本发明专利技术属于无损检测技术领域，涉及一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法。本发明专利技术方法利用不同波长入射脉冲超声波在蒙皮/蜂窝芯连接层、蜂窝芯连接层/蜂窝壁、蜂窝芯连接层/蜂窝格界面形成的反射回波信号，通过建立相应的转换函数进行缺陷判别和超声成像。可选择不同入射脉冲超声波频率、换能器及其声束直径、扫描步进、声学耦合方式及超声自动扫描设备等，实现不同胶接、焊接等蜂窝夹芯结构的超声自动扫描成像检测。实际检测效果表明，显著地提高了蜂窝芯结构检测灵敏度和分辨率及检测能力，可准确检出蒙皮/蜂窝芯、蒙皮/连接层、连接层/蜂窝格之间的缺陷和结合情况，大大提高了检测的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无损检测
，涉及一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像 检测方法。
技术介绍
随着复合材料蜂窝夹芯结构及金属蜂窝夹芯结构在航空航天、交通等工业领域的 应用广泛，通常采用胶接和焊接等工艺制造成各种各样的蜂窝夹芯结构，需要对装机应用 的蜂窝夹芯结构进行自动扫描无损检测，确保装机结构的质量和服役安全。目前主要是采 用的两种检测方法：（l)x-射线数字成像检测方法，其主要不足是：1)只能检出蜂窝芯本身 的缺陷，难以检出蒙皮/蜂窝芯连接界面的缺陷；2)成本高；3)需要严格的射线防护；4)不 环保；（2)超声检测方法，多采用穿透法检测，其主要不足是：1)多采用平面换能器和低频 换能器，分辨率低，难以得到每个蜂窝芯格与蒙皮的连接情况；2)对于大厚度蜂窝芯，因声 波衰减异常剧烈，检测困难；3)换能器需要从零件两侧接近被检测零件，从而需要复杂的 同步扫描机构和严格的喷水耦合控制及水净化要求；4)不能确定检出缺陷的深度位置。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对复合材料及金属蜂窝夹芯结构，提出一种基于自动扫描的蜂 窝夹芯结构超声成像检测方法，实现复合材料蜂窝夹芯结构及金属蜂窝夹芯结构的超声成 像检测，改进超声检测的灵敏度和分辨率，提高对胶接和焊接蜂窝夹芯结构中蒙皮、蒙皮/ 蜂窝芯、蜂窝芯/连接层之间的缺陷的检出能力和检测的可靠性。本专利技术的技术解决方案 是， 采用脉冲反射法，利用自动扫描超声成像检测系统进行蜂窝夹芯结构超声成像检 测，自动扫描超声成像检测系统包括换能器、超声单元、信号处理单元、机械扫查机构、扫查 控制单元和成像系统，其特征是， 通过自动扫描超声成像检测系统中的换能器向被检测蜂窝芯夹层结构发射宽带 窄脉冲超声信号IV此宽带窄脉冲超声信号^通过换能器与蜂窝夹芯结构表面之间的声学 耦合剂传播到被检测蜂窝夹芯结构的蒙皮表面，并在被检测蜂窝夹芯结构的蒙皮表面形成 超声反射和折射后，在蜂窝夹芯结构的蒙皮表面形成反射宽带窄脉冲超声信号％和透射宽 带窄脉冲超声信号u t，其中，透射宽带窄脉冲超声信号ut经过蜂窝夹芯结构的蒙皮后传播 到蒙皮/蜂窝芯连接层，形成新的超声反射/折射，1)当ut的波长x〈〈hi时，这里，hi为蜂窝芯连接层的厚度，此时， ①换能器接收到来自蜂窝夹芯结构的蒙皮/蜂窝芯连接层的反射宽带窄脉冲超 声信号ub表不为：(la) 对应的成像信号G表示为： G = kub(lb) 这里，G-为成像信号，其域值范围为， k-为调制系数，根据ub的大小和超声单元的增益，由试验设定。 ②换能器接收到来蜂窝芯连接层/蜂窝壁界面反射的宽带窄脉冲超声信号ub'表 示为：(2a) 对应的成像信号G'表示为：G' = kub' （2b)〇 G'的域值范围为， ③换能器接收到来蜂窝芯连接层/蜂窝格界面反射的宽带窄脉冲超声信号ub"表 示为： ub"~-(l-ub) (3a) 对应的成像信号G"表示为： G" = kub" (3b) 〇 G"的域值范围为，这里，P^为换能器与被检测蜂窝夹芯结构之间的声学耦合介质的密度，P2-为蒙皮的材料的密度， P3-当蒙皮/蜂窝芯连接层界面没有缺陷时，P3为蜂窝芯连接层的材料的密度， 当蜂窝夹芯结构的蒙皮/蜂窝芯连接层界面存在脱粘缺陷时，P 3近似为空气的密度，P4-当蜂窝夹芯结构的蒙皮/蜂窝壁界面没有缺陷时，P4为蜂窝芯的材料的密 度，当蜂窝夹芯结构的蒙皮/蜂窝壁界面有缺陷时，P 4近似为空气的密度， q-为换能器与被检测蜂窝夹芯结构之间的声学耦合介质中的声速， c2-为蒙皮中的声速， (：3-当蒙皮/蜂窝芯连接层界面没有缺陷时，c3为蜂窝芯连接层中的声速，当蒙皮 /蜂窝芯连接层界面出现脱粘缺陷时，(：3近似为空气中的声速， (34-当蒙皮/蜂窝壁界面没有缺陷时，c4为蜂窝芯中的声速，当蒙皮/蜂窝壁界面 