基于交流电磁场的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法与流程

本发明涉及无损检测缺陷成像技术领域，尤其涉及一种基于交流电磁场检测技术的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法。

背景技术：

不锈钢、铝合金等非铁磁性导电材料在工业领域有着广泛的应用，由于长期在腐蚀介质、复杂应力环境中服役，材料表面可产生各种不规则裂纹，威胁结构的安全服役。交流电磁场检测(alternatingcurrentfieldmeasurement-acfm)技术是一种新兴电磁无损检测技术，主要用于导电材料表面裂纹检测，其利用检测探头在导电试件表面感应出的均匀电流，电流在缺陷周围产生扰动引起空间磁场畸变，通过测量畸变磁场进行缺陷的检测和评估。当无缺陷存在时，导电试件表面电流呈均匀状态，空间磁场无扰动。

现有无损检测技术中，磁粉、漏磁等技术只能用于铁磁性材料缺陷检测；超声主要用于内部缺陷检测；渗透检测需要祛除涂层并对结构表面彻底清理，检测过程产生的废液可对环境产生污染；涡流检测技术依靠阻抗分析方法难以实现任意方向不规则裂纹的成像显示。交流电磁场检测技术在导电材料表面裂纹检测领域具有突出优势，目前交流电磁场检测技术依据特征信号bx和bz或其组成的蝶形图进行判定，其中，bx和bz信号分别为平行于试件表面(与探头扫查方向平行)和垂直于试件表面的磁场信号，该特征信号只能判定缺陷的存在，并对规则裂纹进行评估，无法实现不规则裂纹的成像显示，不能直观显示不规则裂纹的表面轮廓。

因此，有必要提出一种直观性好、能够实现非铁磁性材料表面不规则裂纹成像方法，呈现不规则裂纹的表面轮廓可视化形貌，为非铁磁性材料的缺陷评估、寿命预测提供精准数据支撑。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种基于交流电磁场检测技术的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法，直观呈现不规则裂纹的表面轮廓可视化形貌，为非铁磁性材料的缺陷评估、寿命预测提供精准、可视化数据支撑。

本发明提供了一种基于交流电磁场检测的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法，包括：

步骤一，利用交流电磁场检测探头以栅格扫查方式获取非铁磁性材料不规则裂纹上方同一平面不同位置磁场信号bz幅值，定义探头扫查方向为x方向，在x方向的扫查路径提取等间距n个位置点，在与探头扫查方向垂直的方向提取等间距扫查路径数为m，由以上位置点的磁场信号bz幅值形成m行n列矩阵对矩阵a的每一行元素[ai1ai2…ain]沿着x方向(矩阵a行方向)求取梯度得到矩阵a的梯度场矩阵

步骤二，求取所述梯度场矩阵b所有元素中的极值pgxbz，判定极值pgxbz是否小于0，如果是则乘以-1，得到正峰值矩阵c；

步骤三，判定正峰值矩阵c中每一个元素是否小于0，如果是则乘以0，得到祛除背景矩阵d；

步骤四，将祛除背景矩阵d所有元素的幅值归一化到0-1区间，得到归一化矩阵e，由归一化矩阵e的每个元素对应的坐标位置绘制不规则裂纹表面轮廓彩色图像f；

步骤五，将所述彩色图像f转换为灰度图g，得到非铁磁性材料不规则裂纹表面轮廓图像。

本发明提供的基于交流电磁场检测技术的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法，通过对特征信号bz幅值求取x方向梯度，得到能够反映电流聚集位置的梯度场矩阵，进一步体现不规则裂纹的端点位置信息，通过步骤二判定梯度场矩阵中的元素极值及步骤三祛除背景场算法，可得到反映裂纹表面轮廓图像的正峰值矩阵，经过步骤四归一化和步骤五灰度转换将彩色图转变为灰度图，能够直观反映非铁磁性材料不规则裂纹任意角度表面轮廓可视化图像。

