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基于红外热成像的内部孔洞缺陷检测方法研究

曹文浩  
【摘要】:红外热成像检测技术是一种新兴的无损检测技术,通过建立物体表面温度场与内部缺陷之间的联系,对物体内部缺陷进行检测、评价。与传统无损检测技术相比,它有着非接触、检测面积大、检测效率高、在线检测等优点,具有广阔的应用前景。但是由于该技术在国内起步比较晚,无论是在理论研究、检测方法方面,还是在检测设备、缺陷评价方面,与其它国家相比有着许多不足之处。特别是在缺陷的定量问题研究上,一直是国内外研究的重点和难点。 本文主要是通过红外热成像无损检测技术,采用有限元仿真与实验相结合的分析方法,研究内部孔洞深度、大小在加热-冷却过程中对表面温度场的影响规律,并利用中心温度差值最大时刻、图像边缘检测结果对孔洞缺陷的深度、大小进行半定量分析。本文研究的主要内容如下: 首先,阐述了红外热成像无损检测技术的相关理论。具体包括了红外辐射理论、红外测温理论、红外热成像检测理论等,并分析了红外热成像无损检测的主要外界干扰因素。 接着,通过有限元分析方法对物体内部孔洞缺陷进行了红外热成像无损检测模拟与分析。利用ANSYS有限元软件对该加热-冷却过程进行了模拟仿真,通过表面温度场的变化特点,利用温度场云图、中心温度差曲线、温度场三维图,分析和总结了孔洞缺陷深度、大小对表面温度场在不同阶段的影响规律,并利用中心表面温度差最大值时刻对孔洞缺陷的深度进行了半定量分析。 然后,利用实验的方法分析了孔洞缺陷深度、大小对表面温度场的影响规律。根据红外热成像无损检测理论,搭建了一种孔洞缺陷检测实验系统,同时设计了一种红外热激励装置。通过实验的方法对孔洞缺陷试件进行了实验与分析,包括对温度场影响规律与深度半定量判断,并与仿真结果进行了比对。 最后,对孔洞缺陷表面温度场的红外图像进行了边缘检测,提出了一种改进的边缘检测算法,并利用边缘内侧像素对孔洞缺陷大小进行了定量分析。通过常规边缘检测效果与改进边缘检测效果的对比分析,证明了该检测算法的有效性,最后利用该算法对孔洞缺陷大小进行了定量分析。


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