述驱动换向模组在无线通讯控制模块作用下通过对步进电机脉冲控制使得爬壁小车具有循迹和换向功能，配合循迹模组和定位模组可实现全方位运动控制和小车定位；
所述夹紧装置包括支撑架、横向运动导轨、纵向运动导轨、连接架；所述运动导轨包括伺服电机、滚珠丝杠和导轨槽；夹紧装置固定于小车上底板与车体连接；
所述可调节式磁力吸附装置由永磁体通过螺栓1安装在小车下底板，通过无线通讯控制模块控制电流大小可调节永磁体磁性强弱以适应小车不同负载需求，用于提供吸附力使得爬壁小车吸附在压力容器壁面上而不脱落；
超声自动检测装置：所述装置包括脉冲发射器、脉冲接收器、发射探头、接收探头、自适应楔块、数据采集及处理模块；
所述发射探头和接收探头分别位于A、B车体两侧，即车体A为脉冲发射车体，B为脉冲接收车体；
由于所述压力容器一般体积较大，故工件表面曲率较小，因此，所述楔块端面通过铝壳和硅橡胶薄膜密封的水介质可充当耦合剂，并实现与容器表面的自适应接触，且可避免耦合剂的污染；
所述超声检测装置探头通过探头外壳和螺栓2固定于自适应楔块与连接架连接，然后通过夹紧装置与车体连接，并与电源装置和无线通讯控制模块电性连接；可实现表面波沿容器表面周向和轴向方向的发射和接收，通过车体前后左右逐步启停位移控制，从而获得多组周向和轴向表面波信号；
所述数据采集及处理模块包括数据采集卡和计算机；所述脉冲接收器与数据采集卡连接，可将表面波信号通过数据采集卡采集存储并传输至计算机进行相异系数分析；
在计算周向和轴向表面波相异系数之后确定交点坐标即为缺陷位置，并由B车体中所述喷漆标识装置对缺陷位置进行自动标记处理。
本发明还提供上述基于表面波信号相关系数分析的压力容器缺陷检测装置的检测方法，其步骤包括：
步骤一、检测路径规划，具体步骤如下：
步骤1、空间坐标系建立：以压力容器底部圆心为原点O，容器底部表面为XOY面，容器中心轴线方向为Z方向，建立空间直角坐标系OXYZ，小车位置坐标以极坐标(ρ,θ,h)形式表示；设压力容器半径为R，高为H，根据容器半径大小及表面波在该材质中由于能量衰减可传播的距离综合确定探伤小车一次沿周向和轴向方向的检测范围长度a、b，则该容器工作表面可划分网格列数为C＝2πR/a，划分网格行数为D＝H/b，即可分为D行C列的网格，且每次检测范围网格所对应的角度θ＝a/R；
步骤2、轴向运动轨迹：设定组合探伤爬壁小车A、B车体先沿容器工作表面每一列网格移动，车头朝向Z方向，产生每一行沿周向传播的表面波；其中脉冲发射小车A沿每一列网格左边界移动，脉冲接收小车B沿该列网格右边界移动，第一列运动完成之后，两车体保持相对静止关系沿周向平移a长度，此时A、B车体分别位于第二列左右边界，以次不断重复，即两车体沿S轨迹运动，完成探伤小车在轴向方向的移动；即车体A沿轴向运动轨迹为(R,0,0)→(R,0,H)→(R,a/R,H)→(R,a/R,0)→...→(R,(C-1)*a/R,H)→(R,(C-1)*a/R,0)；车体B沿轴向运动轨迹为(R,a/R,0)→(R,a/R,H)→(R,2a/R,H)→(R,2a/R,0)→...→(R,2π,H)→(R,2π,0)；
步骤3、周向运动轨迹：步骤2完成之后，两车体分别位于最后一列网格下边界左右两端位置，即车体A位于点(R,(C-1)*a/R,0)，车体B位于点(R,2π,0)；首先两车体同时向右转向90°，即车头向右，车体B保持静止，车体A先沿轴向横向平移网格宽度b，再沿周向向右运动网格长度距离a，此时两车体均位于第一行第一列网格左边界位置，完成车体换向；然后两车体同时以相同速度保持相对静止关系沿周向运动，产生每一列沿轴向传播表面波，运动一周后两车体重新回到始点，两车体均向上平移网格宽度b距离，使得两车体位于第二行第一列网格左边界两端位置，继续沿周向运动一周，以此不断重复，完成所有周向方向运动；即车体A沿周向运动轨迹为(R,0,N1*b)→(R,a/R,N1*b)→...→(R,(C-1)*a/R,N1*b)→(R,2π,N1*b),N1∈[1,D]；车体B沿周向运动轨迹为(R,0,N2*b)→(R,a/R,N2*b)→...→(R,(C-1)*a/R,N2*b)→(R,2π,N2*b),N2∈[0,D-1]；
