基于导波的起重机部件缺陷诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及质量检测技术、港口起重机工作监测技术领域，尤其涉及基于导波的起重机部件缺陷诊断方法及系统。

背景技术

导波检测作为质量安全检测技术中无损评估领域的最新方法之一，该方法采用机械应力波沿着延伸结构传播，其具有传播距离长而衰减小的特点。目前，导波检测广泛应用于检测和扫查大量工程结构，特别是全世界各地的金属管道检验；有时单一的位置检测可达数百米；而导波检测除了管道检验中应用之外，部分文献还记载了导波检测应用于检测铁轨、棒材和金属平板等结构中。

港口、码头作为货物水上运输中转的重要场地，大量货物在港口、码头进行装卸，集装箱作为货物统一容纳包装的载体，其由于体积大、重量高，因此，通常需要借助起重升降设备对其进行场内转运，起重机作为港口、码头重要的转运工具之一，其在货物场内转运时，被频繁使用，而由于起重机在货物转运过程中，其主梁承担最主要的受力承重作用，因此主梁的受力承载能力一定程度上决定了起重机的工作可靠性和可转运的能力。目前起重机的主梁主要有箱形梁和工字梁结构，其中，箱形梁结构由于具有更为丰富的受力结构，以及较高的受力承载能力，因此，其被广泛应用在高载荷能力的起重机上(例如用于生产车间、港口码头、仓库等场地的桥式起重机、梁式起重机、龙门式起重机等等)。由于应用在港口、码头的起重机多为露天工作和装配于露天环境，其在服役过程中不仅受到风吹日晒，而且还会因为空气湿润，以及海风中可能会携带一定对金属具有促进腐蚀的成份而使得起重机需要经常进行零部件检修、保养，尤其是一些具有轻微腐蚀、损伤的零部件而言，对其后续情况进行重点监测是非常关键的，这能避免其在工作过程中发生突然损坏而导致安全事故或者工作开展停滞问题。

由于起重机的零部件结构较为复杂和不规则，目前还鲜有文献记载起重机的零部件应用导波检测，尤其是将导波探伤检测与起重机运行监测技术进行联用的方案目前暂未见报道。由于在港口、码头进行服役的起重机在工作上具有一定的峰谷期，而定期对其进行质检的周期相对固定，这使得设备管理人员和使用人员在设备使用过程中发生异常时，无法灵活对其进行开展初步探伤检查，尤其是起重机在短期高频率的使用下，其发生故障或异常的概率会提高，因此，如何通过灵活便利的损伤监测机制对其进行质检，同时，在起重机运行监测异常时，进行粗略探伤检测，以输出评估结果供现场管理人员进行检修安排，那么对起重机的安全预警工作将会带来积极的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、应用灵活且结果参考性佳，能够辅助起重机操作人员或后台监控管理人员对起重机部件损伤进行预估的基于导波的起重机部件缺陷诊断方法及系统。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于导波的起重机部件缺陷诊断方法，其包括：

按预设条件通过超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波检测，生成超声导波检测数据，同时获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息；

获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果；

获取对比匹配结果，按预设条件根据对比匹配结果输出起重机零部件是否存在缺陷的判断结果。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案还包括：

在起重机部件的预设区域上布设超声导波检测模块，然后设定其在预设指令下工作启动，以用于检测对应起重机部件在起重机不同工作状态下的超声导波检测数据；其中，所述超声导波检测模块经启动完成单次检测工作后，将起重机部件对应的超声导波检测数据与其对应的检测时间关联，生成超声检测记录。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案还包括：

响应起重机的工作启动信号，实时对起重机的工作参数和工作状态数据进行监测，以记录起重机在启动后，其在不同时间下的工作参数和工作状态，生成与起重机关联的工作信息。

作为一种较优的实施选择，优选的，本方案获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息包括：

获取超声检测记录和工作监测记录，根据超声检测记录中超声导波检测数据对应的检测时间，从工作监测记录中提取该时间下，起重机的工作参数和工作状态数据，然后将其与超声检测记录相关联，生成待检测信息。

