一种基于多重漏磁检测信号特征值的缺陷评价方法

摘要

本发明公开了一种基于多重漏磁检测信号特征值的缺陷评价方法，包括以下步骤：1)将样件磁化，用探头分别在样件的盲孔和所有矩形槽上方进行扫查，得到信号曲线计算获得各个MFL信号特征值；2)在数据处理装置中得到MFL信号特征值分别与偏离值、提离值的的线性方程；3)在数据处理装置中得到MFL信号特征值与矩形槽上同一方向尺寸的线性方程；4)用探头对待测铁磁件进行检测，扫查得到MFL漏磁信号特征值，根据步骤2)和步骤3)获得的线性方程获得待测铁磁件上的缺陷的位置及尺寸。本发明能根据具体的线性关系式对待测铁磁件上的缺陷进行较准确的定量的评价。

说明书

技术领域

本发明属于缺陷检测技术领域，更具体地，涉及一种基于多重漏磁检 测信号特征值的缺陷评价方法。

背景技术

在漏磁检测技术中，目前一直以漏磁检测信号的峰-峰值(MFL_pp)为主 要缺陷评价参数来完成工程技术应用以及开展各项相关研究，如通过MFL_pp值来反映缺陷信息值(如长度、宽度及深度等)和探头检测状态值(如提 离值、偏移值及磁化强度等)。但是，MFL_pp值并不是与上述所有的被反映参 量成良好的线性关系，也就是说，MFL_pp值并不能够真正地准确地反映或者 代表他们。所以，这种一维的MFL_pp值的评价方法具有一定的局限性，不能 准确地反映出缺陷的检测信息。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多重漏 磁信号特征值的铁磁性材料缺陷评价的方法，该方法的原理是应用霍尔元 件或者线圈作为探头，使其置于漏磁场中，通过其自身的磁敏特性，输出 不同的电压幅值并形成MFL信号；通过对MFL信号相关特征值(如信号的 峰-峰值MFL_pp、峰-零值MFL_p0、面积和S_s，面积差S_d等)与缺陷信息和探头 检测状态信息线性度的分析和研究，发现了缺陷信息和探头检测状态信息 的评价方法。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于多重漏磁 检测信号特征值的缺陷评价方法，包括以下步骤：

1)在样件上加工出盲孔和多个尺寸不一的矩形槽；将样件磁化，用探 头分别在样件的盲孔和所有矩形槽上方进行扫查，得到切向分量的MFL漏 磁特征值峰值信号曲线，通过该信号曲线计算获得各个MFL信号特征值；

2)在数据处理装置中得到各个MFL信号特征值分别与探头到盲孔的偏 离值、提离值的关系曲线，在各个MFL信号特征值与偏离值的关系曲线以 及各个MFL信号特征值与提离值的关系曲线中分别选择线性度最好的关系 曲线，拟合得出该两个线性度最好的关系曲线的线性方程；

3)在数据处理装置中分别得到各个MFL信号特征值与矩形槽的同一方 向尺寸的关系曲线，选择线性度最好的关系曲线，拟合得到该关系曲线的 线性方程；

4)用探头对待测铁磁件进行检测，扫查得到MFL漏磁信号特征值，根 据步骤2)和步骤3)获得的线性方程获得待测铁磁件上的缺陷的位置及尺 寸。

优选地，各个MFL信号特征值分别为峰峰值MFL_pp、峰零值MFL_p0、含有 MFL_pp值的尖峰值区域的总面积S_t、主波瓣区域与两个旁副波瓣区域的面积 差S_d、主波瓣区域与两个旁副波瓣区域的面积和S_s。

优选地，步骤3)中所述的矩形槽上同一方向尺寸为其长度尺寸，获得 的线性方程其中k_L＝0.2553，b_L＝0.3732，L为矩形槽的长度， S_t为含有MFL_pp值的尖峰值区主波瓣面积。

优选地，步骤3)中所述的矩形槽上一同类型尺寸为其宽度尺寸，获得 的线性方程为：其中b_w＝0.4082，k_w＝0.2664，S_d为主波瓣区 域与两个旁副波瓣区域的面积差，W为矩形槽的宽度

优选地，步骤3)中所述的矩形槽上同一方向尺寸为其深度尺寸，获得 的线性方程为：其中b_D＝-0.1756，k_D＝0.5143，MFL_p0为 峰零值，D为矩形槽的深度。