附图说明

图1为本发明提供的基于交流电磁场检测技术的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法流程图；

图2为本发明实施例提供的不锈钢试块及不规则裂纹照片；

图3为本发明实施例提供的不锈钢试件表面不规则裂纹及栅格扫查路径示意图；

图4为本发明实施例提供的基于交流电磁场检测技术的栅格扫查不同位置点磁场信号bz幅值矩阵形成的彩色图；

图5为本发明实施例提供的梯度场矩阵形成的图像；

图6为本发明实施例提供的求取极值和祛除背景后矩阵形成的图像；

图7为本发明实施例提供的归一化图像；

图8为本发明实施例提供的呈现不规则裂纹表面轮廓的可视化图像。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下获取的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，所述方法应用于基于交流电磁场检测技术的非铁磁性材料不规则裂纹表面轮廓成像，首先借助栅格扫查方法获取交流电磁场面扫结果磁场信号bz幅值矩阵，根据交流电磁场电流聚集和扰动的原理，利用梯度场获取畸变磁场信号bz最大畸变数值的梯度场矩阵，反映感应电流在不规则裂纹端点和边缘的聚集情况，进一步通过求取极值、祛除背景、归一化操作及灰度转换，得到非铁磁性材料不规则裂纹表面轮廓直观成像结果，有利于实现非铁磁性材料裂纹的可视化评估和剩余寿命精准预测。

实施例一

图1为本发明实施例提供的基于交流电磁场检测技术的非铁磁性材料不规则裂纹成像方法流程图，包括：

s1，准备不锈钢试块，试块表面设有不规则裂纹，如图2所示，不规则裂纹宽0.5mm，分别由呈现0°、30°、60°及90°四段裂纹组成，每段裂纹均长30.0mm，深4.0mm。定义探头扫查方向为x方向，采用栅格扫查方法，利用交流电磁场检测探头在试块不规则裂纹表面同一高度平面沿着扫查路径检测48mm×48mm区域，如图3所示。x方向扫查步长为2.0mm，取x方向扫查路径上等间距位置点数为25，在y方向扫查路径的间距为2.0mm，取y方向等间距扫查路径数为25，获取以上位置点的磁场信号bz幅值，并组成行数m为25，列数n为25的矩阵a，矩阵a部分元素如下：

为了直观表示矩阵a中元素的大小，采用横坐标(x方向)和纵坐标(y方向)对应位置点的磁场信号bz幅值绘制平面彩色图，如图4所示。可以看出矩阵a中磁场信号bz幅值在不规则裂纹周围出现扰动，呈现正负峰值，无法直观显示裂纹的表面轮廓。对矩阵a中每一行的元素按照x方向求取梯度得到梯度场矩阵b，利用对应坐标位置点的梯度场矩阵b绘制梯度场矩阵图像，如图5所示。可以看出梯度场矩阵呈现正峰值和负峰值，为了寻求畸变最大极值，需要对梯度场矩阵b在步骤s2中进行求取极值处理。

s2：求取所述梯度场矩阵b所有元素中的极值pgxbz，本实施例中极值pgxbz为正值，由于pgxbz大于0，无需进行元素替换处理，将梯度场矩阵b转变为正峰值矩阵c，直接进入步骤s3处理，祛除小于0的背景数值。

s3：判定正峰值矩阵c中每一个元素是否小于0，如果是则乘以0，将正峰值矩阵c中所有小于0的元素变为0，正峰值矩阵c元素背景数值实现统一归0处理，得到祛除背景矩阵d，如图6所示。图6能够大致呈现裂纹的表面轮廓，为了更突显表面轮廓，将祛除背景矩阵d进入步骤4归一化处理。

s4，将祛除背景矩阵d所有元素的幅值除以极值pgxbz，将祛除背景矩阵d归一化到0-1区间，得到归一化矩阵e，由归一化矩阵e的每个元素对应的坐标位置绘制不规则裂纹表面轮廓彩色图像f，如图7所示。图7彩色图能够直观地显示不规则裂纹的表面轮廓，为了实现裂纹可视化处理，将图7彩色图进入步骤5进行灰度图转换。

s5，将所述彩色图像f利用matlab转换为灰度图g，得到非铁磁性材料不规则裂纹表面轮廓图像，如图8所示。图8能够更清晰地呈现不规则裂纹的可视化形貌，与不锈钢试块表面不规则裂纹较好地吻合，达到较高的反演精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。