作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述参照数据的构建方法包括：

A01、选取符合预设要求的起重机部件作为数据采集对象，在起重机部件的预设区域上布设超声导波检测模块；

A02、令起重机在预设工作参数和工作状态下进行运行，同时，在起重机运行时，启动超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波监测，获得检测数据；

A03、根据检测数据对起重机部件进行健康状况判断，生成初步诊断结果；

A04、停止起重机运行，按预设方式对起重机部件进行健康状况复核，生成复核结果；

A05、将初步诊断结果与复核结果进行对比，当二者一致时，对该检测数据进行信息标记，以标识诊断结果，当二者不一致时，舍弃该检测数据；

A06、重复A02～A05，获得多个检测数据，然后按数据采集时，起重机的工作参数和工作状态将检测数据分配至预设参照数据分组中，使起重机部件在起重机处于不同预设工作参数和工作状态下的参照数据分组中均具有一个以上检测数据，获得一组以上参照数据分组，其中，参照数据分组中的每个检测数据均具有信息标记；所述信息标记用于指向其对应起重机部件是否正常或存在缺陷，且每个参照数据分组中至少具有一个信息标记指向起重机部件为正常的检测数据；

A07、在每个参照数据分组中选取一个指向起重机部件为正常的检测数据作为参照数据。

作为一种较优的实施选择，优选的，本方案获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果包括：

根据待检测信息中起重机的工作信息从一组以上参照数据分组中提取起重机工作信息匹配度最高的参照数据分组作为参照对象，然后从中调取参照数据；

将待检测信息中的超声导波检测数据与参照数据进行对比匹配，

当待检测信息中的超声导波检测数据的波形与参照数据的波形相似度符合预设要求时，将该待检测信息定义为正常，且以正常作为对比匹配结果输出，

当待检测信息中的超声导波检测数据的波形与参照数据的波形相似度不符合预设要求时，将该待检测信息定义为缺陷，当参照数据分组中具有信息标记为存在缺陷的检测数据时，将其调取，然后与待检测信息中的超声导波检测数据进行再次匹配，将匹配度符合要求的检测数据和其对应的信息标记以及待检测信息定义为缺陷的信息作为对比匹配结果输出。

作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述起重机包括箱形梁、平移组件和电动葫芦，所述平移组件连接在所述箱形梁上，所述电动葫芦与所述平移组件连接，且由所述平移组件带动所述电动葫芦在所述箱形梁长度方向上平移；所述起重机部件为箱形梁，所述箱形梁的一端上布设有超声导波检测模块；

所述工作参数包括：所述平移组件带动电动葫芦在箱形梁上移动的速度信息、所述电动葫芦对待转运物进行起吊升起或下降的速度信息；

所述工作状态包括：所述平移组件和电动葫芦在箱形梁上的位置信息；所述电动葫芦将待转运物起吊的高度信息。

基于上述，本发明还提供一种用于港口起重机的部件缺陷监测方法，其包括上述所述的基于导波的起重机部件缺陷诊断方法；其中，所述港口起重机具有箱形梁。

基于上述，本发明还提供基于导波的起重机部件缺陷诊断系统，其包括：

超声波检测模块，布设在起重机部件的预设区域，所述超声波检测模块用于按预设条件通过超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波检测，生成超声导波检测数据，所述超声波检测模块包括导波发射单元和导波接收单元，所述导波发射单元用于对超声导波进行激励且按预设条件在起重机部件的预设区域发射超声导波信息，所述导波接收单元用于接收经返回的信号，形成检测数据；

工作监测模块，响应起重机的工作启动信号，实时对起重机进行工作信息监测，以及按预设条件对超声波检测模块输出工作启动指令；

数据关联模块，用于获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息；

数据服务器，用于存储参照数据，所述参照数据为起重机部件在起重机处于不同预设工作参数和工作状态下进行超声导波检测所得的检测数据，且每个检测数据均具有用于指向其对应起重机部件是否正常或存在缺陷的信息标记；