有缺陷时，〇 4近似为空气中的声速， 进行缺陷判别： ①根据换能器接收到来自蜂窝夹芯结构中的蒙皮/蜂窝芯连接层界面的反射宽 带窄脉冲超声信号u b，按照式判别蒙皮/蜂窝芯连接层界面的缺陷，按照式（lb)将反射宽 带窄脉冲超声信号ub转换为成像信号G ; ②根据换能器接收到来蜂窝芯连接层/蜂窝壁界面的反射宽带窄脉冲超声信号 ub'，按照式（2a)判别蜂窝芯连接层/蜂窝壁界面的缺陷，按照式（2b)将反射超声宽带窄 脉冲信号u b'转换为成像信号G'，按照式（3a)判别蜂窝芯连接层/蜂窝格界面，按照式 (3b)将反射超声宽带窄脉冲信号ub"转换为成像信号G";2)当七的波长入》1时，此时，ut只会形成蒙皮/蜂窝壁界面的反射宽带窄脉冲 超声信号u。和蒙皮/蜂窝格界面的反射宽带窄脉冲超声信号u'。，分别表示为： (4a) (5a) 对应蜂窝芯连接层/蜂窝壁界面的成像信号G。和蒙皮/蜂窝格界面的成像信号 Gc/分别表不为： Gc= ku c (4b) Gcr = kurc (5b) 6。和6，的域值范围为， 进行缺陷判别： 根据换能器接收到来自蒙皮/蜂窝壁界面的反射宽带窄脉冲超声信号u。和蒙皮/ 蜂窝格界面的反射宽带窄脉冲超声信号u'。，按照式（4a)和式（5a)判别蒙皮/蜂窝壁界 面的缺陷，按照式（4b)和式（5b)将对应的反射宽带窄脉冲超声信号u。和u'。转换为成 像信号。 根据被检测蜂窝夹芯结构、工艺的特点和检测要求，选择入射脉冲超声波的频率， 用于检测蒙皮/蜂窝芯连接层界面为胶接或焊接而成的蜂窝夹芯结构，频率在5 - 15MHz之 间选择。 换能器与被检测蜂窝夹芯结构之间采用喷液耦合、液膜接触耦合或液浸耦合方 式。 换能器与被蜂窝夹芯结构之间的声学耦合介质选用：水、油、冷却液或者其他液体 耦合剂，以适应不同材料被检测结构或者零件在不同环境条件下的超声成像检测。 换能器的声束直径大小du按下式选择， du< min {L i，dj} (6) 这里，i = 1，2,3,4,5,6， j= 1,2,3, Q-表示蜂窝芯格的第i条边的边长，七一表示第j条蜂窝芯格相对两平行边的边长， min一表不取最小值， 换能器⑴与蜂窝夹芯结构零件表面之间的距离hf按下式选择， hf=df±0.5d w (7) 这里，df-为换能器的焦距，dw-为换能器的焦柱。 扫描步进S按下式选择， S ^ (0. 5-当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法，采用脉冲反射法，利用自动扫描超声成像检测系统进行蜂窝夹芯结构超声成像检测，自动扫描超声成像检测系统包括换能器(1)、超声单元(3)、信号处理单元(4)、机械扫查机构(5)、扫查控制单元(6)和成像系统(7)，其特征是，通过自动扫描超声成像检测系统中的换能器(1)向被检测蜂窝芯夹层结构(2)发射宽带窄脉冲超声信号up，此宽带窄脉冲超声信号up通过换能器与蜂窝夹芯结构(2)表面之间的声学耦合剂传播到被检测蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)表面，并在被检测蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮表面形成超声反射和折射后，在蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)表面形成反射宽带窄脉冲超声信号uf和透射宽带窄脉冲超声信号ut，其中，透射宽带窄脉冲超声信号ut经过蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)后传播到蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)，形成新的超声反射/折射，1)当ut的波长λ<<hi时，这里，hi为蜂窝芯连接层(2b)的厚度，此时，①换能器(1)接收到来自蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)的反射宽带窄脉冲超声信号ub表示为：对应的成像信号G表示为：G＝kub(1b) 这里，G—为成像信号，其域值范围为[0，255]，k—为调制系数，根据ub的大小和超声单元的增益，由试验设定。②换能器(1)接收到来蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u′b表示为：对应的成像信号G′表示为：G′＝ku′b (2b)。G′的域值范围为[0，255]，③换能器(1)接收到来蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝格(2d)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u″b表示为：u″b≈‑(1‑ub) (3a) 对应的成像信号G″表示为：G″＝ku″b (3b)。