基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法，包括：获取蜂窝夹层板的空气耦合超声C扫图；根据所述空气耦合超声C扫图上峰值点与蜂窝结构中蜂结点的对应关系，对C扫图上蜂窝六边形单元进行重构；根据所述重构六边形单元内所有像素点灰度值总和，将所有六边形单元模糊聚类为三类：完全脱粘单元、部分脱粘单元、非脱粘单元；基于所述部分脱粘单元内的像素点灰度值总和及单元位置，确定部分脱粘单元内部的脱粘区域位置及面积；对完全脱粘单元总面积及部分脱粘单元中的脱粘区域面积进行求和得到脱粘区域总面积。该方法将脱粘区域的边缘确定精确到了蜂窝六边形内部，实现了对脱粘面积的准确定量。实现了对脱粘面积的准确定量。实现了对脱粘面积的准确定量。

【技术实现步骤摘要】
基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法


[0001]本专利技术涉及复合材料超声无损检测领域，尤其涉及一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法。

技术介绍

[0002]蜂窝夹层板一般是由两块碳纤维薄板与轻质蜂窝芯粘接固化而成，因其具有高比强度、高比刚度、优秀的降噪隔热能力被广泛地应用在航空航天领域，例如：飞行器及卫星结构本体的制造中。中空的蜂窝芯使得蜂窝夹层板在冲击或者交变载荷下易出现蒙皮
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芯脱粘损伤。这将损害结构的完整性和安全性，削弱结构的承载能力，留下事故隐患。脱粘面积的准确定量对维修及更换蜂窝夹层板十分重要。
[0003]针对蜂窝夹层板脱粘的无损检测技术包括：红外热成像、敲击共振法、X射线检测及超声波检测等。红外热成像主要用于检测近表面缺陷。敲击共振法通过结构固有频率的改变来检测缺陷，可以快速检测结构的整体健康状态，但对脱粘的准确定量十分依靠复杂的算法及检测人员的经验；X射线很难达到脱粘的在线检测，限制了其发展。超声波检测中应用最广泛的是超声C扫描，其根据超声波幅值的变化来确定脱粘的位置及大小，并且可以用C扫图的形式直观地展现出来。近年来，空气耦合超声C扫描以其完全非接触的优点，可以简单快速的完成大面积扫描，被越来越多地应用在复合材料的无损检测中。但是空气耦合超声中的低频段激励信号会降低超声波的横向分辨率，进而导致接收信号信噪比及C扫图像分辨率的降低。
[0004]作为二维周期性结构，蜂窝夹层板的空气耦合C扫图像上会出现周期排列的模糊边界，这将会干扰传统的图像处理方法中的阈值选取及边界识别，导致利用传统图像处理方法确定的脱粘区域都是由完整的蜂窝单元构成，即确定的脱粘区域边缘无法精确到蜂窝单元内部，使得缺陷的定位及尺寸评估出现错误。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法，本专利技术对不同类型的脱粘，根据C扫图出现的峰值规律，重构出与蜂窝结构相对应的六边形单元，并利用重构的六边形单元内的像素点灰度值总和确定单元内脱粘面积，本专利技术将脱粘区域边缘精确到单元内部，准确对不同类型、不同尺寸的脱粘进行定量，评估蜂窝夹层板的受损程度，及时提出修补方案，避免安全事故的发生，详见下文描述：
[0006]一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法，所述方法包括：
[0007]获取蜂窝夹层板的空气耦合超声C扫图；根据所述空气耦合超声C扫图上峰值点与蜂窝结构中蜂结点的对应关系，对C扫图上蜂窝六边形单元进行重构；
[0008]根据所述重构六边形单元内所有像素点灰度值总和，将所有六边形单元模糊聚类为三类：完全脱粘单元、部分脱粘单元、非脱粘单元；
[0009]基于所述部分脱粘单元内的像素点灰度值总和及单元位置，确定部分脱粘单元内
部的脱粘区域位置及面积；
[0010]对完全脱粘单元总面积及部分脱粘单元中的脱粘区域面积进行求和得到脱粘区域总面积。
[0011]其中，所述根据所述空气耦合超声C扫图上峰值点与蜂窝结构中蜂结点的对应关系，对C扫图上蜂窝六边形单元进行重构具体为：
[0012]找到C扫图像中左上角第一个灰度值最大的点即第一个峰值点，记其坐标为(x0，y0)，画出y0行上所有像素点的灰度变化图，相邻峰值点间距为l，重构的第一个六边形中心坐标O表达式为重构的六边形边长a为
[0013]根据六边形紧密连接规律，在行、列上重构六边形单元形成六边形阵列并表示在C扫图像上。
[0014]进一步地，所述根据所述重构六边形单元内所有像素点灰度值总和，将所有六边形单元模糊聚类为三类：完全脱粘单元、部分脱粘单元、非脱粘单元具体为：