数据匹配模块，用于获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果；

诊断输出模块，用于获取对比匹配结果，按预设条件根据对比匹配结果输出起重机零部件是否存在缺陷的判断结果。

基于上述，本发明还提供一种计算机可读的存储介质，所述的存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行实现如上述所述的基于导波的起重机部件缺陷诊断方法。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案通过超声波检测模块对起重机部件的预设区域进行检测，获得超声导波检测数据，再结合起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与起重机对应工作信息下的参照数据进行对比，从而可以在不停机的情况下，实现对起重机缺陷情况的初步评估，相比于传统方案需要在起重机处于停机状态下进行检测的方案而言，本方案通过选取符合要求的起重机部件(例如箱形梁等受力件)作为数据采集对象，在起重机运行过程中对其进行超声导波数据采集，然后结合起重机当下的工作信息和起重机部件的健康状况，形成具有信息标记的参照数据，使得后续对待检测信息进行评估诊断时，可以根据起重机的工作信息调取与之相关的参照数据进行对比匹配，从而快速获得起重机部件缺陷诊断结果，以此供设备管理人员或操作人员进行评估是否需要对设备进行维护、检修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方案用于起重机中的简要实施示意图，其中起重机仅示出部分与箱形梁连接的主要结构；

图2是本发明方案方法的其中一种实施流程举例示意图；

图3是本发明方案方法的另一种实施流程举例示意图；

图4是本发明方案方法的参照数据构建的简要实施流程示意图；

图5是本发明方案系统的简要单元模块连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，本实施例方案一种基于导波的起重机部件缺陷诊断方法，其用于起重机1箱形梁13缺陷的诊断，尤其是在起重机1经过运行使用后，对其箱形梁13是否存在因受力而发生断裂或因环境因素而锈蚀的缺陷进行初步判断，以供设备管理人员进行参考和及时维护检修，本方案所述起重机1包括箱形梁13、平移组件11和电动葫芦12，所述平移组件11连接在所述箱形梁13上，所述电动葫芦12与所述平移组件11连接，且由所述平移组件11带动所述电动葫芦12在所述箱形梁13长度方向上平移；本方案被检测的起重机1部件为箱形梁13，所述箱形梁3的一端上布设有超声导波检测模块2；其中，超声导波检测模块为现有市销产品，其可以直接转用现有用于管道缺陷检测的超声导波检测模块，此为现有技术装置，在此就不再对其进行工作原理赘述。

具体的，结合图2所示，本实施例方案基于导波的起重机部件缺陷诊断方法包括如下步骤：

S01、按预设条件通过超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波检测，生成超声导波检测数据，同时获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息；

S02、获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果；

S03、获取对比匹配结果，按预设条件根据对比匹配结果输出起重机零部件是否存在缺陷的判断结果。

本方案S01中，可以通过起重机操作人员或后台管理人员或通过后台管理平台设定程序来触发超声导波检测模块工作启动，以实现对起重机部件进行超声导波检测，而在超声导波检测模块工作时，对起重机的工作信息进行采集能够方便后续追溯检测对象的工作情况，尤其是在起重机处于运行状态时进行地检测，当起重机处于工作运行时，由于起重机的其他部件在工作过程中会产生一定的振动，而这种外来振动对于普通超声检测而言，其会加大超声检测数据的噪声，从而带来数据评估误差，而对于起重机部件具有裂纹的情况而言，部分裂纹在小于预设值时，可能会因为超声检测数据中反馈的波形不明显而常常被忽略，而此时，起重机若是处于运行状态，其自身振动在一定程度上会对裂纹造成影响，使其在一对宽度上发生裂纹间距波动，从而能够一定程度上放大被超声信号检测到的概率。

结合图3所示，为了能够更为方便地对起重机部件进行超声导波检测，作为本实施方案的另一种可能的实施方式，进一步，本方案可以包括如下步骤：

S11、在起重机部件的预设区域上布设超声导波检测模块，然后设定其在预设指令下工作启动，以用于检测对应起重机部件在起重机不同工作状态下的超声导波检测数据；其中，所述超声导波检测模块经启动完成单次检测工作后，将起重机部件对应的超声导波检测数据与其对应的检测时间关联，生成超声检测记录；

