木构件内部裂缝损伤与2D应力波图像相关性研究

2D应力波技术是一种木材内部缺陷的现场无损诊断技术,常用于传统木结构中梁、柱等木构件的材质勘查。但是在实际操作过程中发现,2D应力波的检测区域常与损伤的实际区域不一致,影响了木构件材质的准确评估。笔者采用2D应力波技术,以木构件内部裂缝损伤为研究对象,研究了应力波传感头与裂缝损伤的相对位置、裂缝损伤自身状态等因素对2D应力波图像特征的影响。研究结果表明,2D应力波图像与木材内部损伤和传感器相对位置均有密切关系,且损伤程度显著影响2D应力波检测的准确性。     

基于应力波与X射线二维CT图像原木内部腐朽无损检测

木材无损检测技术是在20世纪60年代后逐步兴起的对木材性质进行非破坏性检测的技术,如今该技术已多达几十种,产生了多种多样的木材无损检测方法。为了更好地运用这些方法,找出它们的优缺点,有必要对它们检测木材内部缺陷进行试验和评价。同时使用应力波和X射线两种方法对原木内部腐朽进行检测,结果表明：应力波和X射线二维CT图像都能检测出原木内部腐朽,显示出腐朽的区域,而且能利用图像计算出腐朽区域的面积。两种方法计算出的腐朽区域的面积准确度φ都较高,但是应力波二维CT图像在其他许多方面逊于X射线二维CT图像：应力波二维CT图像对腐朽区域形状的显示不够准确,不能根据图像辨别出腐朽的严重程度,利用图像确定腐朽面积效率很低;X射线二维CT图像对腐朽区域形状的显示与实际较吻合,可以根据图像辨别出腐朽的严重程度,利用图像确定腐朽面积效率高。但是X射线仪器笨重不便携,而应力波检测仪轻快便携。     

不同数量传感器下云杉模拟缺陷材应力波成像规律探讨

以云杉原木圆盘为对象,研究不同面积、不同轮廓形状的空洞缺陷及用不同数量传感器情况时应力波成像技术检测缺陷图像与实际缺陷的关系.结果表明:应力波成像系统可以直观显示木材内部缺陷,其检测精度与空洞等实际缺陷面积和被测木材的截面积比率、使用传感器数量及空洞等缺陷轮廓形状有关;当空洞实际面积与被测木材截而积比从1.6％上升到25.0％时,应力波成像系统显示缺陷图像面积与实际缺陷面积相对误差从22.6％下降到9.7％;成像用传感器数量在6～24个之间时,应力波成像系统均能显示空洞等缺陷的存在,但成像用传感器的数量会影响检测精度;缺陷轮廓形状对应力波成像有一定影响,缺陷面积一定时,狭长形缺陷容易被检出,近圆形缺陷检测相对误差小.     

古建筑木材中应力波传播速度的影响因素

对应力波在古建筑木材中传播速度的影响因素及其影响规律进行了检测和分析,目的是找出各种因素变化与应力波扫描图像之间的关系,从而更好地判定木材内部缺陷的位置和面积。研究表明:含水率对应力波传播速度影响显著;在相同含水率下,应力波径向传播速度大于弦向,其传播方向偏离髓心越远,传播速度越小;树种和年代对应力波传播速度也有影响。     

基于灰度共生矩阵和分层聚类的刨花板表面图像缺陷提取方法

【目的】提出一种基于灰度共生矩阵和分层聚类的刨花板表面图像缺陷提取方法,根据缺陷部分与正常部分纹理特征不同,利用分层聚类算法将缺陷分离出来,以解决板面缺陷检测系统中刨花板表面纹理导致缺陷提取不准确的问题。【方法】将刨花板表面灰度图像划分成若干个窗口,使用灰度共生矩阵的统计特征参数对各窗口纹理进行表征,通过分层聚类算法将纹理特征不同区域区分开。首先确定灰度共生矩阵构造因子的取值,包括窗口大小、灰度级、方向和步长,构建出各个窗口的灰度共生矩阵;使用Fisher准则和线性相关性对灰度共生矩阵14个统计特征参数的表征能力进行度量,选取出分类能力强且相关性低的特征构成特征向量,所有窗口的特征向量构成样本集。然后运用BIRCH分层聚类算法对样本集进行聚类,为使聚类结果更准确,同时加快计算速度,提出一种优化策略,绘制样本集均值和统计直方图,将其波峰数量作为理想的类别数量,当聚类产生的类别数量大于理想类别数量时,将聚类结果中距离近的簇合并,解决聚类精度过高而导致的过分割问题。最后根据聚类结果,对原图像中各窗口进行标记,提取出缺陷区域。【结果】选择大小为512像素×512像素,带有杂物、油污、胶斑、大刨花和松软5种类型缺陷的刨花板表面图像,使用本研究方法能够准确将缺陷区域提取出来,精确度达92.2%,召回率达91.8%。【结论】基于灰度共生矩阵和分层聚类的刨花板表面图像缺陷提取方法,可解决因刨花板表面纹理导致缺陷提取不准确的问题,为机器视觉板面缺陷检测系统的缺陷度量和识别提供良好支撑。     