步骤二、超声表面波信号激励与采集，具体步骤如下：
步骤1、调整方位：调整组合探伤爬壁检测小车在容器表面中的路径和小车初始位置，通过驱动夹紧装置中纵向伺服电机正反转使得纵向滚珠丝杠旋转带动连接架上下移动，从而控制自适应楔块与工作面的接触与分离，并调整楔块端面与压力容器工作表面在小车运动时的距离为d1和d2；进一步通过驱动夹紧装置中横向伺服电机使得横向滚珠丝杠旋转带动纵向运动导轨移动，进而调整发射探头和接收探头的方位，使脉冲接收器此时接收的超声表面波信号为最大值；
步骤2、产生表面波：由斯涅耳定律确定检测时的瑞利角ɑR，其中Cx为楔块中纵波传播速度，Cr为被测容器表面波传播速度，从而选择楔块倾斜角度α大于瑞利角ɑR的合适楔块，控制连接架使得自适应楔块与容器表面完全接触，探头以大于瑞利角ɑR的入射角α倾斜入射到容器表面产生表面波，入射角α即探头扫查中心线与压力容器表面入射点法线夹角；
步骤3、表面波信号采集与存储：根据压力容器网格周向长度a和轴向长度b，及检测精确需求，将容器所需检测的三维曲面每一网格沿Z方向划分为M等份和下边界沿容器周向方向划分为N等份，即确定脉冲发射车体A及脉冲接收车体B在Z方向一次启停的移动步长Δh＝b/M，b∈[0,H]，以及在周向方向上一次启停的移动步长Δl＝a/N,a∈[0,2πR]；由组合探伤爬壁小车控制一套超声检测装置在一次检测范围内先后沿着轴向方向和周方向移动，同时脉冲发射器实现超声表面波信号激励，脉冲接收器实现信号接收；首先，计算机实时将轴向Z方向上每个检测点位置的表面波信号进行保存，任一第E1行F1列的网格内获得M组沿周向方向传播的表面波信号，记为RE1,F1,m，其中m＝1,2,…,M；然后，计算机实时将任一第E2行F2列网格内周向方向上每个检测点位置的表面波信号进行保存，获得N组沿轴向方向传播的表面波信号，记为SE2,F2,n，其中n＝1,2,…,N，且有E1、E2∈[1,D]，F1、F2∈[1,C]；最后将所有网格区域表面波信号由数据采集卡采集并进行分块矩阵存储，获得沿周向传播表面波信号为：
获得沿轴向传播表面波信号为：
步骤三、表面波信号相异系数计算，具体步骤如下：
步骤1、周向传播信号相异系数：提取步骤二中所采集的表面波信号，当E1＝E2＝E，F1＝F2＝F时，即M组RE1,F1,m信号与N组SE2,F2,n信号属于同一网格区域内信号时，求出沿轴向方向运动时不同位置点所采集信号两两之间的相异系数，即采集信号为RE,F,m时，求出RE,F,i和RE,F,j的相关系数RE,F,i,j，其中i,j∈[1,M]，且i≠j：
则RE,F,i和RE,F,j的相异系数：αE,F,i,j＝1-RE,F,i,j；
步骤2、轴向传播信号相异系数：求出沿周向方向运动时不同位置点采集信号两两之间的相异系数，即采集信号为SE,F,n时，求出SE,F,i和SE,F,j的相关系数SE,F,i,j，其中i,j∈[1,N]，且i≠j：
则SE,F,i和SE,F,j的相异系数：βE,F,i,j＝1-SE,F,i,j；
步骤四、缺陷识别定位和标识，具体步骤如下：
步骤1、缺陷定位：提取步骤三中所储存的相异系数αE,F,i,j和βE,F,i,j，分别对其进行求和及平均计算：
设定阈值ε，当ρE,F,i>ε时，此时在该网格区域内轴向方向上i点所对应的扫描路径上存在缺陷，即第i行存在缺陷；当γE,F,j>ε时，此时在该网格区域内周向方向上j点所对应的扫描路径上存在缺陷，即第j列存在缺陷；由此确定缺陷的具体位置坐标为(RE,F,i，SE,F,j)，即本次检测中第E行F列网格中的第i行j列相交位置为缺陷位置；实现缺陷位置的精确测定，并可对所采集到的表面波信号进行频谱分析完成缺陷尺寸的定量分析；