S12、按预设条件通过超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波检测，生成超声导波检测数据，同时获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息；

S013、响应起重机的工作启动信号，实时对起重机的工作参数和工作状态数据进行监测，以记录起重机在启动后，其在不同时间下的工作参数和工作状态，生成与起重机关联的工作信息；

S14、获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果；

S15、获取对比匹配结果，按预设条件根据对比匹配结果输出起重机零部件是否存在缺陷的判断结果。

其中，作为一种较优的实施选择，优选的，本方案在S12中，获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息包括：

获取超声检测记录和工作监测记录，根据超声检测记录中超声导波检测数据对应的检测时间，从工作监测记录中提取该时间下，起重机的工作参数和工作状态数据，然后将其与超声检测记录相关联，生成待检测信息。

在起重机的工作信息范畴方面，作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述工作参数包括：所述平移组件带动电动葫芦在箱形梁上移动的速度信息、所述电动葫芦对待转运物进行起吊升起或下降的速度信息；所述工作状态包括：所述平移组件和电动葫芦在箱形梁上的位置信息；所述电动葫芦将待转运物起吊的高度信息。

由于在具有起重机工作振动的干扰下，超声导波检测模块所接收的返回信号常常具有的干扰噪声要多于起重机处于工作停止的状态，因此，为了方便对所采集的检测数据进行快速初步判断，本方案通过加入参照数据作为对比对象，通过将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果；从而来快速粗略判断出起重机部件是否存在缺陷的可能。

而在参照数据的构建上，结合图4所示，作为一种较优的实施选择，优选的，本方案所述参照数据的构建方法包括：

A01、选取符合预设要求的起重机部件作为数据采集对象，在起重机部件的预设区域上布设超声导波检测模块；

A02、令起重机在预设工作参数和工作状态下进行运行，同时，在起重机运行时，启动超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波监测，获得检测数据；

A03、根据检测数据对起重机部件进行健康状况判断，生成初步诊断结果；

A04、停止起重机运行，按预设方式对起重机部件进行健康状况复核，生成复核结果；

A05、将初步诊断结果与复核结果进行对比，当二者一致时，对该检测数据进行信息标记，以标识诊断结果，当二者不一致时，舍弃该检测数据；

A06、重复A02～A05，获得多个检测数据，然后按数据采集时，起重机的工作参数和工作状态将检测数据分配至预设参照数据分组中，使起重机部件在起重机处于不同预设工作参数和工作状态下的参照数据分组中均具有一个以上检测数据，获得一组以上参照数据分组，其中，参照数据分组中的每个检测数据均具有信息标记；所述信息标记用于指向其对应起重机部件是否正常或存在缺陷，且每个参照数据分组中至少具有一个信息标记指向起重机部件为正常的检测数据；

A07、在每个参照数据分组中选取一个指向起重机部件为正常的检测数据作为参照数据。

本方案A03中，根据检测数据对起重机部件进行健康状况判断，生成初步诊断结果的方式可以采用经训练的检测神经网络来对检测数据进行健康状况判断，亦或者通过后台人工分析的方式进行实施，对于检测神经网络而言，其训练方法为现有技术在此就不在赘述，其训练素材主要为经判断结果标注的超声检测数据，通过将其作为输入项对神经网络进行训练和严重，直至模型收敛后，即可获得用于检测起重机部件超声检测数据的检测神经网络，而由于检测神经网络在起重机工作时，对其进行数据评估则需要进行接入互联网进行数据判断，采用本地化的方式会使得成本高昂，也加重了设备运行监管的投入；同时，依赖检测神经网络进行判断的精度要求较高，会增加训练所需的数据量。因此，本方案仅在参照数据的粗步判断上使用检测神经网络进行粗检。而本方案A04可以在起重机运行多个预设工作参数和工作状态后，再进行执行，即，通过最后对起重机部件(本实施例的箱形梁)进行缺陷检测，若其无缺陷，则在此期间的超声导波检测数据均可以标记为正常，反之，若是复查具有缺陷时，则对此期间的超声导波检测数据进行逐个排查和标记。

