HDPE管道接头熔接质量检测与评定技术研究.pdf

摘要

摘要

高密度聚乙烯(HDPE)管道因其质量轻、耐腐蚀、耐磨性和使用寿命长等优点广泛应

用于天然气输送、城市供水等管道运输系统。在HDPE管道的熔接过程中，受到工艺、

设备、环境等因素的不良影响，易在接头处产生各种各样的缺陷，导致泄漏或者爆炸事

故。随着HDPE管道的迅速普及，保证HDPE管道接头的质量安全尤为重要。因此，本

文深入研究了HDPE管道熔接质量检测系统，实现了HDPE管道热熔接头缺陷的自动检

测与识别，主要研究内容与结论如下：

(1)综合HDPE管道热熔接头的缺陷信息与熔接设备的发展，完成了HDPE管道熔

接质量检测系统总体设计，分为外部缺陷视觉检测系统和内部缺陷超声相控阵检测系

统。检测人员利用视觉检测技术得到管道外部翻边轮廓的特征参数，实现对管道接头外

部缺陷检测；利用超声相控阵检测技术得到管道内部缺陷D扫图，实现对管道接头内部

缺陷检测。

(2)在超声相控阵内部缺陷检测中，提出了基于注意力机制的改进Faster-RCNN目

标检测算法模型用于超声相控阵D扫图HDPE管道接头内部缺陷检测。针对HDPE管

道热熔接头内部小缺陷较多、特征信息容易丢失的问题，将深度残差网络(ResNet50)与

特征金字塔网路(FPN)集成形成特征提取网络，并引入卷积注意力模块(CBAM)自适应细

化特征。将SSD模型和Faster-RCNN模型用于训练和测试，使用VGG16、ResNet50、

ResNet50+FPN、CBAM+ResNet50+FPN作为特征提取网络依次对超声相控阵HDPE管

道热熔对接接头内部缺陷样本进行训练对比。实验结果表明：对于HDPE管道热熔接头

内部超声相控阵缺陷检测，Faster-RCNN算法模型比SSD算法模型效果更好，改进后的

Faster-RCNN算法模型对HDPE管道接头内部缺陷检测的精度(mAP)为90.5%，验证了

改进方案的有效性。

(3)在视觉外部缺陷检测中，对单尺度Retinex(SSR)算法进行了改进，解决图像中

光照不均匀的问题。利用灰度形态学滤波以及去除图像标志线算法避免了管道外壁的干

扰，保证HDPE管道接头外部翻边轮廓不被钝化，并结合最大类间方差自适应阈值分割

法和Canny边缘检测算法获得管道外部翻边轮廓，保证了HDPE管道翻边轮廓的完整性。

(4)根据翻边轮廓获取缺陷质量判定所需的特征参数，计算出翻边特征点尺寸偏差、

翻边左右特征点相对距离、管道角度偏移量、翻边宽度差异四个缺陷参数，对管道外部

缺陷进行质量判定。实验表明：对于HDPE管道热熔接头外部缺陷，视觉检测算法能够

实现对HDPE管道外部缺陷的质量判定，验证了视觉检测算法的可行性与可靠性。

(5)使用QT设计并开发HDPE管道熔接质量检测系统，该人机交互界面主要包括

图像采集、内部缺陷检测、外部缺陷检测三部分。

关键词：高密度聚乙烯(HDPE)管道；视觉检测；超声相控阵；Faster-RCNN；卷积注

意力模块

Abstract

Abstract

HighDensityPolyethylene(HDPE)pipesarewidelyusedinpipelinetransportation

systemssuchasnaturalgastransmissionandurbanwatersupplybecauseoftheirlightweight,

corrosionresistance,wearresistanceandlongservicelife.InthefusionprocessofHDPE

pipeline,itissusceptibletovariousdefectsatthejointsduetotheadverseeffectsofprocess,

equipm