优选地，MFL_p0与偏离值拟合得到的线性方程为其 中b_OF＝0.9189，k_OF＝0.1601，MFL_p0为峰零值，OF为探头的偏离值。

优选地，S_s与提离值拟合得到的线性方程为：其中 b_LI＝3.2168，k_LI＝-0.4084，LI表示探头的提离值，S_t为含有MFL_pp值的尖峰 值区主波瓣面积。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够 取得下列有益效果：根据线性度较好的MFL漏磁特征值可实现对缺陷信息 值和探头检测状态值定性的评价；当MFL漏磁特征值与缺陷信息或者探头 检测状态的线性关系呈现出正相关时，MFL漏磁特征值越大，则表明在一定 范围内缺陷信息值或探头检测状态值越大；反之，当其线性关系呈现出负 相关时，MFL漏磁特征值越大，则表明在一定范围内缺陷信息值或探头检测 状态值越小；因此，本发明能根据具体的线性方程对待测铁磁件上缺陷的 位置及其形貌进行较准确的定量的评价。

附图说明

图1a是切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号曲线示意图；

图1b是本发明的原理框图；

图2a是本发明矩形槽缺陷宽度判别中切向分量的MFL漏磁特征值峰值 信号曲线；

图2b是本发明的矩形槽缺陷宽度判别中S_d随宽度变化规律曲线；

图3a是本发明中深度判别中切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号曲 线；

图3b是本发明的矩形槽缺陷深度判别中MFL_pp/p0随深度变化规律曲线；

图4a是本发明中长度判别中切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号曲 线；

图4b是本发明的矩形槽缺陷长度判别中S_t随长度变化规律曲线；

图5a是本发明中偏移值判别中切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号曲 线；

图5b是本发明的偏移值判别中MFL_pp/p0随偏移值变化规律曲线；

图6a是提离值判别中切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号曲线；

图6b是本发明的提离值判别中S_s随提离值变化规律曲线；

图7a是本发明中不同磁化电流中切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号 曲线；

图7b是本发明的磁化电流判别中S_t随提离值变化规律曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。

参照图1a、图1b，本发明方法原理是将探头在缺陷上方附近进行扫查， 得到的切向分量漏磁场信号分为四个区域，S₁以及S₂是波形负值旁瓣区面 积，S₃为主波瓣区面积，所以该面积评价体系中主要有三种面积：S₃+S₄为 含有MFL_pp值的尖峰值区域的总面积S_t，S₃-(S₁+S₂)为主波瓣区域与两个旁副 波瓣区域的面积差S_d，S₁+S₂+S₃为主波瓣区域与两个旁副波瓣区域的面积和 S_s，根据以上三种面积以及MFL_pp值、MFL_p0值对缺陷的宽度、长度以及深度 三个缺陷信息值以及提离、偏移和磁化电流三个探头检测状态值进行评价。

具体的多重MFL漏磁特征值评价方法原理为：

F(MFL_pp,MFL_p0,S_s,S_d,S_t)＝DI(L,W,D)+DSI(LI,OF,ES)  (1)

式(1)中，MFL_pp为峰-零值，MFL_p0为峰-零值，S_s为面积和，S_d为面积 差，S_t为峰-峰点三角形面积，DI为缺陷信息函数，L为缺陷长度，W为缺 陷宽度，D为缺陷深度，DSI为缺陷检测状态信息，LI为提离值，OF为偏 移值，ES为磁化强度值。

利用切向分量的MFL漏磁信号与X坐标轴合围产生的面积以及MFL_p0、 MFL_pp值进行综合分析得到式(1)关于MFL信号特征值与缺陷信息值以及探 头检测状态值之间的线性函数关系，从而实现根据MFL漏磁特征值对缺陷 的长度、宽度和深度的较准确的度量与评价。

本发明的一种基于多重漏磁信号特征值的铁磁性材料缺陷评价的方 法，其方法步骤包括：

1)在样件上加工出盲孔和多个尺寸不一的矩形槽；利用通电励磁线圈 对样件(例如铁磁性材料的钢板)进行磁化，将探头以0～5mm的提离距离 靠近样件的缺陷(进行缺陷信息值实验时试件为刻蚀在长500mm，宽为50mm， 厚10mm的钢板上的多个矩形槽，在探头检测状态实验时为直径5mm，深4mm 的盲孔，矩形槽和盲孔在此样件中作为实验的缺陷)上方附近进行扫查， 拾取缺陷漏磁场特征，并转化为电压信号，得到切向分量的MFL漏磁特征 值峰值信号曲线，通过该信号曲线计算获得各个MFL信号特征值；