基于图像的木材机械加工表面质量评价研究

实现木材机械加工表面质量自动评价对保证木制品质量和提升其价值有重要意义。根据ASTM_D1666-87R04标准中规定的测试方法,对樟子松、白桦、水曲柳板材进行压刨和砂光加工试验,得到有Raised grain、Fuzzy grain、Chip marks缺陷和无缺陷的木材试样。扫描木材试样以获取其表面图像,计算图像的直方图纹理特征和小波纹理特征。对每种特征分别建立基于BP神经网络的分类器并进行训练和测试。测试结果表明,小波纹理特征分类器的正确率达到91.3%,其评价效果优于直方图纹理特征分类器。     

基于射线分割的林木应力波断层成像算法

【目的】提出一种基于射线分割的林木应力波断层成像算法,研究应力波在林木横截面上的信号分布情况,提高应力波断层成像精度,准确反映林木内部缺陷的位置、大小和腐朽程度。【方法】选取4株原木样本(松树、乌桕)和4株活树样本(香樟、圆柏、柳树)进行应力波断层成像试验,利用FAKOPP应力波检测仪采集样本横截面应力波数据。首先校正采集的应力波速度,绘制应力波传播射线图,对成像区域进行网格划分;然后分割每一条应力波传播射线,基于已知射线传播速度估算待分割射线上多条线段的速度,增加应力波信号量,得到改进的应力波传播射线图;最后根据改进的应力波传播射线图估算成像区域内网格单元的速度,结合图像处理方法,生成断层图像。为验证算法的可行性,使用Resistograph微钻阻力仪评估活树内部健康状况。【结果】基于射线分割的林木应力波断层成像算法能够较准确地重建4株原木样本的断层图像。使用Resistograph微钻阻力仪对活树进行多路径钻探,与阻力曲线图相比发现,基于射线分割的林木应力波断层成像算法生成的断层成像具有较高精度。【结论】基于射线分割的林木应力波断层成像算法可提高初始网格单元速度的准确性和相关性,能够实现林木内部缺陷的高精度成像,适用于林木无损检测。     

应力波断层成像诊断木材内部缺陷

采用应力波断层成像技术对杉木和胡杨木材内部缺陷进行检测,结果表明3种诊断方法均能对木材缺陷进行有效诊断,通过波速矩阵二维图像重构,能够直观显示缺陷部位、大小及形状等信息;断层图像能为树干危险性评价提供依据,但腐朽与空洞界线尚未能准确区分;应力波在健康木材断面传播途径呈规律性,在缺陷出现处应力波波速明显降低,且传播无规律性。     

基于LS-SVM的木材表面缺陷网格化检测

针对图像分割的复杂性和局限性,作者提出一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的木材表面缺陷网格化检测方法。首先将木材表面图像划分成互不重叠的矩形块,然后依次计算每个矩形块图像的特征向量,用于描述各个矩形块图像,其特征向量由颜色特征和纹理特征等参数共同组成。最后将特征向量归一化后送入LS-SVM分类器,利用特征向量的相似度来进行缺陷的定位和识别。实验结果表明,该方法可有效进行木材表面缺陷检测,检测准确率超过93%。     

MATLAB在木材内部缺陷检测图像处理中的应用

应用MATLAB软件,对检测到的木材内部缺陷二维图像进行图像增强和图像边缘检测研究。结果表明,利用MATLAB软件的图像处理功能,有助于提高木材内部缺陷检测的分辨能力。     

超声波法与应力波法在胶合木胶缝缺陷无损检测中的对比研究

应用超声波法与应力波法对同一试件的同一部位进行测试,并对胶合木的胶缝缺陷测试结果进行对比分析。结果表明,对于胶缝缺陷宽度,两种方法的测试结果表现出较高的准确性和一致性;在测试同一测点的缺陷程度时,超声波测试的缺陷严重程度要比应力波测试的结果表现的更为显著;在缺陷边界及小面域缺陷测试中,应力波的测试准确度要明显高于超声波。研究结果将对类似构件无损检测方法的选择和应用提供参考。     

