《【论文】红外无损检测系统研究与建模》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【论文】红外无损检测系统研究与建模（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 红外无损检测系统研究及建模 STUDY AND MODELING OF INFRARED NONDESTRUCTIVE TESTING SYSTEM 祁东婷 哈尔滨工业大学 2010 年 6 月 国内图书分类号：TN219 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 红外无损检测系统研究及建模 硕 士 研 究 生: 祁东婷 导 师：戴景民 教授 申请学位：工学硕士 学科：仪器科学与技术 所 在 单 位：自动化测试与控制系 答 辩 日 期：2010 年 6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 Classifie
2、d Index: TN219 U.D.C.: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY AND MODELING OF INFRARED NONDESTRUCTIVE TESTING SYSTEM Candidate： Qi Dongting Supervisor： Prof. Dai Jingmin Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality： Instrument Science and Technology Affilicatio
3、n： Dept. of Automatic Test and Control Date of Oral Defense： June, 2010 Degree Conferring Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - I - 摘 要 红外无损检测技术是新发展起来的一项无损检测技术，可实现对金属、非 金属及复合材料中存在的裂纹、脱粘等缺陷进行检测，具有非接触、检测面积 大、速度快、在线检测等优点。但目前国内对该技术的研究还处于起步阶段， 大多数都处于实验研究当中，所建立的检测系统也主要依靠进口设备，自主研 制的
4、很少。这样就导致红外无损检测设备的研制成本很高，对该项技术的研究 及应用很难推广。根据这种情况，本文自主研制了国产化的检测设备，能够达 到无损检测的目的，与目前国外的一些设备相比具有结构简单、成本低廉、检 测方便等特点。 本文对新型红外无损检测技术的基本理论进行了研究，包括一维热传导理 论和红外热辐射理论；在此基础上，建立了一种新型的图像信息处理模型 相关算法模型，即通过提取材料表面热波信号的相位信息，来判断其内部缺陷 的大小、形状等结构特性。 根据以上理论，研制了国产化红外无损检测系统。首先，设计实现了按正 弦调制的红外热激励源，对目标进行主动式周期性加热；其次，采用国产制冷 型焦平面红外热
5、像仪 CCTC-0504 对被测目标的表面热波信号进行记录；再次， 利用高级语言 Visual C+开发了专门的图像处理软件系统，主要实现了红外热 图序列中缺陷信息的提取功能；最后，通过对设计完成的、含不同形状和深度 缺陷的 A3 钢试件进行试验研究证明：该国产化红外无损检测系统可实现对材 料内部缺陷形状、大小进行检测,并且检测效果较好。通过对试验结果的分析、 对比发现：调制热激励源的调制频率、加载时间及缺陷深度对试验结果均有不 同程度的影响。该系统的研制改善了国内红外无损检测系统依靠国外进口的问 题，为今后国内该技术的研究和应用提供了有效的手段。 关键词：红外热波；国产化设备；相位信息；图像
6、处理；Visual C+ 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - Abstract Infrared Thermography Non-destructive Testing (ITNDT) is a new developed technology. It can detect the cracks, debondings in metal, non-metallic and composite material and is non-contact, detection area, high speed, on-line detection and so on. But now th
7、e research in China is still in its infancy and research phase. The established testing system depends on domestic equipment much less than imported. So the development cost of infrared non-destructive testing equipment is high, and the research and application of this technology is difficult to pro
8、mote. According to this, the equipment is research independently, and can achieve the purpose of nondestructive testing. Compared with some equipment from abroad, it is simple structure, low cost, convenience, etc. This paper studied its fundamental theories, including one dimensional heat conductio
9、n and infrared thermal radiation theory. Based on that the relevant algorithm model of information processing is established, and the size, shape and other information of internal defects are determined by extracting the thermal wave signal phase information. According to the phase principle of NDT
10、localization testing equipment was established. Firstly, the incentive light source system modulated as sine was designed. It can heat the target periodically and initiatively. Secondly, a domestic uncooled focal plane array infrared thermal imager named CCTC-0504 was used to record the surface ther
11、mal wave signal of target. Thirdly, the special image processing software system is coded with the high-level language Visual C+. The software can mainly extract most information of the defects. Finally, the test of A3 steel sample with different shape and depth of defects was done, and it proved th
12、at the equipment developed in this paper can detect the shape and size of interior defects effectually. Through the analysis and contrast of the test result, it demonstrated that the frequency and duration of modulated incentive system and the depth of defects all affect the test effect in different
13、 degree. The development of this system improved the problem that domestic non-destructive testing system relies on imported equipment, and it provided an effective means for research and application of infrared non-destructive testing technology in the future. Keywords: Infrared thermography; Local
14、ization equipment; Phase information; Image processing; Visual C+ 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - III - 目目 录录 摘 要 . I Abstract II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 1 1.1.1 课题来源 . 1 1.1.2 课题研究的目的及意义 1 1.2 无损检测方法概述 . 2 1.2.1 传统的无损检测方法 2 1.2.2 一种新的基于相位法的红外无损检测方法 . 3 1.3 国内外红外无损检测技术的发展概况 . 4 1.3.1 国外红外无损检测研究概况 4 1.3.2 国内研究进展 5 1
15、.4 本课题主要研究内容 . 6 第 2 章 红外无损检测基本原理及建模 8 2.1 热传导理论 8 2.2 红外热成像理论 . 10 2.3 建立相关算法模型 . 12 2.3.1 相位法提取缺陷原理 12 2.3.2 相关算法建模提取相位 13 2.4 频率对检测深度的影响 . 15 2.5 本章小结 16 第 3 章 红外无损检测硬件系统建立 17 3.1 系统总体设计 17 3.2 调制红外热激励源的设计 . 18 3.3 红外热成像、图像采集系统 . 18 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - IV - 3.3.1 红外热成像系统 18 3.3.2 图像采集模块 21 3.4 本章小结
16、 23 第 4 章 系统软件设计及实现 24 4.1 主程序设计 25 4.2 图像帧提取功能模块 . 25 4.3 相关算法处理模块 . 28 4.4 红外热图像预处理模块 . 28 4.4.1 均值滤波 . 29 4.4.2 中值滤波 . 30 4.5 上位机界面设计 . 31 4.6 本章小结 34 第 5 章 试验研究及结果分析 35 5.1 试验研究 35 5.1.1 试件表面处理 35 5.1.2 试验环境及设备 36 5.2 试验结果分析及对比 . 37 5.2.1 试验采集红外热图序列 37 5.2.2 单像素点信号及预处理后效果 38 5.2.3 不同参数对试验结果的影响 42 5.3 本章小结 44 结 论 . 46 参考文献 . 47 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 50 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 50 致谢 . 51 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪论 红外热波无损检测(Infrared Thermography Nond
