复合板材超声缺陷检测方法及装置和复合板材，涉及超声缺陷检测领域。针对现有技术中空气耦合超声同侧检测方法存在快速检测与检测精度相互矛盾的问题，本发明专利技术提供的技术方案为：超声缺陷检测方法，应用于待测复合板材料，所述的方法包括：采集复合板材料上的Lamb波信号；选定待测复合板材料上相互正交的两个线性方向作为步进扫描的方向；采用超声检测的方式沿所述的步进扫描的方向以预设步长K进行检测；采集复合板材料上的Lamb波信号。通过所述的Lamb波信号获取缺陷指标DI；扫描区域的每个成像点定义虚拟合成孔径；通过所述的虚拟合成孔径和缺陷指标DI获取缺陷位置。适于复合板材料的缺陷检测应用中。料的缺陷检测应用中。料的缺陷检测应用中。
【技术实现步骤摘要】
复合板材超声缺陷检测方法及装置和复合板材
[0001]涉及超声缺陷检测领域，具体涉及复合板材料检测。
技术介绍
[0002]复合材料由于其抗疲劳性好、比强度高和密度低等优点被广泛地应用于航天航空、风力发电和汽车制造等重要领域。在复合材料的制造和使用过程中，容易产生分层、夹杂和裂纹等缺陷。为了预防复合材料中各类损伤带来的安全隐患，对复合材料进行快速、精确的缺陷检测具有非常重要的意义。
[0003]大量的研究和应用表明，超声检测法是目前最实用有效、应用最广泛的复合材料无损检测技术。空气耦合超声以空气作为耦合剂进行无损检测，具有完全非接触和无污染的特点，尤其对于复合材料检测，与金属材料相比，其声阻抗更接近空气的声阻抗，减少声能量的损失。常规检测方法通常将空气耦合换能器布置在待测结构两侧进行采用逐点检测C扫描，激励和接收纵波，利用透射波幅度等参量实现缺陷的表征。该方法耗时较长，无法实现快速的大面积检测或监测，且对于待测结构的原位检测无法实现两侧空气耦合换能器的布置。因此，大多实际检测场合需要将空气耦合换能器放置于待测材料板同侧，将激励与接收空气耦合换能器分别沿着2个相互正交的方向进行线性扫描，通过一激一收方式激励和接收Lamb波，当缺陷位于传播路径上时，Lamb波与缺陷之间的相互作用使检测信号幅值、能量和波速等特征量产生变化。利用有无缺陷路径上信号的变化规律对缺陷进行识别和评估。
[0004]目前，空气耦合超声同侧检测方法存在快速检测与检测精度相互矛盾的问题：如果想要对固定大小检测区域实现快速检测，则需要增大线性扫描步长，减小扫描路径，但由此获得的有效表征缺陷的信息也减少，无法准确表征缺陷。相反，若要实现缺陷的准确表征，则需要足够多的表征信息，即减小线性扫描步长，增加扫描路径，也将不可避免增加检测时长，无法实现快速检测。由于空气耦合换能器具有一定的尺寸，产生的Lamb波具有一定的扩散角和方向性，激励和接收空气耦合换能器之间的传播路径上的能量分布具有一定的宽度，故每条扫描路径之间将存在能量叠加。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中空气耦合超声同侧检测方法存在快速检测与检测精度相互矛盾的问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]复合板材超声缺陷检测方法，应用于待测复合板材料，所述的方法包括：
[0007]步骤1：采集复合板材料上的Lamb波信号；
[0008]步骤2：通过所述的Lamb波信号获取缺陷指标DI；
[0009]步骤3：扫描区域的每个成像点定义虚拟合成孔径；
[0010]步骤4：通过所述的虚拟合成孔径和缺陷指标DI获取缺陷位置。
[0011]进一步，所述的步骤1具体为：
[0012]步骤1.1：选定待测复合板材料上相互正交的两个线性方向作为步进扫描的方向；
[0013]步骤1.2：采用超声检测的方式沿所述的步进扫描的方向以预设步长K进行检测；
[0014]步骤1.3：采集复合板材料上的Lamb波信号。
[0015]进一步，所述的步骤2中，获取缺陷指标DI的方法具体为：
[0016]基于所述的Lamb波信号的幅值峰峰值，通过公式：
[0017]DI
a
＝U
appmax
‑
U
app
[0018]DI
b
＝U
bppmax
‑
U
bpp
，
[0019]得到。
[0020]进一步，所述的步骤4中，缺陷位置的获取方法具体为：
[0021]若M为奇数则通过公式：
[0022][0023]得到；
[0024]若M为偶数则通过公式：
[0025][0026]得到；
[0027]式中，M＝[R/d]，[]为取整函数，R为扫描路径两侧Lamb波能量分布宽度，α决定Lamb波能量在扫描路径两侧衰减的速率，d
a
(x,y)是成像点(x,y)与0
°
纤维方向第a条扫描路径的扫描方向距离，d
b
(x,y)是成像点(x,y)与90
°
纤维方向第b条扫描路径的扫描方向距离，i，j为正整数值。
[0028]进一步，所述的方法是基于如下装置实现的：
[0029]所述的装置包括：激励空气耦合换能器、接收空气耦合换能器和调节平台，所述的激励空气耦合换能器用于发出超声波，所述的接收空气耦合换能器用于接收所述的超声波的回波，所述的调节平台用于调节所述的激励空气耦合换能器和接收空气耦合换能器之间的距离和偏转角度。