2)在数据处理装置中对各个MFL信号特征值的相关分析研究，得到各 个MFL信号特征值与缺陷信息值之间的线性对应关系为：MFL_p0(峰-零值) 缺陷深度D、面积S_d(即S₃-(S₂+S₁))与缺陷宽度W、面积S_t(即S₃+S₄)与缺 陷长度L之间线性度最好；而各个MFL信号特征值与探头检测状态之间的 对应关系为：MFL_p0(峰-零值)与偏移值OF、面积S_s(即S₁+S₂+S₃)与提离 值LI，S_t(即S₃+S₄)与磁化电流ES之间的线性度最好；

3)根据MFL信号特征值与缺陷信息值和探头检测状态值之间建立的线 性对应关系，确定MFL信号特征值分别与探头到盲孔的偏离值、提离值的 线性方程，以及MFL信号特征值与缺陷各尺寸的线性函数关系；

4)对待测铁磁件进行缺陷进行评价时，通过探头对待测铁磁件的扫查， 得到相应的MFL漏磁信号及其多重特征值，根据线性度最好的特征值即可 实现对缺陷信息值和探头检测状态值的评价，从而得到缺陷的大致形貌特 征。

当MFL漏磁特征值与缺陷信息或者探头检测状态的线性关系呈现出正 相关时，MFL漏磁特征值越大，则表明在一定范围内缺陷信息值或探头检测 状态值越大；反之，当其线性关系呈现出负相关时，MFL漏磁特征值越大， 则表明在一定范围内缺陷信息值或探头检测状态值越小，而且还能根据具 体的线性关系式对铁磁性材料缺陷进行较为准确的定量的评价。

在缺陷的宽度评价中，分别在缺陷的宽度为2mm、4mm、6mm、8mm、10mm 时进行宽度变化的研究，得到切向分量的MFL峰值曲线信号图如图2a所示， 利用该图对MFL_p0值和MFL_pp值以及三种面积S_t、S_d、S_s随缺陷宽度的变化规 律进行分析研究。由于本发明的MFL信号特征值选择了MFL_p0值和MFL_pp值 S_t、S_d、S_s这五个参数，分别作出这五个参数与缺陷长度的关系曲线，共得 到五条关系曲线。比较这五条关系曲线发现，缺陷的宽度信息值在多重特 征值评价体系中与漏磁信号的峰值曲线信号图中的面积评价S_d线性度最 好；因此，在缺陷宽度评价中，选择线性度最好的MFL信号特征值S_d作为 缺陷宽度的评价指标。由线性关系图2b可以得到MFL漏磁特征值S_d与缺陷 信息值宽度W之间的线性关系为：

S_d＝b_W+k_W·W  (2)

从而可以得到缺陷宽度值为：

$W=\frac{1}{k_W}(S_d-b_W)---\left(3\right)$

式中:S_d表示MFL峰值曲线信号图特征值中的面积差S₃-(S₁+S₂)，线性 系数b_w＝0.4082，k_w＝0.2664均为常数，W表示缺陷宽度值。

当参数b_w等于面积差S_d时，即表示缺陷宽度值为0(即可认为该处无 宽度方向的缺陷)，反之，则可以利用公式(3)式得到缺陷宽度的准确值， 从而实现对缺陷宽度较准确的度量与评价。

同理，在对缺陷的深度进行判别时，分别在矩形槽深度为1mm、2mm、 4mm、6mm、8mm时进行深度变化的研究，得到切向分量的MFL峰值曲线信号 如图3a所示。通过对该图的分析及相关研究，分别得到MFL_p0值和MFL_pp值 以及三种面积S_t、S_d、S_s随缺陷深度变化的关系曲线。比较这五条关系曲线， 发现峰零值MFL_p0与缺陷深度的线性度最好，如图3b所示，可以观察到峰值 与缺陷深度值的正相关性及良好的线性度，因此MFL_p0可作为缺陷深度的评 价指标。由图3b可得到MFL漏磁特征值MFL_p0与缺陷深度D的关系为：

MFL_p0＝b_D+k_D·D  (4)

从而得到缺陷的深度值为：

$D=\frac{1}{k_D}({\mathrm{MFL}}_{p0}-b_D)---\left(5\right)$

式中：MFL_p0表示MFL峰值曲线信号图的特征值中的峰零值，线性系数 b_D＝-0.1756，k_D＝0.5143均为常数,D表示缺陷深度值。由式(5)可知，根 据MFL峰值曲线信号图中的MFL_p0即可得到缺陷深度D的准确值，从而对缺 陷信息值深度进行较为准确的评价与度量。