G″的域值范围为[0，255]，这里，ρ1—为换能器(1)与被检测蜂窝夹芯结构(2)之间的声学耦合介质的密度，ρ2—为蒙皮(2a)的材料的密度，ρ3—当蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面没有缺陷时，ρ3为蜂窝芯连接层(2b)的材料的密度，当蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面存在脱粘缺陷时，ρ3近似为空气的密度，ρ4—当蜂窝夹芯结构的蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面没有缺陷时，ρ4为蜂窝芯(2c)的材料的密度，当蜂窝夹芯结构的蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面有缺陷时，ρ4近似为空气的密度，c1—为换能器(1)与被检测蜂窝夹芯结构(2)之间的声学耦合介质中的声速，c2—为蒙皮(2a)中的声速，c3—当蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面没有缺陷时，c3为蜂窝芯连接层(2b)中的声速，当蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面出现脱粘缺陷时，c3近似为空气中的声速，c4—当蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面没有缺陷时，c4为蜂窝芯(2c)中的声速，当蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面有缺陷时，c4近似为空气中的声速，进行缺陷判别：①根据换能器(1)接收到来自蜂窝夹芯结构(2)中的蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面的反射宽带窄脉冲超声信号ub，按照式(1a)判别蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面的缺陷，按照式(1b)将反射宽带窄脉冲超声信号ub转换为成像信号G；②根据换能器(1)接收到来蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u′b，按照式(2a)判别蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的缺陷，按照式(2b)将反射超声宽带窄脉冲信号u′b转换为成像信号G′，按照式(3a)判别蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝格(2d)界面，按照式(3b)将反射超声宽带窄脉冲信号u″b转换为成像信号G″；2)当ut的波长λ>>hi时，此时，ut只会形成蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号uc和蒙皮(2a)/蜂窝格(2d)界面的反射宽带窄脉冲超声 信号u′c，分别表示为：对应蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的成像信号Gc和蒙皮(2a)/蜂窝格(2d)界面的成像信号G′c分别表示为：Gc＝kuc (4b) G′c＝ku′c (5b)Gc和G′c的域值范围为[0，255]，进行缺陷判别：根据换能器(1)接收到来自蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号uc和蒙皮(2a)/蜂窝格(2d)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u′c，按照式(4a)和式(5a)判别蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面的缺陷，按照式(4b)和式(5b)将对应的反射宽带窄脉冲超声信号uc和u′c转换为成像信号。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘松平，刘菲菲，李乐刚，白金鹏，
申请(专利权)人：中航复合材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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