人造板表面缺陷检测图像自适应快速阈值分割算法

【目的】提出一种自适应快速阈值图像分割算法,为人造板表面缺陷在线检测提供支持。【方法】首先将整幅图像划分成若干子区域,通过计算子区域的方差对缺陷进行定位,提取出缺陷所在区域,只对缺陷区域进行图像分割,解决小面积目标难以准确分割的问题。然后对缺陷区域的一维灰度直方图进行处理,直方图平滑后去除掉不显著波峰,根据处理后保留的主要波峰数量和位置自适应地确定分割阈值个数以及每个阈值的分割区间,实现当图像中出现多种类型缺陷时算法自动确定分割阈值个数。最后,通过分析Otsu算法,将阈值穷举搜索改进为条件搜索并限定搜索方向,在每个分割区间内使用改进的Otsu算法对阈值进行搜索,提高搜索速度。【结果】对板面存在油污、大刨花、胶斑、杂物、松软5种类型缺陷的人造板表面图像进行分割,在板面缺陷数量、类型不固定的情况下,算法可以自适应地确定分割阈值个数,在15 ms内将各种类型缺陷从人造板表面图像中分割出来,平均分割准确率达97%。【结论】自适应快速阈值分割算法能够快速、准确将缺陷从人造板表面图像中分离出来,在执行速度和分割效果上均满足在线缺陷检测系统的要求,可为人造板表面缺陷在线检测提供新思路。     

应力波在树木径切面内的传播速度模型

【目的】研究应力波在不同树木径切面内传播速度的变化情况,建立传播速度模型,以期进一步认识应力波在树木径切面内的传播规律及其影响因素,为树木内部缺陷的三维成像技术提供理论依据。【方法】首先通过理论分析,建立应力波在树木径切面内的传播速度模型;然后以浙江农林大学植物园内8类有代表性的树种(香樟、枫香、乐昌含笑、鹅掌楸、响叶杨、悬铃木、松树、白杨)为试验材料,在样本径切面上,采用Arbotom应力波木材无损检测仪测量与径向成不同角度方向的应力波传播时间,计算不同角度方向上的应力波传播速度,并对健康样本径切面内沿方向角θ的应力波速度vθ和径向应力波速度v0的比值vθ/v0与方向角θ之间的关系进行回归分析。【结果】应力波在健康香樟样本径切面内的传播速度随方向角的增大而增大,径向传播速度最小,其原因是当应力波在树木内部沿径向传播时,传播方向与树木纤维方向垂直,受到细胞壁边界的阻碍较多,传播速度较慢;而随着方向角的增大,应力波传播方向与树木纤维方向逐渐平行,受到细胞壁边界的阻碍变少,传播速度逐渐增加。枫香、乐昌含笑、鹅掌楸、响叶杨4种树种的健康样本在相同方向角上的应力波传播速度大小不同,但其变化规律与香樟活力木相同。对健康样本试验数据的拟合结果为vθ/v0≈kθ2+1(0≤k≤1),k值取决于被测树木的物理力学参数。在所建立的回归模型中,决定系数R2均大于0.92,表明模型具有较高的拟合优度。在有缺陷的悬铃木样本试验中,径切面上方向角为-20°~-50°的应力波传播路径经过缺陷区域,其余传播路径均位于健康区域内。当应力波传播路径位于径切面的健康区域时,传播速度随方向角的变化趋势满足一元二次函数模型;但当应力波经过径切面的缺陷区域时,传播速度明显降低,不再符合正常情况下的传播速度模型。针对松树和白杨原木试样,人工设计了空洞缺陷,并对产生空洞前后的原木径切面的应力波传播速度进行了对比。最后,基于建立的径切面内应力波传播速度模型,设计了一种树木内部缺陷四向交叉检测方法,该方法能够较准确地检测木材内部缺陷的位置。【结论】在健康树木的径切面上,方向角θ与vθ/v0之间满足一元二次函数关系vθ/v0≈kθ2+1(0≤k≤1),对不同树种的检测结果均表明了该模型的有效性;进一步的试验证明了该速度模型对于树木内部缺陷检测具有很好的指导作用。     

基于高斯-马尔可夫随机场的木材表面缺陷类型识别

为了识别死节、活节和虫眼三种木材表面缺陷类型,本文采用高斯-马尔可夫随机场模型提取木材表面缺陷图像的纹理参数,结合缺陷区域的矩形度和伸长度两个几何特征,形成14维特征向量.设计三层BP神经网络来识别缺陷的类型.试验表明,三种缺陷的整体识别正确率达到96.67％,验证了该方法的有效性.     