[0015]计算重构蜂窝六边形单元中所有像素点的灰度值总和，记为重构蜂窝六边形单元的幅值总和，按照重构蜂窝六边形单元的幅值总和大小，利用模糊聚类算法将所有重构蜂窝六边形单元分为三类，其中聚类中心最大类包含的单元为非脱粘单元；聚类中心第二大类包含的单位为部分脱粘单元；聚类中心最小类包含的单元为完全脱粘单元。
[0016]其中，所述基于所述部分脱粘单元内的像素点灰度值总和及单元位置，确定部分脱粘单元内部的脱粘区域位置及面积具体为：
[0017]将完全脱粘单元表示在C扫图上，所有的完全脱粘单元形成一个整体，所有的部分脱粘单元分散在整体的四周，判断部分脱粘单元的哪侧与整体接触，接触的一侧为部分脱粘单元内部脱粘区域的起始边，脱粘区域的大小根据部分脱粘单元的幅值总和下降的比例确定。
[0018]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0019]1、本专利技术利用空气耦合超声检测系统对蜂窝夹层板进行扫描，可达到完全非接触、无污染地对蜂窝夹层板中的脱粘损伤进行检测；
[0020]2、本专利技术基于蜂窝芯中的蜂窝孔及蜂窝壁对超声纵波的不同衰减作用，利用C扫图中明显的峰值分布进行六边形单元重构，对C扫图质量要求不高，适用于空气耦合超声检测中低频激励导致分辨率降低的C扫图像；
[0021]3、本专利技术根据重构六边形单元内像素点的灰度值总和对单元进行分类，区分不同脱粘程度的重构六边形单元，再对部分脱粘单元内的脱粘区域进行划分，将整体脱粘边缘的识别精确到单元内部；
[0022]4、本专利技术设计科学合理，将C扫图的边缘识别转化为对重构六边形单元的处理，与基于阈值确定或边界识别的传统图像处理方法相比，此方法十分适用于周期性结构。
附图说明
[0023]图1为基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法的流程图；
[0024]图2为蜂窝夹层板空耦C扫实现系统的结构示意图；
[0025]图3为基于峰值点的单元重构原理图；
[0026]图4为三种单元示意及部分脱粘单元定位分割示意图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0028]一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法，参见图1，该方法包括以下步骤：
[0029]1)利用空气耦合超声检测系统获取蜂窝夹层板的空气耦合超声C扫图；
[0030]其中，空气耦合超声检测系统为本领域技术人员所公知，本专利技术实施例对此不做赘述。
[0031]2)基于蜂窝夹层板的空气耦合超声C扫图，分析蜂窝芯中蜂窝孔、蜂窝壁及蜂窝结点对超声的衰减作用，确定C扫图中不同级别灰度值表示的结构，利用C扫图中峰值点与蜂窝结点的对应关系，对蜂窝六边形单元进行重构；
[0032]3)计算重构蜂窝六边形单元中所有像素点的灰度值总和，记为重构蜂窝六边形单元的幅值总和，按照重构蜂窝六边形单元的幅值总和大小，利用模糊聚类算法将所有重构蜂窝六边形单元分为三类，其中聚类中心最大类包含的单元为非脱粘单元，即此类重构蜂窝六边形单元中不存在脱粘区域；聚类中心第二大类包含的单位为部分脱粘单元，即此类重构蜂窝六边形单元中一部分是脱粘区域，聚类中心最小类包含的单元为完全脱粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法，其特征在于，所述方法包括：获取蜂窝夹层板的空气耦合超声C扫图；根据所述空气耦合超声C扫图上峰值点与蜂窝结构中蜂结点的对应关系，对C扫图上蜂窝六边形单元进行重构；根据所述重构六边形单元内所有像素点灰度值总和，将所有六边形单元模糊聚类为三类：完全脱粘单元、部分脱粘单元、非脱粘单元；基于所述部分脱粘单元内的像素点灰度值总和及单元位置，确定部分脱粘单元内部的脱粘区域位置及面积；对完全脱粘单元总面积及部分脱粘单元中的脱粘区域面积进行求和得到脱粘区域总面积。2.根据权利要求1所述的一种基于周期重构的蜂窝夹层板脱粘面积超声C扫定量方法，其特征在于，所述根据所述空气耦合超声C扫图上峰值点与蜂窝结构中蜂结点的对应关系，对C扫图上蜂窝六边形单元进行重构具体为：找到C扫图像中左上角第一个灰度值最大的点即第一个峰值点，记其坐标为(x0，y0)，画出y0行上所有像素点的灰度变化图，相邻峰值点间距为l，重构的第一个六边形中心坐标O表达式为重构的六边形边长a为根据六边形紧密连接规律，在行、列上重构六边形单元形成六边形阵列并表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，刘思，芮小博，曾周末，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：