步骤2、缺陷标识：确定缺陷位置坐标后，将该坐标通过无线通讯控制模块发送标记指令，驱动B车体移动至缺陷位置并通过车身底部的喷漆标识装置进行喷漆标记，以方便后续维修人员完成对压力容器的缺陷修补工作。
由于本发明采用了以上技术方案，与现有技术相比，使本申请具备的有益效果在于：
1、本发明所涉及的无损检测方法为超声表面波法，表面波可以沿压力容器表面及近表面传播，声能量集中在表面以1～2个波长范围内，能有效地避免容器表面缺陷和近表面缺陷回波与表面反射回波的重叠，检测灵敏度高；且结合具备自动循迹功能的组合探伤爬壁小车装置，可在压力容器结构复杂空间处具备传统方法因检测装置无法靠近而无法成功识别缺陷的优势；
2、本发明能够在不对压力容器进行拆卸时，通过对压力容器表面待检测区域进行网格路径规划，仅通过对爬壁探伤小车在容器表面两个相互垂直方向上少次往复运动控制即可实现对压力容器的完整区域检测操作；具有操作方便、劳动强度低、安全性高、损耗低的优势；
3、本发明所采用的信号相关分析方法保障在进行压力容器缺陷检测时，既能够得到较为准确的检测数据，又能够方便高效的确定缺陷位置和尺寸；具有检测信号处理工作量低、信号准确、节约时间、缺陷定位精确等优点，大大解决了传统检测方法因压力容器体积大等原因导致的检测速度慢、效率低的问题；
4、本发明自动化程度高，可自行完成数据采集、数据分析、缺陷定位和标识等功能，无需人工操控及判断。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明公开的检测系统示意图；
图2是本发明公开的探伤爬壁小车装置立体结构示意图；
图3是本发明公开的探伤爬壁小车A、B车体侧视示意图；
图4是本发明公开的探头连接水囊柔性耦合装置示意图；
图5是本发明公开的激发超声表面波路径规划示意图；
图6是本发明公开的具体实施方式中超声扫描路径示意图；
图7是本发明公开检测方法流程的示意图；
附图标记：
1、全位置运动平台；11、麦轮机构；12、小车上底板；13、小车下底板；14、驱动换向模组；15、循迹模组；16、定位模组；111、麦克纳母轮；112、转轴；113、电机支架；114、步进电机；
2、夹紧装置；21、支撑架；22、横向运动导轨；23、纵向运动导轨；24、连接架；221、横向伺服电机；222、横向滚珠丝杠；223、横向导轨槽；231、纵向伺服电机；232、纵向滚珠丝杠；233、纵向导轨槽；
6、可调节式磁力吸附装置；61、永磁体；62、螺栓1；
7、发射探头；8、接收探头；71、探头外壳、72、探头；73、螺栓2；
5、自适应楔块；51、楔块；52、铝壳；53、硅橡胶薄膜；
3、无线通讯控制模块；4、电源装置；9、支撑钉；10、喷漆标识装置；
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如第一、第二、上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面结合附图对本发明作进一步描述：
实例1：
参见图1，构建一套具备自动循迹功能的组合式探伤爬壁小车装置和超声自动检测装置。在本检测实例中，选用适用于检测金属中各种表面和内部缺陷的NSD-5620-SC脉冲发射器，适用于材料表面缺陷、形变和腐蚀检测的Vallen AMSY-6-64脉冲接收器，及采样率为100MS/s的NIPXI-5122数据采集卡采集超声表面波信号数据；
