[發(fā)明專利]一種基于支持向量機(jī)的環(huán)焊縫超聲相控陣自動聚焦方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710150278.0
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106841390B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅宇健;楊克己;金浩然;韓燁;武二永
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于支持向量機(jī)的環(huán)焊縫超聲相控陣自動聚焦方法，其特征在該方法包括以下步驟：

步驟一：楔塊裝配在管道上，楔塊的楔面上設(shè)置相控陣探頭，確定楔塊的裝配位置和管道厚度，將管道的環(huán)焊縫坡口進(jìn)行分區(qū)，以內(nèi)管壁方向?yàn)閄軸、以環(huán)焊縫中心線方向?yàn)閅軸，建立直角坐標(biāo)系；

步驟二：建立楔塊的裝配位置、管道厚度和檢測的環(huán)焊縫坡口分區(qū)與對應(yīng)分區(qū)的聲束路徑規(guī)劃之間的預(yù)測模型：具體是將最小二乘支持向量回歸機(jī)LSSVR作為支持向量機(jī)的回歸模型，高斯徑向基核函數(shù)作為LSSVR的核函數(shù)，將楔塊的裝配位置、管道厚度及檢測的環(huán)焊縫坡口分區(qū)進(jìn)行規(guī)范化處理后作為輸入量，對應(yīng)分區(qū)的聲束路徑規(guī)劃進(jìn)行規(guī)范化處理后作為輸出量，以規(guī)范化處理后的輸入量和輸出量作為樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到LSSVR初始函數(shù)；

步驟三：以k重交叉驗(yàn)證法所計算出的泛化誤差作為目標(biāo)函數(shù)，采用耦合模擬退火算法與網(wǎng)格搜索法相結(jié)合的優(yōu)化方法，對LSSVR初始函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)超參數(shù)，由最優(yōu)超參數(shù)獲得LSSVR優(yōu)化模型；

步驟四：將楔塊的裝配位置、鋼管厚度和需要檢測的環(huán)焊縫坡口分區(qū)進(jìn)行規(guī)范化處理后作為輸入量，通過LSSVR優(yōu)化模型預(yù)測獲得相應(yīng)的輸出量，對輸出量進(jìn)行逆規(guī)范化處理，得到對應(yīng)分區(qū)最優(yōu)的聲束路徑規(guī)劃；

步驟五：根據(jù)費(fèi)馬定理由聲束路徑規(guī)劃根據(jù)管道幾何關(guān)系計算得到相控陣探頭上對應(yīng)發(fā)射/接收陣元的絕對延時量，再計算對應(yīng)發(fā)射/接收陣元的延時量，根據(jù)延時量控制相控陣探頭發(fā)射對應(yīng)的超聲信號對環(huán)焊縫缺陷進(jìn)行聚焦檢測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量機(jī)的環(huán)焊縫超聲相控陣自動聚焦方法，其特征在于：所述步驟一中，環(huán)焊縫坡口進(jìn)行分區(qū)具體是在焊縫掃查區(qū)域沿坡口高度方向上劃為若干層，每層的厚度為2～3mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量機(jī)的環(huán)焊縫超聲相控陣自動聚焦方法，其特征在于：所述步驟二中，LSSVR采用等式約束條件，以誤差變量ε_k描述各項(xiàng)訓(xùn)練誤差，以平方損失函數(shù)作為函數(shù)回歸的訓(xùn)練誤差，其預(yù)測模型表示為：

其中，w為高維空間的權(quán)向量，w∈R^m，R^m表示m維的高維空間，m表示維數(shù)，C為懲罰因子，C＞0，ε_k為誤差變量，表示為把輸入量x_k投影到高維空間R^m上的映射函數(shù)，B為LSSVR初始函數(shù)的偏置項(xiàng)，y_k表示預(yù)測模型的目標(biāo)函數(shù)，T表示轉(zhuǎn)置，k為輸入量的序數(shù)，N為輸入量的總數(shù)；

將預(yù)測模型求解得到LSSVR初始函數(shù)：

其中，α_k為Lagrange乘子向量，K(x_k,x_l)為核函數(shù)，k,l＝1,..,N，B為LSSVR初始函數(shù)的偏置項(xiàng)；

核函數(shù)K(x_k,x_l)選擇高斯徑向基核函數(shù)，表示為：

其中，σ為核寬，x_k，x_l分別為兩個不同的輸入量，k,l＝1,..,N。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于支持向量機(jī)的環(huán)焊縫超聲相控陣自動聚焦方法，其特征在于：所述步驟三具體為：

(1)隨機(jī)生成q組超參數(shù)[C_s,σ_s]，s＝1,2,…,q；

(2)以這q組超參數(shù)為初始值，將用k重交叉驗(yàn)證法所計算出的泛化誤差作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過耦合模擬退火算法求出最優(yōu)的一組超參數(shù)[C_m,σ_m]，使得泛化誤差達(dá)到極小值或滿足收斂條件；

(3)以超參數(shù)[C_m,σ_m]為網(wǎng)格中心，將用k重交叉驗(yàn)證法所計算出的泛化誤差作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過網(wǎng)格搜索算法進(jìn)一步優(yōu)化求解出最優(yōu)的超參數(shù)[C_ε,σ_ε]，作為最終超參數(shù)。