[發明專利]一種金屬構件腐蝕情況的紅外檢測方法

有效

• 申請號: 201910316762.5
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110057745B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 朱彬;張天寅;賈若愚;王凱;劉勇;張宜生;王梁;唐銘基
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種金屬構件腐蝕情況的紅外檢測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1獲得金屬構件的紅外圖像并進行濾波去噪處理，然后設定閾值獲得所述紅外圖像的二值化圖像；

S2根據所述二值化圖像中各像素與其相鄰像素的連通性，標記腐蝕區域和未腐蝕區域，并繪制所述腐蝕區域的輪廓；

S3根據所述腐蝕區域的輪廓提取所述二值化圖像中腐蝕區域的掩模，使用該掩模在所述紅外圖像中計算所述腐蝕區域的溫度；

S4將所述腐蝕區域的溫度輸入溫度腐蝕深度轉化模型，獲得所述金屬構件的腐蝕深度，構建所述溫度腐蝕深度轉化模型的過程包括如下子步驟：

S41構建未腐蝕區域的模型：

導熱微分方程：

初始條件：t(x，0)＝t₀ (4)

邊界條件：

式中，x為金屬構件的在厚度方向的取值，τ為加熱時間，t(x，τ)為x處τ時刻的溫度，a₂為未腐蝕層的熱擴散率，t₀為環境溫度也即金屬構件的初始溫度，h為金屬構件的表面傳熱系數，t_f為加熱溫度，λ₂為未腐蝕層的金屬熱導率，δ為金屬構件的厚度，t(0，τ)為金屬構件表面τ時刻的溫度，t(δ，τ)為金屬構件δ厚度處τ時刻的溫度；

通過分離變量法或格林函數法可解出此偏微分方程為：

式中，A_k為傅里葉展開的第k個系數，β_k為第k個特征值；

由特征方程可解出特征值β^k，并且0β₁β₂β₃…β_k；根據初始條件，利用傅里葉展開求得系數A_k；

t(0，τ)為未腐蝕區域表面溫度，記為T_b，可將未腐蝕區域的溫度T_b表示為：

S42構建腐蝕深度為Dep的腐蝕區域的模型：

導熱微分方程：

初始條件：t_i(x，0)＝t₀(i＝1,2) (10)

邊界條件：

(t₁-t₂)|_x＝Dep＝0 (13)

式中，x為金屬構件的在厚度方向的取值，τ為加熱時間，i＝1時表示腐蝕層，i＝2時表示未腐蝕層，a_i表示第i層的熱擴散率，λ_i表示第i層的金屬熱導率，t_i(x，τ)為第i層x處τ時刻的溫度，t_i(x,0)為第i層x處的初始溫度，t_f為加熱溫度，t₁(0,τ)為腐蝕層表面τ時刻的溫度，t₂(δ，τ)為未腐蝕層金屬構件δ厚度τ時刻的溫度，t₀為環境溫度也即金屬構件的初始溫度，h為金屬構件的表面傳熱系數，t₁為腐蝕層的溫度，t₂為未腐蝕層的溫度，Dep為金屬腐蝕層深度；

通過擴展的分離變量法可解出此微分方程為：

式中，t₁(x，τ)為腐蝕層x處τ時刻的溫度，t₂(x，τ)為未腐蝕層x處τ時刻的溫度，B_k為傅里葉展開的第k個系數，C_k為傅里葉展開的第k個系數，γ_k為第k個特征值，μ_k為第k個特征值；

由特征方程組(16)，可解出特征值γ_k和μ_k，并且0γ₁γ₂γ₃…γ_k、0μ₁μ₂μ₃…μ_k，其中γ_k和μ_k均為關于腐蝕深度Dep的函數：

根據初始條件，利用傅里葉展開(Fourier級數)求得各項系數B_k和C_k；

t₁(0，τ)腐蝕區域表面溫度，記為T₁，可將腐蝕區域的溫度T₁表示為：

S43根據公式(8)和公式(17)獲得關于腐蝕深度Dep的隱式函數為：

可將腐蝕深度Dep簡記為Dep＝f₃(a_i，t₀，t_f,λ_i,τ，T_b，T₁)，根據紅外檢測的條件，輸入腐蝕區域的溫度T₁和未腐蝕區域的溫度T_b，即可計算出腐蝕深度Dep。