复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法技术

本发明专利技术提供了一种复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法，属于无损检测技术领域，用稳定可靠的自动化检测手段对变厚度零件内部的缺陷进行定性和定量检测。本发明专利技术提出了在超声波时域范围内一种新的有效分析区间，以及基于此有效分析区间的缺陷多视图成像的智能识别原则，适用于厚度变化的层板类、夹层类等多类复合材料制件。本方法能够直观反映零件的整体厚度和结构变化，全面采集超声信号并成像，避免漏检漏判；本方法操作简单、方便快捷，能够有效排除人为因素对检测准确性的影响，节约人工分析时间，使检测结果更加可靠并提高检测效率；本方法通用性强，操作便捷，适合复合材料自动化超声检测的工程化应用。复合材料自动化超声检测的工程化应用。复合材料自动化超声检测的工程化应用。

【技术实现步骤摘要】
复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，涉及一种复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法，具体涉及一种超声波自动化检测的典型缺陷多视图成像的智能识别与评价策略，是一种用于检测厚度变化的复合材料制件的自动化缺陷识别方法，用稳定和可靠的自动化检测手段对变厚度零件内部的缺陷进行定性和定量。

技术介绍

[0002]随着航空航天领域轻量化进程的加快，复合材料的用量正在不断上升，并已成为飞机结构的主要材料，大量应用复合材料更是成为衡量新一代飞机技术水平先进性的重要标志。然而，对于复合材料而言，由于纤维的表面状态、树脂粘度、低分子物含量、线性高聚物向体型高聚物转化的化学反应速度、树脂与纤维的浸渍性、组分材料热膨胀系数的差异以及工艺参数控制等的影响，导致不管使用何种工艺方法制造，在结构成型、装配和服役阶段都难免会产生不同种类的危害性缺陷，如分层、脱粘、夹杂、孔隙等都会严重影响零件的各项性能。超声检测是目前对于复合材料最为实用有效、应用最为广泛的无损检测技术，它能可靠地检测出复合材料中的分层、疏松、孔隙等大部分危害性缺陷。
[0003]随着复合材料在航空领域的需求不断增加，行业对这些危害性缺陷的检测提出了更高的要求，不仅要求实现缺陷的精准定位和缺陷种类的可靠识别，还需要使用自动化的检测手段来保证检测效率。对于结构复杂变化的复合材料制件的超声波检测，缺陷种类的可靠识别要实现自动化难度很大。传统金属材料的自动化信号采集方式是对缺陷波单独成像，通过在表面回波与结构回波(如底波)之间设置闸门，表征零件内部的缺陷情况。若出现材料厚度变化的情况，则需要通过软件实时跟踪底波的时域位置，设置弹性闸门随着底波的位置调整长度，以实现对厚度变化区域的缺陷监控。由于复合材料中需要监控的缺陷普遍较大，零件的底波未必稳定存在，故采用传统方式随着底波位置的游走设置变化长度的弹性闸门变得不可实施；国内也有研究采用神经网络学习获取换能器所在位置，从而算出采样点厚度随之调整闸门宽度的方法，但此方法相对繁琐普适性差。因此，需要针对复合材料开发一种自动化反射法超声检测时可靠地定性缺陷的通用智能识别方法，既能解决传统信号采集方式的弊端，又能增加自动化缺陷识别的通用性和适用性，真正提高自动化检测的效率。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法，针对复合材料制件自动化反射法超声检测过程，提出了在超声波时域范围内一种新的有效分析区间，以及基于此有效分析区间的缺陷多视图成像的智能识别原则。本方法适用于厚度变化的层板类(包括层压结构区域和板板粘接结构区域)、夹层类(包括蜂窝夹芯结构区域和泡沫夹芯结构区域)等多类复合材料制件。
