碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法技术

本发明专利技术提供一种碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法，其包括以下步骤：S1、制作模拟缺陷试块；S2、对检测工件进行清洁；S3、调整和设置红外热成像检测系统；S4、选择缺陷最优图像进行保存；S5、确定缺陷的轮廓像素个数；S6、得到修正系数与深度的关系曲线；S7、确定待测件缺陷的轮廓像素个数；S8、基于对数二阶微分峰值法得到待测件的缺陷深度；S9、根据拟合的关系曲线读取修正系数；S10、计算得到待测件的缺陷尺寸。本发明专利技术采用与实际产品材料相同的基础材料制作缺陷模拟试块，保证了缺陷尺寸定量过程的一致性；本发明专利技术通过对不同深度缺陷的基准标定，降低了由于横向热扩散对尺寸定量的影响，极大地提高了缺陷定量的精度。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法
本专利技术涉及产品检测领域，尤其涉及一种碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法。
技术介绍
碳纤维层压板复合材料在飞机上的使用量非常其内部存在的脱粘、分层等缺陷严重影响飞机的气动性能、力学性能等，使强度降低、承载能力下降，危及飞机飞行安全。因此，对于碳纤维层压板复合材料的质量检测至关重要。目前对于碳纤维层压板结构进行检测的方法基本沿用金属材料的检测方法，例如超声检测法、X射线检测法等。这些方法虽然应用比较广泛，但也都有一定的局限性。超声检测法的检测效率较低，且需要耦合剂，对于表面要求比较高的构件无法适用。而X射线检测法比较难于发现与X射线垂直的薄层损伤，且X射线检测法对环境的要求比较苛刻。同时，碳纤维层压板复合材料本身与金属材料存在比较大的差异，因此需要一种非接触、快速的检测方法。目前研究最多的非接触、快速检测方法为主动式红外热成像检测法。主动式红外热成像无损检测技术起源于20世纪90年代，它是利用热源(如可控光源)与材料或构件之间的相互作用，对材料或构件内部的不均匀性或异常进行检测，通过控制热激励方法和测量材料表面的温度场变化，可以获取材料的均匀性信息以及其表面以下的结构信息。目前，对于红外热像检测方法研究主要集中在定性研究方面，而在定量检测方面，首都师范大学进行了关于红外热成像深度定量检测的研究，根据热反射系数、被测物体热扩散系数和缺陷深度三个参数之间的关系，来计算缺陷的深度信息。但目前并没有对缺陷尺寸定量检测的成熟方法，特别是对于复合材料检测问题尤为突出。尤其是还没有针对碳纤维复合材料层压板的红外热成像缺陷尺寸定量检测方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法，具体实施步骤如下：S1、制作模拟缺陷试块：采用与待测件相同材料、相同成型工艺的方法，制作含不同深度和尺寸的缺陷的模拟缺陷试块；每个模拟缺陷试块包括1个或1个以上的缺陷，第i个缺陷用Hi(Di，Li)表示，其中，i＝1，2，....，N，Di为缺陷深度，Li为缺陷尺寸，N为缺陷的个数；将模拟缺陷试件作为检测工件；S2、对检测工件进行清洁，保证检测工件表面不存在干扰检测的杂质和异物；S3、调整红外热成像检测系统的位置和距离，设置热激励参数和加载参数；S4、对每个检测工件进行红外热成像检测，检测完成后，根据特征图像选择缺陷最优图像进行保存；红外热成像检测系统，根据步骤S3中设定的参数对检测工件进行热图的采集，在采集时间内会采集到图像序列；通过对图像序列中的每张图像进行特征提取得到特征提取图像，根据特征提取图像中温差最大来确定图像序列中的缺陷最优图像，保存图像序列中的缺陷最优图像；S5、对保存的缺陷最优图像进行降噪和图像增强处理、阈值分割、以及边缘提取，确定缺陷的轮廓像素个数为nx；S6、采用基准标定法得到缺陷尺寸修正系数，拟合得到修正系数与深度的关系曲线KD＝f(D)；S7、将待测件作为检测工件，执行步骤进2～5步骤，确定待测件一个缺陷的像素个数为nx；S8、基于对数二阶微分峰值法测量待测件的缺陷深度d；首先获取缺陷区域对应表面温差ΔT(t)和时间t的数对，然后拟合得到温差ΔT(t)和时间t在对数坐标系下的拟合曲线，然后计算其二阶微分函数，搜索二阶微分函数的峰值点，得到峰值点对应时刻t2；再根据峰值点对应时刻与表征缺陷的特征信息关系模型：其中，t2为峰值点对应时刻；d为待测件缺陷深度；α为热扩散系数，π为圆周率；S9、根据拟合曲线读取修正系数Kd；根据步骤S8得到的待测件缺陷深度d和步骤S6得到的修正系数与缺陷深度的关系曲线KD＝f(D)得到拟合曲线读取修正系数Kd；S10、计算得到待测件的缺陷尺寸；根据步骤S5中得到的待测件缺陷的轮廓像素个数为nx和步骤S9中的修正系数Kd，根据缺陷尺寸模型，得到待测件的缺陷尺寸：Lx＝Kd*nx(8)其中，Lx为待测件的缺陷尺寸，Kd为缺陷深度为d时的修正系数，nx为待测件缺陷的轮廓像素个数。优选的，所述步骤S6采用基准标定法得到缺陷尺寸修正系数，拟合得到修正系数与深度的关系曲线KD＝f(D)；具体为；对于缺陷Hi(Di，Li)根据步骤5中获得的轮廓像素个数nx，得到修正系数KDi：其中，KDi为缺陷深度为Di时的修正系数，nx为轮廓像素个数；Li为缺陷尺寸；分别计算不同缺陷深度的修正系数KD1，KD2，...，KDi，...，KDN，根据修正系数KDi和缺陷深度Di的值，拟合得到修正系数与缺陷深度的关系曲线KD＝f(D)；优选的，所述步骤S1中的模拟缺陷试块为平底孔型缺陷，采用游标卡尺进行缺陷的尺寸与深度测量，测量结果作为平底孔试块的缺陷尺寸基准。优选的，所述步骤S2还包括：对检测工件表面影响检测的反光介质进行遮挡。优选的，所述步骤S5中对保存的缺陷最优图像进行降噪和图像增强处理、阈值分割、以及边缘提取的数据处理具体算法为；对保存的缺陷最优图像进行降噪和增强处理，采用直方图均衡算法、图像滤波技术，平稳小波变换技术或Retinex算法；对降噪增强图像进行阈值分割处理得到阈值分割图像，采用Huang算法、Ostu算法、Shanbhag算法，Triangle算法或Yen算法；对阈值分割图像进行图像边缘提取，边缘检测法采用Canny算子得到阈值分割图像中缺陷的边缘特征图，提取缺陷边缘轮廓。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、采用与实际产品材料相同的基础材料制作缺陷模拟试块，使得试块的热物理特性与实际产品相同，保证了缺陷尺寸定量过程的一致性；2、本专利技术实施过程中采用了图像降噪、边缘提取等步骤，提高了图像质量，满足尺寸定量的要求；3、本专利技术通过对不同深度缺陷的基准标定，降低了由于横向热扩散对尺寸定量的影响，极大地提高了缺陷定量的精度。附图说明图1是碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法的流程图；图2是对数温差时间曲线及其二阶微分曲线。具体实施方式为更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。本专利技术是一种碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法，如图1所示，具体实施步骤如下：S1、制作模拟缺陷试块：采用与待测件相同材料、相同成型工艺的方法，制作含不同深度和尺寸的模拟缺陷的试块；缺陷使用平底孔进行模拟，第i个缺陷用Hi(Di，Li)表示，其中，i＝1,2,....,N，Di为缺陷深度，Li为缺陷尺寸，N为缺陷的个数，将测量的缺陷作为基准。本实施例中，选择某军用直升机机身用碳纤维层压结构作为待测件。首先，进行缺陷分析，针对碳纤维层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：/nS1、制作模拟缺陷试块：采用与待测件相同材料、相同成型工艺的方法，制作含不同深度和尺寸的缺陷的模拟缺陷试块；每个模拟缺陷试块包括1个或1个以上的缺陷，第i个缺陷用H

