一种不锈钢焊管检测系统与识别方法与流程

本发明属于焊缝检测设备，具体的说是一种不锈钢焊管检测系统与识别方法。

背景技术：

1、不锈钢管是一种以不锈钢为原材料制成的中空长条钢材，凭借优异的耐腐蚀性、耐高温性和良好的机械强度，广泛应用于石油化工、食品医疗、建筑装饰、核电设备等领域；不锈钢管的生产工艺主要分为焊接成型和无缝成型两大类，焊接管以不锈钢带材为原料，经开卷、矫平、分条后，通过冷弯成型机组卷成管坯，再采用钨极氩弧焊、高频焊或激光焊等方式将缝隙焊接闭合，随后进行焊缝整平和在线退火处理。

2、目前现有技术中不锈钢焊管检测存在以下缺点：目前，不锈钢焊管焊缝检测主要采用超声波检测、射线检测、涡流检测等方法，其中常规压电超声检测需要耦合剂，难以适应高温、高速的在线检测环境，且对不锈钢焊缝中粗大晶粒引起的结构噪声抑制能力有限；涡流检测主要适用于表面及近表面缺陷，对内部埋藏缺陷的检出能力不足，激光超声技术虽可实现非接触式激发，但原始信噪比通常较低，缺陷信号易淹没于噪声之中；此外现有在线检测系统多为单工位布局，当检测到疑似缺陷时无法在不中断产线的前提下对可疑管段进行复判，存在漏检与误检风险；因此，针对上述问题提出一种不锈钢焊管检测系统。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术，本发明的目的在于提供一种不锈钢焊管检测系统与识别方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种不锈钢焊管检测系统，包括沿钢管运动方向间隔布置的第一检测工位、第二检测工位，以及编码器、域自适应智能识别模块和闭环控制模块；

3、所述第一检测工位和所述第二检测工位均包括激光激发模块、电磁超声接收模块和信号处理模块，所述激光激发模块包括脉冲激光器和扫描振镜，所述电磁超声接收模块包括电磁超声换能器，所述电磁超声换能器被配置为基于磁致伸缩效应接收所述激光激发模块激发的超声波的回波信号；

4、所述第一检测工位的信号处理模块被配置为基于所述编码器的位置脉冲信号和所述第一检测工位的电磁超声接收模块输出的第一回波信号，生成第一b-scan图像；

5、所述第二检测工位的信号处理模块被配置为基于所述编码器的位置脉冲信号和所述第二检测工位的电磁超声接收模块输出的第二回波信号，生成第二b-scan图像；

6、所述域自适应智能识别模块被配置为将所述第一b-scan图像输入域自适应目标检测网络，输出缺陷置信度，以及将所述第二b-scan图像输入所述域自适应目标检测网络，输出复判结果；

7、所述闭环控制模块被配置为：当所述缺陷置信度低于预设阈值时，基于所述第一检测工位与所述第二检测工位之间的间距和所述编码器检测的钢管线速度，计算延迟触发时间，并控制所述第二检测工位在所述钢管的相应管段到达时以高于所述第一检测工位的空间分辨率进行检测。

8、优选的，所述第一检测工位和所述第二检测工位的信号处理模块生成所述第一b-scan图像或所述第二b-scan图像时，基于以下时空编码映射关系确定采样点的轴向坐标：

9、

10、其中，为钢管表面上第i个采样点相对于所述钢管的轴向坐标，为所述扫描振镜的瞬时扫描位置，为所述编码器反馈的钢管线速度，为第i个激光脉冲的触发时刻。

11、优选的，所述信号处理模块还被配置为：在生成所述第一b-scan图像或所述第二b-scan图像之前，对所述第一回波信号或所述第二回波信号进行合成孔径聚焦处理，所述合成孔径聚焦处理包括基于铁素体不锈钢纵波声速模型的多帧回波信号相位相干叠加。

12、优选的，所述域自适应目标检测网络包括特征提取backbone、梯度反转层、特征融合neck和检测头，还包括与所述梯度反转层连接的域判别器；

13、所述特征提取backbone经所述梯度反转层与所述特征融合neck连接，所述检测头与所述特征融合neck连接；

14、所述梯度反转层被配置为在反向传播时反转梯度符号，迫使所述特征提取backbone学习域不变的缺陷特征表示；

15、所述域自适应目标检测网络采用tofd衍射时差法检测的d-scan图像数据集作为源域训练数据，采用所述第一b-scan图像或所述第二b-scan图像作为目标域现场数据。

16、优选的，所述闭环控制模块控制所述第二检测工位以高于所述第一检测工位的空间分辨率进行检测，包括以下至少一项：

17、降低所述第二检测工位的扫描振镜的扫描速度至所述第一检测工位的扫描速度的1/n，其中n≥2；

18、提升所述第二检测工位的脉冲激光器的脉冲能量至所述第一检测工位的脉冲能量的m倍，其中m＞1；

19、缩小所述第二检测工位的脉冲激光器的光斑直径至所述第一检测工位的光斑直径的1/k，其中k≥2。

20、优选的，还包括焊缝位置跟踪模块，所述焊缝位置跟踪模块包括激光线结构光位移传感器，所述激光线结构光位移传感器被配置为在所述第一检测工位的上游实时检测钢管焊缝的角位置，并反馈至所述第一检测工位和所述第二检测工位，以调整所述扫描振镜的扫描中心线；