基于雷达波的树木躯干内部缺陷探测识别

【目的】采用探地雷达对木质体内部缺陷进行断层扫描探测,研究基于雷达波的树木内部层面反射特征识别算法,为雷达波无损测试技术在树木内部结构和缺陷的解析、定位及分布表征提供理论依据。【方法】采用900 MHz介质耦合树木雷达对柳木试件进行断层扫描,研究实现阈值法、匹配滤波器法和希尔伯特积算法获取缺陷层面的反射位置,基于层剥反演法对树木内部不同介质进行介电常数反演,求得层位的相对深度,结合三维激光扫描仪获取的树木外形轮廓点云数据,根据轮廓追踪法将雷达波B扫描图像与断层轮廓绝对位置进行映射,实现对树木内部缺陷的准确定位和表征。对3种算法分别使用FDTD正演方法进行对比验证,并应用于颐和园古柳木试件试验测试中。【结果】正演对比测试结果表明,希尔伯特积算法相较于阈值法和匹配滤波器法,对木质体内部缺陷识别效果更好。柳木试验测试结果显示,树木内部缺陷深度误差为10%,结合三维激光和外轮廓扫描技术求得的缺陷部分面积误差在5%左右。【结论】本研究提出的算法可以实现雷达波扫描图像对树木内部缺陷的准确定位和分布成像。     

应力波在旱柳立木内的传播规律分析及其安全评价

应用应力波对东北林业大学校园内的40株旱柳进行检测,获取样本树120个横断面的二维应力波图像及波速矩阵.依据图像,把立木横断面腐朽状况分为尤腐朽、心腐、边腐、心腐边腐共存断面等4类.进一步分析表明:应力波在健康立木横断面内径向传播速度最快,并且波从某一传感器到其余传感器(按顺时针计)的速度变化是先增后减的趋势;立木腐朽会导致应力波传播速度降低,应力波在心腐立木横断面内传播趋势不是先增后减,而变成非常平坦的曲线.因此,可以利用应力波波速的变化来对立木内部腐朽进行估计.另外,根据应力波检测成像结果可以识别腐朽面积及位置,并能够依据断面t/R值对旱柳行道树的安全性进行初步评价.     

超声波与应力波在木材内部缺陷检测中的对比研究

采用超声波和应力波分别对木材试件进行了检测,并运用SPSS软件对检测结果进行分析,结果表明：木材密度、孔洞大小及数量对两种波传播参数及动态弹性模量都有不同程度的影响。通过两种波的对比研究,得知二者对木材内部缺陷检测的灵敏度和准确度存在差异。因此在进行木材内部缺陷检测时,应结合实际情况,采用适当的检测方法,从而提高对木材缺陷盼分辨能力。     

应力波木材无损检测技术应用及研究进展

文中概述了应力波传播机理及应力波木材无损检测技术的优缺点与工作过程，介绍了现阶段木材无损检测领域内常用的几种应力波木材检测设备，对其特点进行了分析，并从力学性能检测、内部缺陷检测和影响应力波传播速度的因素3个方面对应力波木材无损检测技术的研究进展进行总结分析，预测其发展前景，以期为该领域的进一步研究提供参考。     

应力波技术在古建筑木构件腐朽探测中的应用

采用应力波测定仪对西藏古建筑上的腐朽与虫蛀木构件进行无损检测和目测腐朽观察,并将两种结果进行比较.结果表明:应力波无损检测技术可以准确的判定木构件的内部腐朽与虫蛀;表层腐朽分级与无损检测结果基本一致;在古建筑维护中,可在目测基础上,再采用应力波技术检测确认,为准确更换木构件提供定量评价依据.     

基于分形理论和数学形态学的木材表面缺陷识别的图像处理

在木材表面缺陷识别过程中,能否精确提取缺陷轮廓是提高分选准确率的重要因素。采用分形理论和数学形态学进行板材缺陷图像分割和边缘提取,能有效的克服传统方法中缺陷图像提取受背景纹理影响大的不足,为后续的木材表面缺陷的识别打下坚实的基础,提高木材的使用率,对木材表面缺陷识别具有实际意义。