通常情况下，本方案A01中，选取符合预设要求的起重机部件作为数据采集对象多为选择新的起重机部件，再对其进行缺陷检测排查后，将其作为数据采集对象，然后根据其在长期运行后，零部件的性能衰减情况来进一步确定起重机零部件存在缺陷时的情况，以此来确定超声导波检测数据的临界情况；而由于起重机零部件的设计往往是具有较大性能余量的，因此，以正常状况下的起重机部件在起重机不同工作信息下运行时的数据作为参考具有较好的价值，即，将其作为基准数据。

在上述基础上，作为一种较优的实施选择，优选的，本方案S14中，获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果包括：

S141、获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息从一组以上参照数据分组中提取起重机工作信息匹配度最高的参照数据分组作为参照对象，然后从中调取参照数据；

S142、将待检测信息中的超声导波检测数据与参照数据进行对比匹配，

当待检测信息中的超声导波检测数据的波形与参照数据的波形相似度符合预设要求时，将该待检测信息定义为正常，且以正常作为对比匹配结果输出，

当待检测信息中的超声导波检测数据的波形与参照数据的波形相似度不符合预设要求时(例如：与参照数据的特征波形相比，超声导波检测数据的波形具有多个振幅和/或数量不同于参照数据的波形的情况下，判断其存在缺陷)，将该待检测信息定义为缺陷。

而为了复用参照数据分组的历史数据，以为操作人员或后台管理人员获知起重机当下的异常类型，当参照数据分组中具有信息标记为存在缺陷的检测数据时，将其调取，然后与待检测信息中的超声导波检测数据进行再次匹配，将匹配度符合要求的检测数据和其对应的信息标记以及待检测信息定义为缺陷的信息作为对比匹配结果输出。

其中，定义为缺陷的信息标记可以为点蚀或裂纹等。

另外，为了避免因为偶发性问题而导致待检测数据的评估诊断错误，本方案中，所述待检测数据中的超声导波检测数据至少包括N个周期数据，即导波发射单元至少发射N次超声导波，然后接收至少N个返回的信号，行程N组完整的检测数据，其中，N大于等于5，然后将其分别与参照数据进行对比，当N组检测数据中判断为正常的数据大于80％时，对比匹配结果为正常，否则为缺陷。通过该方式可以降低诊断的失误率，提高诊断结果的参考价值和可靠性。

基于上述，本实施方案还可以用于港口起重机的部件缺陷监测方法中进行实施；其包括上述所述的基于导波的起重机部件缺陷诊断方法；其中，所述港口起重机具有箱形梁。

结合图5所示，基于上述，本实施方案还提供基于导波的起重机部件缺陷诊断系统，其包括：

超声波检测模块，布设在起重机部件的预设区域，所述超声波检测模块用于按预设条件通过超声导波检测模块对起重机部件进行超声导波检测，生成超声导波检测数据，所述超声波检测模块包括导波发射单元和导波接收单元，所述导波发射单元用于对超声导波进行激励且按预设条件在起重机部件的预设区域发射超声导波信息，所述导波接收单元用于接收经返回的信号，形成检测数据；

工作监测模块，响应起重机的工作启动信号，实时对起重机进行工作信息监测，以及按预设条件对超声波检测模块输出工作启动指令；

数据关联模块，用于获取起重机在超声导波检测时的工作信息，将其与超声导波检测数据关联，生成待检测信息；

数据服务器，用于存储参照数据，所述参照数据为起重机部件在起重机处于不同预设工作参数和工作状态下进行超声导波检测所得的检测数据，且每个检测数据均具有用于指向其对应起重机部件是否正常或存在缺陷的信息标记；

数据匹配模块，用于获取待检测信息，根据待检测信息中起重机的工作信息，将待检测信息中的超声导波检测数据与预设参照数据进行对比匹配，以生成待检测信息中超声导波检测数据与参照数据对应的对比匹配结果；

诊断输出模块，用于获取对比匹配结果，按预设条件根据对比匹配结果输出起重机零部件是否存在缺陷的判断结果。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。