[发明专利]一种金属构件腐蚀情况的红外检测方法

权利要求书

1.一种金属构件腐蚀情况的红外检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1获得金属构件的红外图像并进行滤波去噪处理，然后设定阈值获得所述红外图像的二值化图像；

S2根据所述二值化图像中各像素与其相邻像素的连通性，标记腐蚀区域和未腐蚀区域，并绘制所述腐蚀区域的轮廓；

S3根据所述腐蚀区域的轮廓提取所述二值化图像中腐蚀区域的掩模，使用该掩模在所述红外图像中计算所述腐蚀区域的温度；

S4将所述腐蚀区域的温度输入温度腐蚀深度转化模型，获得所述金属构件的腐蚀深度，构建所述温度腐蚀深度转化模型的过程包括如下子步骤：

S41构建未腐蚀区域的模型：

导热微分方程：

初始条件：t(x，0)＝t₀ (4)

边界条件：

式中，x为金属构件的在厚度方向的取值，τ为加热时间，t(x，τ)为x处τ时刻的温度，a₂为未腐蚀层的热扩散率，t₀为环境温度也即金属构件的初始温度，h为金属构件的表面传热系数，t_f为加热温度，λ₂为未腐蚀层的金属热导率，δ为金属构件的厚度，t(0，τ)为金属构件表面τ时刻的温度，t(δ，τ)为金属构件δ厚度处τ时刻的温度；

通过分离变量法或格林函数法可解出此偏微分方程为：

式中，A_k为傅里叶展开的第k个系数，β_k为第k个特征值；

由特征方程可解出特征值β^k，并且0β₁β₂β₃…β_k；根据初始条件，利用傅里叶展开求得系数A_k；

t(0，τ)为未腐蚀区域表面温度，记为T_b，可将未腐蚀区域的温度T_b表示为：

S42构建腐蚀深度为Dep的腐蚀区域的模型：

导热微分方程：

初始条件：t_i(x，0)＝t₀(i＝1,2) (10)

边界条件：

(t₁-t₂)|_x＝Dep＝0 (13)

式中，x为金属构件的在厚度方向的取值，τ为加热时间，i＝1时表示腐蚀层，i＝2时表示未腐蚀层，a_i表示第i层的热扩散率，λ_i表示第i层的金属热导率，t_i(x，τ)为第i层x处τ时刻的温度，t_i(x,0)为第i层x处的初始温度，t_f为加热温度，t₁(0,τ)为腐蚀层表面τ时刻的温度，t₂(δ，τ)为未腐蚀层金属构件δ厚度τ时刻的温度，t₀为环境温度也即金属构件的初始温度，h为金属构件的表面传热系数，t₁为腐蚀层的温度，t₂为未腐蚀层的温度，Dep为金属腐蚀层深度；

通过扩展的分离变量法可解出此微分方程为：

式中，t₁(x，τ)为腐蚀层x处τ时刻的温度，t₂(x，τ)为未腐蚀层x处τ时刻的温度，B_k为傅里叶展开的第k个系数，C_k为傅里叶展开的第k个系数，γ_k为第k个特征值，μ_k为第k个特征值；

由特征方程组(16)，可解出特征值γ_k和μ_k，并且0γ₁γ₂γ₃…γ_k、0μ₁μ₂μ₃…μ_k，其中γ_k和μ_k均为关于腐蚀深度Dep的函数：

根据初始条件，利用傅里叶展开(Fourier级数)求得各项系数B_k和C_k；

t₁(0，τ)腐蚀区域表面温度，记为T₁，可将腐蚀区域的温度T₁表示为：

S43根据公式(8)和公式(17)获得关于腐蚀深度Dep的隐式函数为：

可将腐蚀深度Dep简记为Dep＝f₃(a_i，t₀，t_f,λ_i,τ，T_b，T₁)，根据红外检测的条件，输入腐蚀区域的温度T₁和未腐蚀区域的温度T_b，即可计算出腐蚀深度Dep。