如图2、3所示，本发明中的组合式探伤爬壁小车装置包括A、B车体，所述麦克纳母轮(111)与步进电机(114)通过转轴(112)和电机支架(113)与小车上底板(12)相连；驱动换向模组(14)在无线通讯控制模块(3)作用下通过对步进电机(114)脉冲控制使得爬壁小车具有循迹和换向功能，配合循迹模组(15)和定位模组(16)可实现全方位运动控制和小车定位；小车上底板(12)与小车下底板(13)之间由支撑钉(9)连接；可调节式磁力吸附装置(6)由永磁体(61)通过螺栓(62)安装在车体下底板(13)，通过无线通讯控制模块(3)控制电流大小可调节永磁体(61)磁性强弱以适应小车不同负载需求；夹紧装置(2)包括支撑架(21)、横向运动导轨(22)、纵向运动导轨(23)、连接架(24)，运动导轨(22/23)包括伺服电机(221/231)、滚珠丝杠(222/232)和导轨槽(223/233)；楔块(51)端面通过铝壳(52)和硅橡胶薄膜(53)密封水介质实现与容器表面的自适应接触；探头(72)通过探头外壳(71)和螺栓(73)固定于自适应楔块(5)与连接架(24)连接，然后通过夹紧装置(2)与车体连接位于A、B车体两侧，并与电源装置(4)和无线通讯控制模块(3)电性连接；
实例2：
本发明还提供一种基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测方法，其步骤包括：
步骤一、检测路径规划，具体步骤如下：
步骤1、空间坐标系建立：本实例中压力容器半径为R＝1500mm，高度H＝6600mm，确定探伤小车一次检测沿周向和轴向方向的检测范围长度a＝1180mm、b＝1100，则该容器工作表面可划分网格列数为C＝2πR/a≈8，划分网格行数为D＝H/b＝6，该容器表面共可分为6行8列的网格，且每次检测范围网格所对应的角度θ＝a/R＝π/4；
步骤2、轴向运动轨迹：A、B两车体以相同速度分别沿第一列网格区域轴向移动，产生第一列每一行网格沿周向传播的表面波，以此重复，第二列、第三列直至第8列，实现所有网格沿周向方向的超声表面波信号激励与采集；
步骤3、周向运动轨迹：当组合车体AB分别运动到(1500,7π/4,0)和(1500,2π,0)位置坐标完成沿周向方向表面波信号激励与采集后，首先通过驱动换向模组两车体同时向右旋转90°，即车头朝右，此时脉冲发射小车B保持静止，车体A先沿轴向横向平移网格宽度b至点(1500,7π/4,1100)，再沿周向向右运动网格长度距离a至点(1500,2π,1100)；然后两车体同时以相同速度保持相对静止关系沿周向方向运动一周返回至始点，并使得两车体任意时刻位于同一条竖直直线上，实现第一行所有网格沿轴向方向传播的超声表面波信号激励与采集；然后两车体同步沿轴向横向移动b＝1100mm距离，实现第二行所有网格沿轴向传播的表面波信号激励与采集，至此不断重复，完成第六行轴向信号激励与采集；
步骤二、超声表面波信号激励与采集，具体步骤如下：
步骤1、调整方位：调整组合探伤爬壁检测小车在容器表面中的路径和小车初始位置，通过控制纵向运动导轨控制楔块与工作面的接触与分离，并使自适应楔块在小车运动时距离压力容器表面的距离为d1＝d2＝30mm；进一步通过移动横向导轨调整发射探头和接收探头的方位，使脉冲接收器此时接收的超声表面波信号为最大值；
步骤2、产生表面波：本实例中选择丙烯酸塑料为楔块材料，其纵波传播速度为Cx＝2077m/s，及钢材质压力容器的瑞丽波波速约为Cr≈2964m/s,由斯涅耳定律确定检测时的瑞利角ɑR，从而选择楔块倾斜角度为45°的楔块，探头以45°倾斜入射到容器表面产生表面波，入射角亦即探头扫查中心线与压力容器表面入射点法线夹角；
步骤3、待检区域网格化：根据压力容器一次待检测区域网格周向长度a＝1180mm和轴向长度b＝1100mm，及检测精确需求，将容器所需检测的一个三维曲面网格沿网格左边界Z方向划分为M＝110等份和沿网格下边界周向方向划分为N＝118等份，从而确定脉冲发射车体A以及脉冲接收车体B沿Z方向运动每次启停的移动步长Δh＝b/M＝10mm，组合车体沿周向方向运动的移动步长Δl＝a/N＝10mm；由自动循迹组合探伤爬壁小车控制一套超声检测装置在一次检测曲面内先后沿着轴向方向和周方向移动，同时脉冲发射器实现超声表面波信号激励，脉冲接收器实现信号接收；