[0005]本专利技术提出的闸门信号采集方式如下，首先根据变厚度零件的厚度变化范围确定
有效分析区间，并设置包含有效分析区间的闸门，闸门的起始位置为表面回波之后，闸门宽度为零件最大厚度的底波位置之后，闸门高度略高于噪声信号，以保证系统噪声以外的信号均可被采集；然后设置闸门内信号触发的模式分别为“首波波峰声时”、“首波波峰幅值”、“最高波峰声时”、“最高波峰幅值”、“尾波波峰声时”、“尾波波峰幅值”，如图1所示，图1中闸门a 5采集超声信号的位置为首波波峰8，闸门b 6采集超声信号的位置为最高波峰9，闸门c 7采集超声信号的位置为尾波波峰10，图1中，闸门a 5、闸门b6和闸门c 7的实际高度相同，位置互相重合，为加以区分说明如图1中列示。上述针对变厚度零件设置的信号采集方式所生成的C扫描图像，通过多视图成像缺陷智能识别原则可以发现复合材料中的分层、脱粘、夹杂、空隙密集、树脂富集、气孔等典型的缺陷种类。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法，是一种用于检测厚度变化的复合材料中缺陷的自动化识别方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤一，确定有效分析区间；在检测开始之前，将换能器置于零件整体厚度最大的区域位置上进行扫查，观察超声A扫波形中底波4所在的时域位置，此时由表面回波1到底波4之后的时域范围即为零件缺陷判定的有效分析区间。
[0009]本专利技术提出的有效分析区间，是指在时域位置上由表面回波1至底波4(包含底波4)的区间，即如图2所示的外圈大框范围，图2中所示波形从左至右依次为表面回波1、缺陷波2、结构回波3和底波4。其创新之处在于在此区间内采集超声信号能够在C扫描图像中同时反映零件的厚度与结构变化，及其内部存在的缺陷信息。
[0010]步骤二，对自动化反射法超声检测系统进行检测参数和信号采集闸门的设置；调整换能器角度，使超声波的入射轴线与对比试块的表面垂直，根据对比试块中多个厚度阶梯其底波的波幅高度设置时间修正增益(TCG)曲线，在有效分析区间内设置3个闸门，并设置闸门的起始位置、闸门宽度、闸门高度和闸门的信号采集模式，调节自动化检测系统的扫描速度、采样频率、扫查步进、检测灵敏度等参数，全面扫查对比试块，分别采集区间内的“首波波峰声时”、“首波波峰幅值”、“最高波峰声时”、“最高波峰幅值”、“尾波波峰声时”和“尾波波峰幅值”超声信号，并分别形成C扫描图像，通过调节自动化检测系统的扫描速度、采样频率、扫查步进、检测灵敏度等参数以及闸门的起始位置、闸门宽度、闸门高度和闸门的信号采集模式，确保对比试块中起始评定尺寸的人工缺陷能够被系统检出并在生成的6幅C扫描图像中清晰显示，从而确定检测参数。
[0011]其中，对比试块是复合材料制件超声波检测缺陷评判的基准，用于调整超声检测系统的检测灵敏度，以及定量评定零件中发现的内部缺陷，它代表了零件的材料、结构、厚度变化范围，同时在其中预设有多个不同深度的起始评定尺寸的人工缺陷，用于确定零件自动化检测时的具体参数。设置TCG曲线，是将位于不同时域位置的底波波幅通过增益补偿的方式调整到同一高度，用于排除由零件厚度变化引起的底波衰减，保证缺陷评判的准确性。
[0012]步骤三，采用步骤二中对比试块扫查时确定的检测参数，从零件的一侧进行整体扫查，形成“首波波峰声时”、“首波波峰幅值”、“最高波峰声时”、“最高波峰幅值”、“尾波波峰声时”、“尾波波峰幅值”6幅C扫描图像。对于层板类零件的板板粘接结构区域和夹层类零件的夹芯结构区域，需将换能器置于零件的另外一侧，采用相同的检测参数再次进行扫查，
获得另6幅C扫描图像，用于补充监控板板粘接结构下板中的夹杂、气孔、树脂富集等缺陷，以及夹芯结构另一侧蒙皮内部和板芯粘接界面的缺陷。