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维层压板红外热成像缺陷尺寸检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、制作模拟缺陷试块：采用与待测件相同材料、相同成型工艺的方法，制作含不同深度和尺寸的缺陷的模拟缺陷试块；每个模拟缺陷试块包括1个或1个以上的缺陷，第i个缺陷用Hi(Di，Li)表示，其中，i＝1，2，....，N，Di为缺陷深度，Li为缺陷尺寸，N为缺陷的个数；将模拟缺陷试件作为检测工件；
S2、对检测工件进行清洁，保证检测工件表面不存在干扰检测的杂质和异物；
S3、调整红外热成像检测系统的位置和距离，设置热激励参数和加载参数；
S4、对每个检测工件进行红外热成像检测，检测完成后，根据特征图像选择缺陷最优图像进行保存；
红外热成像检测系统，根据步骤S3中设定的参数对检测工件进行热图的采集，在采集时间内会采集到图像序列；通过对图像序列中的每张图像进行特征提取得到特征提取图像，根据特征提取图像中温差最大来确定图像序列中的缺陷最优图像，保存图像序列中的缺陷最优图像；
S5、对保存的缺陷最优图像进行降噪和图像增强处理、阈值分割、以及边缘提取，确定缺陷的轮廓像素个数为nx；
S6、采用基准标定法得到缺陷尺寸修正系数，拟合得到修正系数与深度的关系曲线KD＝f(D)；
S7、将待测件作为检测工件，执行步骤进2～5步骤，确定待测件一个缺陷的像素个数为nx；
S8、基于对数二阶微分峰值法测量待测件的缺陷深度d；
首先获取缺陷区域对应表面温差ΔT(t)和时间t的数对，然后拟合得到温差ΔT(t)和时间t在对数坐标系下的拟合曲线，然后计算其二阶微分函数，搜索二阶微分函数的峰值点，得到峰值点对应时刻t2；
再根据峰值点对应时刻与表征缺陷的特征信息关系模型：



其中，t2为峰值点对应时刻；d为待测件缺陷深度；α为热扩散系数，π为圆周率；
S9、根据拟合曲线读取修正系数Kd；
根据步骤S8得到的待测件缺陷深度d和步骤S6得到的修正系数与缺陷深度的关系曲线KD＝f(D)得到拟合曲线读取修正系数Kd；
S10、计算得到待测件的缺陷尺寸；
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：石亮，张方洲，李慧娟，王俊涛，刘志毅，张祥春，闫敏，王池权，邵成伟，李锋，李玲，
申请(专利权)人：中国航空综合技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11