在对缺陷信息长度值的评价中，分别在矩形槽长度为2mm、4mm、6mm、 8mm、10mm时进行长度变化的研究，得到的切向分量的MFL信号特征曲线如 图4a所示，对该图进行分析得到MFL_p0值、MFL_pp值以及三种面积S_t、S_d、S_s随缺陷长度的关系曲线。本发明的多重特征值评价体系中，面积S_t与缺陷 长度的线性度最好，S_t与缺陷长度的关系曲线图4b所示。故在缺陷长度的 评价中，应选择线性度较好的MFL信号特征值即S_t(即S₃+S₄)作为长度缺 陷的评价指标。由图4b可得到MFL漏磁特征值S_t与缺陷长度L之间满足线 性关系：

S_t＝b_L+k_L·L  (6)

从而得到缺陷的长度值为：

$L=\frac{1}{k_L}(S_t-b_L)---\left(7\right)$

式(7)中：S_t表示切身分量的MFL峰值曲线信号图的特征值中面积S₃+S₄， 线性系数b_L＝0.3732，k_L＝0.2553均为常数，L表示缺陷长度值。由式(7) 可知，根据MFL峰值曲线信号图中的S_t即可精确得到缺陷长度值，从而对 缺陷信息长度值进行评价与度量。

在对检测状态值的评价中，本发明同样基于MFL漏磁信号特征值进行 评价，具体实施时主要对直径5mm、深度4mm的盲孔缺陷表面附近通过探头 (装有磁敏元件)的扫查，得到切向分量的MFL峰值信号，经过对信号图 的分析研究发现，检测状态值同样与本发明中面积评价体系的多重特征值 呈现出良好的线性关系。因此对检测状态值的评价方法具体实施如下：

参照图5a，在对偏移值(探头偏离盲孔中心的距离)进行评价时，对 探头扫查得到的切向分量峰值信号的研究中发现，偏移值与MFL多重特征 值评价体系中的MFL_p0值线性度最好，因此可将MFL_p0值作为偏移值的评价指 标，根据图5b可得MFL漏磁特征值MFL_p0与缺陷信息值长度之间大致满足关 系：

MFL_p0＝b_OF+k_OF·OF  (8)

从而得到检测状态的偏移值为：

$\mathrm{OF}=\frac{1}{k_{\mathrm{OF}}}({\mathrm{MFL}}_{p0}-b_{\mathrm{OF}})---\left(9\right)$

式(9)中：OF表示检测状态的偏移值，线性系数b_OF＝0.9189，k_OF＝0.1601 均为常数。由式(9)可知，根据MFL峰值曲线信号图中的MFL_p0值即可得到 偏移值的准确值，从而对缺陷检测状态进行评价与度量。

如图6a所示，在对提离值(探头提离样件表面的距离)进行评价时， 对探头扫查得到的切向分量峰值信号的研究中发现，提离值与MFL多重特 征值评价体系中的S_s值线性度最好，因此可将S_s值作为提离值的评价指标， 根据图6b可得MFL漏磁特征值S_s与检测状态提离值之间大致满足关系：

S_s＝b_LI+k_LI·LI  (10)

从而得到检测状态的提离值为：

$\mathrm{LI}=\frac{1}{k_{\mathrm{LI}}}(S_s-b_{\mathrm{LI}})---\left(11\right)$

式(11)中：S_s表示MFL峰值曲线信号图的特征值中面积和S₁+S₂+S₃，线 性系数b_LI＝3.2168，k_LI＝-0.4084均为常数，LI表示检测状态的提离值。由 式(11)可知，根据MFL峰值曲线信号图中的值S_s即可得到提离值的准确 值，从而对缺陷检测状态进行评价与度量。

另外，还可以对将样件进行磁化的磁化电流来进行评价。磁化电流对 切向分量的MFL漏磁特征值峰值信号曲线的形貌有比较大的影响，因此能 间接影响到缺陷的尺寸值的评价结果。在对磁化电流这一缺陷检测状态值 进行评价时，对经探头扫查得到的切向分量峰值信号(如图7a所示)进行 的研究中发现，磁化电流值与MFL多重特征值评价体系中的S_t值线性度最 好，因此可将S_t值作为磁化电流值的评价指标，根据图7b可得MFL漏磁特 征值S_t与检测状态磁化电流值之间大致满足的线性关系为：

S_t＝b_ES+k_ES·ES  (12)

从而得到检测状态的磁化电流强度值为：

$\mathrm{ES}=\frac{1}{k_{\mathrm{ES}}}(S_t-b_{\mathrm{ES}})---\left(13\right)$

式(13)中：S_t表示MFL峰值曲线信号图的特征值中面积S₃+S₄，线性 系数b_ES＝-0.5514，k_ES＝0.3418均为常数，ES表示检测状态的磁化电流强度 值。由式(13)可知，根据MFL峰值曲线信号图中的S_t值即可准确得到磁 化电流值，从而对缺陷检测状态进行较准确的评价与度量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。