[發明專利]紅外熱像檢測缺陷的方法

在審

• 申請號: 201610063930.0
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105717163A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 劉衛平;張冬梅;劉奎;黃姿禹;周暉;于光;肖鵬;張繼敏
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: G01N25/72
• 分類號: G01N25/72
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟;徐年康

技術領域

本發明涉及一種紅外熱像檢測缺陷的方法。

背景技術

紅外熱像無損檢測技術是隨著熱成像技術等的發展而逐漸成熟的一種無損檢測新技術。紅外熱像檢測是通過接收物體發出的紅外輻射，采用紅外熱像儀將其以熱圖像的形式顯示出來。當物體存在缺陷時，其導熱特性與物體材料本身存在明顯差異。在一定的熱激勵下，缺陷會影響熱傳導，導致表面溫度分布異常，采用紅外熱像儀等傳感裝置測量被檢構表面溫度變化，再通過分析處理獲得其內部缺陷的特征，完成檢測判斷。紅外檢測具有直觀、實時、快速、無污染等優點，引起人們極大興趣，但由于容易受到干擾、信噪比低，在熱擴散等因素的影響下，其檢測定量化水平不高。

層析重建是定量檢測的終極目標，熱像檢測的層析重建與傳統CT等層析重建不同，原因在于熱波的傳遞與通常的波動不同，并且熱量在傳遞過程中衰減嚴重，因此稱為熱層析。熱層析重建主要可以分為兩類：一是基于缺陷深度的重建方法；二是基于熱波散射的重建方法。基于熱波散射的重建一般采用點探測方式，獲取不同角度的熱波散射數據，經過掃描完成缺陷重建，檢測速度慢，實際應用價值不大。

基于缺陷深度的重建方法，是在深度探測的基礎上得到缺陷形狀，并進而完成缺陷重建的。顯然缺陷深度、大小檢測質量對重建具有決定性意義。中國發明專利“紅外熱波檢測層析圖像的重建方法”(公開號CN1696674A)也對基于深度的紅外檢測層析重建方法進行研究，但僅給出了不同深度平底盲孔缺陷的平面層析圖像，并沒有給出層析重建的立體圖像或其剖面圖，且檢測對象只是深度不同的缺陷，沒有考慮缺陷大小的提取問題，而深度和大小是缺陷圖像重建的兩個方面。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種紅外熱像檢測缺陷的方法，包括以下步驟：

步驟1，對被測試件進行熱激勵，并同時使用紅外熱像儀獲取激勵前、激勵中及激勵后一段時間內的被測試件的表面的時間序列檢測熱圖像；

步驟2，對獲得的所述時間序列檢測熱圖像的升溫階段和降溫階段進行溫度擬合；

步驟3，對所述時間序列檢測熱圖像的平均溫度求導取最大值，以確定檢測中的激勵開始時間點和結束時間點，為分析缺陷與時間的關系建立時間基準；

步驟4，對所述時間序列檢測熱圖像的平均溫度求二階導數并取極值，以確定溫差出現的精確時間；

步驟5，在激勵結束后，對缺陷面積大小進行檢測，將半最大對比度寬度法中的閾值系數確定在0.5至0.7之間；

步驟6，按照時間順序，根據圖像相同灰度值構建等值面，并采用投影方法獲取缺陷三維重建結果。

較優選地，在所述步驟2中，對所述溫度擬合采用多項式擬合。更優選地，所述多項式擬合采用4階多項式。

較優選地，在所述步驟2中，對所述溫度擬合采用指數擬合。更優選地，所述指數擬合采用6階多項式。

較優選地，在所述步驟2中，所述采用多項式+指數擬合的分段擬合方法，即升溫階段采用多項式擬合，降溫階段采用指數擬合，以實現紅外檢測全程擬合處理。更優選地，所述多項式擬合采用3階多項式，所述指數擬合采用4階指數。

較優選地，在所述步驟5中，將半最大對比度寬度法中的閾值系數確定為0.632。

較優選地，在所述步驟6中，所述缺陷三維重建結果采用三維效果圖。

本發明由于采用以上技術方案，其具有以下優點和有益效果:

本發明可以通過序列圖像數據本身確定缺陷深度，不再需要一般方法中使用的外部時間同步控制器；全程擬合處理不僅適合于脈沖快速激勵，而且可以應用于大厚度試件的長時間激勵；橫向根據熱擴散衰減效應確定圖像分割閾值提高了缺陷面積大小的提取精度，從而實現了高精度的缺陷投影重建。通過觀察重建結果圖可知，缺陷的內部結構已經形象、直觀地顯示出來，且比單純的基于深度的重建方法質量更高，達到了缺陷定量化分析的目的，并對工程應用有一定的指導作用。

附圖說明

圖1是不同深度缺陷溫差出現時間。

圖2是不同擬合結果。

圖3是激勵開始、結束時間的確定。

圖4是溫度對比度時間變化擬合及其二階導數曲線。

圖5是缺陷半最大對比度寬度示意。

圖6是不同時間(深度)缺陷熱圖像分割結果。

圖7A是缺陷形狀為三角形的試件的(i)缺陷形狀、(ii)僅基于深度的重建結果效果圖、(iii)基于本發明的深度與等值面缺陷重建結果效果圖。