在检测中，计算机实时将所有网格区域中轴向方向和周向方向上每个检测点位置的超声表面波信号由数据采集卡采集，并进行分块矩阵存储，获得沿周向传播表面波信号为：
获得沿轴向传播表面波信号为：
其中m＝1,2,…,118，n＝1,2,…,110且E1、E1∈[1,6]，F1、F2∈[1,8]；
步骤三、表面波信号相异系数计算，具体步骤如下：
步骤1、周向传播信号相异系数：提取步骤二中所采集的表面波信号，当E1＝E2＝E，F1＝F2＝F时，即M组RE1,F1,m信号与N组SE2,F2,n信号属于同一网格区域内信号时；
当采集信号为RE,F,m时，求出RE,F,i和RE,F,j的相关系数RE,F,i,j，其中i,j∈[1,M]，且i≠j：
则RE,F,i和RE,F,j的相异系数：αE,F,i,j＝1-RE,F,i,j；
步骤2、轴向传播信号相异系数：当采集信号为SE,F,n时，求出SE,F,i和SE,F,j的相关系数SE,F,i,j，其中i,j∈[1,N]，且i≠j：
则SE,F,i和SE,F,j的相异系数：βE,F,i,j＝1-SE,F,i,j；
步骤四、缺陷识别定位和标识，具体步骤如下：
步骤1、缺陷定位：提取步骤三中所储存的相异系数αE,F,i,j及βE,F,i,j分别对其进行求和及平均计算：
设定阈值ε＝0.85，当ρE,F,i>ε时，此时在本次检测中第E行F列网格中轴向方向上i点所对应的扫描路径上存在缺陷，即第i行存在缺陷；当γE,F,j>ε时，此时在本次检测中第E行F列网格中周向方向上j点所对应的扫描路径上存在缺陷，即第j列存在缺陷；由此确定缺陷的具体位置为(R6,8,42，S6,8,89)、(R2,1,34，S2,1,30)、(R2,1,68，S2,1,74)；
步骤2、缺陷标识：确定缺陷位置坐标后，将该坐标通过无线通讯控制模块发送标记指令，驱动B车体移动至缺陷坐标位置并通过车身底部的喷漆标识装置进行喷漆标记，以方便后续维修人员完成对压力容器进行缺陷修补工作。
以上是本发明的详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法以及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置,其特征在于：所述装置包括组合探伤爬壁小车装置和超声自动检测装置；
所述组合探伤爬壁小车装置由A、B两车体组成，所述两车体均包括全位置运动平台(1)、夹紧装置(2)和可调节式磁力吸附装置(6)；所述B车体底部具有喷漆标识装置(10)；
所述全位置运动平台(1)包括麦轮机构(11)、小车上底板(12)、小车下底板(13)、驱动换向模组(14)、循迹模组(15)、定位模组(16)；其特征在于所述麦克纳母轮(111)与步进电机(114)通过转轴(112)和电机支架(113)与小车上底板(12)相连，可实现全向移动和增强与壁面摩擦力；所述小车上底板(12)与小车下底板(13)之间由支撑钉(9)连接，所述车体材料为碳钎维；所述驱动换向模组(14)在无线通讯控制模块(3)作用下通过对步进电机(114)脉冲控制使得组合探伤爬壁小车具有循迹和换向功能，配合循迹模组(15)和定位模组(16)可实现全方位运动控制和小车定位；
所述夹紧装置(2)包括支撑架(21)、横向运动导轨(22)、纵向运动导轨(23)、连接架(24)，所述运动导轨(22/23)包括伺服电机(221/231)、滚珠丝杠(222/232)和导轨槽(223/233)；夹紧装置(2)固定于小车上底板(12)与车体连接；
所述可调节式磁力吸附装置(6)由永磁体(61)通过螺栓1(62)安装在车体下底板(13)，通过无线通讯控制模块(3)控制电流大小可调节永磁体(61)磁性强弱以适应小车不同负载需求，用于提供吸附力使得爬壁小车吸附在压力容器壁面上而不脱落；