21、所述电磁超声换能器为弧面结构，所述弧面结构的曲率与目标管径系列匹配，且所述电磁超声换能器通过气动随动机构保持与钢管表面1–2mm的恒定提离距离。

22、优选的，所述系统被配置为适用于壁厚不小于3mm且相对磁导率不小于两百的铁素体不锈钢焊管；

23、还包括标记分流模块，所述标记分流模块被配置为：当所述复判结果确认存在缺陷时，在所述钢管的相应管段表面进行喷码标记，并在产线末端将所述相应管段自动分流至离线复检线。

24、一种所述检测系统的识别方法，包括以下步骤：

25、s1：通过编码器实时检测钢管线速度；

26、s2：在第一检测工位，以第一组检测参数对钢管焊缝进行激光超声扫描，基于所述编码器的位置脉冲信号生成第一b-scan图像；

27、s3：将所述第一b-scan图像输入域自适应目标检测网络，输出缺陷置信度；

28、s4：判断所述缺陷置信度是否低于预设阈值；

29、s5：若所述缺陷置信度不低于所述预设阈值，判定所述钢管的当前管段合格；

30、s6：若所述缺陷置信度低于所述预设阈值，基于所述第一检测工位与第二检测工位之间的间距和所述钢管线速度，计算延迟触发时间，确保所述第二检测工位在所述当前管段到达前完成高分辨率参数切换；

31、s7：当所述当前管段到达所述第二检测工位时，所述第二检测工位以第二组检测参数对所述当前管段进行激光超声扫描，生成第二b-scan图像，其中所述第二组检测参数的空间分辨率高于所述第一组检测参数；

32、s8：将所述第二b-scan图像输入所述域自适应目标检测网络，输出复判结果。

33、优选的，步骤s2和步骤s7中生成所述第一b-scan图像或所述第二b-scan图像时，基于以下时空编码映射关系确定采样点的轴向坐标：

34、

35、其中，为钢管表面上第i个采样点相对于所述钢管的轴向坐标，为扫描振镜的瞬时扫描位置，为所述钢管线速度，为第i个激光脉冲的触发时刻；

36、并且，在生成所述第一b-scan图像或所述第二b-scan图像之前，对回波信号进行合成孔径聚焦处理，所述合成孔径聚焦处理包括基于铁素体不锈钢纵波声速模型的多帧回波信号相位相干叠加。

37、优选的，所述域自适应目标检测网络包括特征提取backbone、梯度反转层、特征融合neck和检测头，还包括与所述梯度反转层连接的域判别器；所述特征提取backbone经所述梯度反转层与所述特征融合neck连接，所述检测头与所述特征融合neck连接；所述梯度反转层在反向传播时反转梯度符号，迫使所述特征提取backbone学习域不变的缺陷特征表示；所述域自适应目标检测网络采用tofd衍射时差法检测的d-scan图像数据集作为源域训练数据，采用所述第一b-scan图像或所述第二b-scan图像作为目标域现场数据；

38、步骤s7中所述第二组检测参数的空间分辨率高于所述第一组检测参数，包括以下至少一项：所述第二检测工位的扫描振镜的扫描速度降至所述第一组检测参数的扫描速度的1/n，其中n≥2；所述第二检测工位的脉冲激光器的脉冲能量提升至所述第一组检测参数的脉冲能量的m倍，其中m＞1；所述第二检测工位的脉冲激光器的光斑直径缩小至所述第一组检测参数的光斑直径的1/k，其中k≥2；

39、所述方法适用于壁厚不小于3mm且相对磁导率不小于两百的铁素体不锈钢焊管。

40、本发明的有益效果：

41、采用激光激发与电磁超声接收，无需耦合剂，可适应钢管在线产线的高温、高速环境，实现全检；

42、通过编码器触发的时空编码映射，将扫描振镜的时间序列采样与钢管运动精确关联，生成无运动畸变的b-scan图像，解决了激光超声从静态或准静态检测向在线连续检测跨越的关键障碍；

43、通过合成孔径聚焦对多帧回波信号进行相位相干叠加，将缺陷回波能量聚焦增强，同时抑制随机噪声，使低信噪比的激光超声信号满足深度学习输入要求；

44、通过域自适应目标检测网络，利用梯度反转层驱动的对抗学习，迫使网络提取缺陷的本质物理特征，而非成像方式的表面特征，实现从tofd d-scan到激光超声b-scan的跨模态迁移，在少量目标域标注数据下达到高识别准确率；

45、双工位级联架构在物理上解决了单一工位无法兼顾检测速度与分辨率的矛盾，第一工位快速初筛保证产线throughput，第二工位在延迟触发后对可疑管段进行高分辨率复判，实现粗检、精检的协同；

46、基于置信度驱动的双工位延迟触发机制，在无需钢管回退或检测装置反向运动的情况下，实现了检测、识别、反馈、复判的闭环控制，显著降低了漏检率。