[0030]进一步，所述的装置还包括：二维运动平台、两个运动模块和两个调节模块，所述的两个运动模块设置在所述的二维运动平台上，能够沿同一直线做往复运动，所述的两个调节模块分别用于连接所述的述的激励空气耦合换能器和接收空气耦合换能器并使两个换能器的相对位置维持镜像对称，且调节所述的激励空气耦合换能器和接收空气耦合换能器与竖直方向的夹角。
[0031]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了复合板材复合板材超声缺陷检测装置，应用于待测复合板材料，所述的装置包括：
[0032]模块1：用于采集复合板材料上的Lamb波信号；
[0033]模块2：用于通过所述的Lamb波信号获取缺陷指标DI；
[0034]模块3：用于扫描区域的每个成像点定义虚拟合成孔径；
[0035]模块4：用于通过所述的虚拟合成孔径和缺陷指标DI获取缺陷位置。
[0036]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机储存介质，储存有计算机程序，所述的
储存介质被计算机读取时，计算机执行所述的复合板材超声缺陷检测方法。
[0037]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机，包括处理器和储存介质，所述的储存介质中储存有计算机程序，当所述的处理器读取所述的储存介质中储存的计算机程序时，所述的计算机执行所述的缺陷检测方法。
[0038]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了复合板材，所述的复合板材料是经过权利要求1所述的复合板材超声缺陷检测方法检测过的复合板材。
[0039]本专利技术的有益之处在于：
[0040]本专利技术提供的复合板材超声缺陷检测方法克服了现有技术偏见，在现有技术中，由于空气耦合换能器具有一定的尺寸，产生的Lamb波具有一定的扩散角和方向性，激励和接收空气耦合换能器之间的传播路径上的能量分布具有一定的宽度，故每条扫描路径之间将存在能量叠加，而产生了能量叠加，导致了空气耦合超声同侧检测方法存在快速检测与检测精度相互矛盾的问题，被本领域技术人员当做技术难题，从而在研究过程中针对空气耦合超声同侧检测方法，放弃了对检测速度的改进，只研究检测精度问题；
[0041]而本专利技术提供的复合板材超声缺陷检测方法通过提出合成孔径自适应加权成像算法，对成像区域的每个成像点选取与之对应的M条扫描路径并定义为该成像点的虚拟合成孔径；成像点相对于M条不同扫描路径的缺陷指本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.复合板材复合板材超声缺陷检测方法，应用于待测复合板材料，其特征在于，所述的方法包括：步骤1：采集复合板材料上的Lamb波信号；步骤2：通过所述的Lamb波信号获取缺陷指标DI；步骤3：扫描区域的每个成像点定义虚拟合成孔径；步骤4：通过所述的虚拟合成孔径和缺陷指标DI获取缺陷位置。2.根据权利要求1所述的复合板材超声缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：步骤1.1：选定待测复合板材料上相互正交的两个线性方向作为步进扫描的方向；步骤1.2：采用超声检测的方式沿所述的步进扫描的方向以预设步长K进行检测；步骤1.3：采集复合板材料上的Lamb波信号。3.根据权利要求1所述的复合板材超声缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤2中，获取缺陷指标DI的方法具体为：基于所述的Lamb波信号的幅值峰峰值，通过公式：得到；式中，DI
a
为0
°
纤维方向上的缺陷指标，DI
b
为90
°
纤维方向上的缺陷指标，U
appmax
为0
°
纤维方向所有扫描路径的Lamb波信号的峰峰值最大值，U
bppmax
为90
°
纤维方向所有扫描路径的Lamb波信号的峰峰值最大值，U
app
为0
°
纤维方向第a个扫描路径的Lamb波信号的峰峰值，U
bpp
为90
°
纤维方向第b个扫描路径的Lamb波信号的峰峰值。4.根据权利要求1所述的复合板材超声缺陷检测方法，其特征在于，所述的步骤4中，缺陷位置的获取方法具体为：若M为奇数则通过公式：得到；若M为偶数则通过公式：得到；式中，M＝[R/d]，[]为取整函数，R为扫描路径两侧Lamb波能量分布宽度，α决定Lamb波能量在扫描路径两侧衰减的速率，d
a
【专利技术属性】
技术研发人员：史维佳，王丙泉，赵勃，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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