所述超声自动检测装置包括脉冲发射器、脉冲接收器、发射探头(7)、接收探头(8)、自适应楔块(5)、数据采集及处理模块；所述发射探头(7)和接收探头(8)分别位于A、B车体两侧，即车体A为脉冲发射车体，B为脉冲接收车体；所述超声检测装置探头(72)通过探头外壳(71)和螺栓2(73)固定于自适应楔块(5)与连接架(24)连接，然后通过夹紧装置(2)与车体连接，并与电源装置(4)和无线通讯控制模块(3)电性连接；所述楔块(51)端面通过铝壳(52)和硅橡胶薄膜(53)密封水介质实现与容器表面的自适应接触；所述数据采集及处理模块包括数据采集卡和计算机；所述脉冲接收器与数据采集卡连接，将表面波信号通过数据采集卡采集存储并传输至计算机。
2.一种如权利要求1所述的基于表面波信号相关分析的压力容器缺陷检测装置的检测方法，其步骤包括：
步骤一、检测路径规划：首先建立空间直角坐标系，然后将压力容器待检测区域划分为大网格区域，最后确定所述组合探伤爬壁小车装置分别沿轴向方向和周向方向的运动轨迹；
步骤二、超声表面波信号激励与采集：首先通过驱动所述夹紧装置中纵向伺服电机正反转使得纵向滚珠丝杠旋转带动连接架上下移动，从而控制自适应楔块与工作面的接触与分离；其次通过驱动夹紧装置中横向伺服电机使得横向滚珠丝杠旋转带动纵向运动导轨移动，进而调整发射探头和接收探头的方位，使得脉冲接收器此时接收的超声表面波信号为最大值；然后根据自适应楔块和压力容器的声学特性，利用斯涅耳定律确定检测时的瑞利角ɑR，其中Cx为楔块中纵波传播速度，Cr为被测容器表面波传播速度，从而选择楔块倾斜角度大于瑞利角ɑR的合适楔块，控制连接架角度使得自适应楔块与容器表面完全接触，发射探头以大于瑞利角ɑR的入射角α倾斜入射到容器表面产生表面波，入射角α即探头扫查中心线与压力容器表面入射点法线夹角；最后确定组合探伤爬壁小车分别在容器表面沿周向方向和轴向方向运动时一次启停的移动步长，每一大网格区域内获得M组沿周向方向传播的表面波信号，记为RE1,F1,m，获得N组沿轴向方向传播的表面波信号，记为SE2,F2,n；
步骤三、表面波信号相异系数计算：提取步骤二中所采集的表面波信号，当E1＝E2＝E，F1＝F2＝F时，即M组RE1,F1,m信号与N组SE2,F2,n信号属于同一大网格区域内信号时；
首先求出该网格区域内沿轴向方向运动时不同位置点所采集信号两两之间的相异系数，即采集信号为RE,F,m时，先求出RE,F,i和RE,F,j的相关系数RE,F,i,j，其中i,j∈[1,M]，且i≠j：
则RE,F,i和RE,F,j的相异系数：αE,F,i,j＝1-RE,F,i,j；
其次求出该网格区域内沿周向方向运动时不同位置点所采集信号两两之间的相异系数，即采集信号为SE,F,n时，先求出SE,F,i和SE,F,j的相关系数SE,F,i,j，其中i,j∈[1,N]，且i≠j：
则SE,F,i和SE,F,j的相异系数：βE,F,i,j＝1-SE,F,i,j；
步骤四、缺陷识别定位和标识；首先提取步骤三中所储存的相异系数αE,F,i,j及βE,F,i,j分别对其进行求和及平均计算：
然后设定阈值ε，当ρE,F,i>ε时，此时在该网格区域内轴向方向上i点所对应的扫描路径上存在缺陷，即第i行存在缺陷；当γE,F,j>ε时，此时在该网格区域内周向方向上j点所对应的扫描路径上存在缺陷，即第j列存在缺陷；由此确定缺陷的具体位置为(RE,F,i，SE,F,j)，即本次检测中第E行F列网格中的第i行j列相交的位置，实现缺陷位置的精确测定，并可对所采集到的表面波信号进行频谱分析完成缺陷尺寸的定量分析；
最后进行缺陷标识，确定缺陷位置坐标后，将该坐标通过无线通讯控制模块发送标记指令，驱动B车体移动至缺陷位置并通过车身底部的喷漆标识装置进行喷漆标记，以方便后续维修人员完成对压力容器的缺陷修补工作。
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