[发明专利]一种基于支持向量机的环焊缝超声相控阵自动聚焦方法

说明书

本发明公开了一种基于支持向量机的环焊缝超声相控阵自动聚焦方法。建立直角坐标系，将最小二乘支持向量回归机作为回归模型，高斯径向基核函数作为核函数，以规范化处理后的输入量和输出量进行训练，建立LSSVR初始函数的预测模型；再以k重交叉验证法计算的泛化误差作为目标函数，采用耦合模拟退火算法与网格搜索法相结合的优化方法，对LSSVR初始函数进行优化得到最优超参数，获得LSSVR优化模型，再对被测数据进行预测获得输出量，逆规范化处理得到对应分区最优的声束路径规划，根据费马定理反向求解获得延时量，施加超声信号对环焊缝缺陷进行聚焦检测。本发明实现智能化的环焊缝缺陷检测，有效提升检测精度和效率。

技术领域

本发明属于工业超声无损检测技术领域，涉及一种基于支持向量机的环焊缝超声相控阵自动聚焦方法。

背景技术

焊接连接是管道工程中最重要而且应用最广泛的连接方式，尤其是环形焊接的方式。在国内外各种大型管道工程项目中，管道敷设工作绝大部分依靠环形焊接工艺来完成。但是，在采用焊接实现连接和铺设的管道中，焊接过程中不可避免会产生各种缺陷，管线在服役或超期服役过程中运行在高温、高压和腐蚀的环境下以及承受疲劳和冲击等恶劣工况条件下，将极大地加速焊缝缺陷的发展，引发管线使用性能的恶化失效，导致事故的发生。因此，环焊缝作为管道线路中最薄弱的环节，是决定管线建成后能否安全、可靠运行的关键因素。

管道的环焊缝焊接缺陷通常会根据焊缝坡口形式及焊接填充次数来实施分区检测。超声相控阵检测技术作为一种先进的超声无损检测技术，可以通过控制各阵元发射/接收信号的时间延迟，达到波束的聚焦、偏转等多种情况，在环焊缝焊接缺陷的检测上具有无可比拟的优势。而由于实际检测中，不同坡口角度、缺陷所在的分区以及楔块的装备位置都需要选择最合适的聚焦方式，才能精确高效的检测出环焊缝焊接缺陷，现有技术中缺少针对不同坡口角度、缺陷所在的分区以及楔块的装备位置进行合适聚焦并能精确高效的检测环焊缝焊接缺陷的方式。

发明内容

鉴于超声波相控阵检测过程中不同装配情况下对各坡口各分区的声束路径规划比较繁琐以及现有技术中的检测精度等其他方面的不足，本发明提供了一种基于支持向量机的环焊缝超声相控阵自动聚焦方法。本发明可以针对不同的楔块安装位置、环焊缝坡口分区及钢管厚度自动预测出声束路径，实现智能化的环焊缝缺陷检测，有效提升检测精度和效率。

如图1所示，本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

步骤一：楔块装配在管道上，楔块的楔面上设置相控阵探头，确定楔块的装配位置和管道厚度，将管道的环焊缝坡口进行分区，以内管壁方向为X轴、以环焊缝中心线方向为Y轴，建立直角坐标系；

步骤二：建立楔块的装配位置、管道厚度和检测的环焊缝坡口分区与对应分区的声束路径规划之间的预测模型：具体是将最小二乘支持向量回归机(LSSVR)作为支持向量机的回归模型，高斯径向基核函数作为LSSVR的核函数，将楔块的装配位置、管道厚度及检测的环焊缝坡口分区进行规范化处理后作为输入量，对应分区的声束路径规划进行规范化处理后作为输出量，以规范化处理后的输入量和输出量作为样本数据进行训练，得到LSSVR初始函数；

楔块的装配位置指的是楔块与环焊缝中心线的距离L，管道厚度指的是管道钢管厚度D，检测的环焊缝坡口分区指的是坡口分区号N，坡口分区的数量和相控探头聚焦的阵元数量相同。将通过实验采集获得的楔块与环焊缝中心线的距离L、钢管厚度D，坡口分区号N作为输入量，将对应坡口分区的声束路径规划作为输出量，输入到支持向量机中训练获得LSSVR初始函数。

步骤三：以k重交叉验证法所计算出的泛化误差作为目标函数，采用耦合模拟退火算法与网格搜索法相结合的优化方法，对LSSVR初始函数进行优化得到最优超参数，由最优超参数获得LSSVR优化模型；

步骤四：将楔块的装配位置、钢管厚度和需要检测的环焊缝坡口分区进行规范化处理后作为输入量，通过LSSVR优化模型预测获得相应的输出量，对输出量进行逆规范化处理，得到对应分区最优的声束路径规划；