[0013]步骤四，缺陷指示的标记，将“尾波波峰声时”图像中显示的与零件层压结构/板板粘接结构整体或蜂窝/泡沫粘接结构一侧蒙皮的理论厚度不同的缺陷指示部位标记为位置A；将“首波波峰声时”图像中显示的与层压结构整体/板板粘接结构中上板或蜂窝/泡沫粘接结构一侧蒙皮的理论厚度不同的缺陷指示部位标记为位置B；将“尾波波峰幅值”图像中显示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料超声波自动化检测的缺陷智能识别与评价方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一，确定有效分析区间；步骤二，对自动化反射法超声检测系统进行检测参数和信号采集闸门的设置；步骤三，采用步骤二中对比试块扫查时确定的检测参数，从零件的一侧进行整体扫查，形成“首波波峰声时”、“首波波峰幅值”、“最高波峰声时”、“最高波峰幅值”、“尾波波峰声时”、“尾波波峰幅值”6幅C扫描图像；对于层板类零件的板板粘接结构区域和夹层类零件的夹芯结构区域，需将换能器置于零件的另外一侧，采用相同的检测参数再次进行扫查，获得另6幅C扫描图像；步骤四，缺陷指示的标记；将“尾波波峰声时”图像中显示的与零件层压结构/板板粘接结构整体或蜂窝/泡沫粘接结构一侧蒙皮的理论厚度不同的缺陷指示部位标记为位置A；将“首波波峰声时”图像中显示的与层压结构整体/板板粘接结构中上板或蜂窝/泡沫粘接结构一侧蒙皮的理论厚度不同的缺陷指示部位标记为位置B；将“尾波波峰幅值”图像中显示的与整体平均幅值灰度不同的缺陷指示部位标记为位置C；步骤五，若A处显示出现在层压结构或蜂窝/泡沫夹芯结构，标记为A1，则对应在“最高波峰声时”图像和“最高波峰幅值”图像中的相同位置标记为D1和E1，此时，E1处的幅值≥对比试块中厚度相同或相近阶梯中人工缺陷的幅值，若E1处的幅值均匀、D1处的声时值相同且A1、E1和D1均具有清晰规则的边界轮廓，则判定为夹杂缺陷，否则判定为分层缺陷，测量A1缺陷尺寸大小，其中，D1的声时值即为缺陷所在的深度；若A处显示出现在板板粘接结构标记为A2，则在“最高波峰声时”图像和“最高波峰幅值”图像中的相同位置标记为D2和E2，在“首波波峰声时”图像和“首波波峰幅值”图像中A2对应区域附近同结构的良好区域标记为B2
’
和F2
’
，提取其声时值和幅度值；若D2与B2
’
声时值相同，则说明缺陷出现在粘接界面的深度，此时E2的幅值高于F2
’
幅值3～6dB或以上，则判定为脱粘缺陷；若D2的声时＜B2
’
的声时，说明缺陷位于板板粘接结构的上板中，此时E2处的幅值≥对比试块中厚度相同或相近阶梯中人工缺陷的幅值，若E2处的幅值均匀、D2处的声时值相同且A2、E2、D2均具有清晰规则的边界轮廓，则判定为夹杂缺陷，否则判定为分层缺陷；若D2的声时＞B2
’
的声时，说明缺陷位于板板粘接结构的下板中，此时E2处的幅值≥对比试块中同一区域人工缺陷的幅值，若E2处的幅值均匀、D2处的声时值相同且A2、E2、D2均具有清晰规则的边界轮廓，则判定为夹杂缺陷，否则判定为分层缺陷，测量A2缺陷尺寸大小；步骤六，A1、A2对应在“首波波峰声时”图像中的位置标记为B1和B2，B处显示中除B1、B2外，若有其他显示区域说明缺陷出现时层压结构/板板粘接结构的底波或蜂窝/泡沫夹芯结构的胶膜波稳定存在，则此区域标记为B3；B处显示中除B1、B2外，若没有其他显...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐莹，张德魁，郝威，辛运涛，刘春秘，王珏，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：