碳/碳化硅复合材料内部缺陷厚度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种碳／碳化硅复合材料内部缺陷厚度测量方法，设计并制备厚度梯度变化的缺陷材料标样，利用Ｘ射线照相检测标样，将照相底片扫描成电子图片得到其灰度图像；编程计算得到图像各缺陷区域与无缺陷区域灰度的比值，建立缺陷厚度与对应灰度比值标定函数关系式；再利用标定函数去计算同种材料在相同检测条件下缺陷的厚度，实现缺陷厚度的定量测量。本方法克服了传统Ｘ射线照相无损检测方法检测缺陷厚度过程中使用黑度计一次检测面积小、误差大、测量效率低等缺点，建立材料缺陷厚度与缺陷灰度和无缺陷灰度比值的标定函数关系，实现该种材料缺陷厚度的定量测量，检测效率高、精度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料内部缺陷厚度测量方法，具体是碳/碳化硅复合材料内部缺陷厚 度测量方法。
技术介绍
X射线照相检测作为一种成熟的无损检测技术，广泛应用于各种材料、零件以及构件的无损检测与评价中。对于缺陷厚度的定量检测，传统的x射线照相检测方法是使用黑度计，即采用黑度计测量X射线照相底片上缺陷与无缺陷区域黑度值，通过黑度差来计算材料孔洞缺陷的厚度。然而，这种方法存在黑度计一次测量面积小即只能实现点测量、缺陷形状无法 一次捕捉、精度差、效率低等缺点。文献"射线检测中国机械工程学会无损检测分会编，北京:机械工业出版社，第3版, 2004.3."公开了一种采用黑度计测量缺陷厚度的射线照相检测方法。该方法使用黑度计测量X 射线照相底片上缺陷与无缺陷区域黑度值，通过黑度差来计算材料孔洞缺陷的厚度。其计算 公式为AD = -。.4,固 (1) 1 + 式中，AD表示缺陷区域与无缺陷区域的黑度差，n表示材料的射线线衰减系数，G表示 底片梯度，Ad表示缺陷厚度，ri表示散射比。该式是针对孔洞缺陷的计算公式。若考虑缺陷 线吸收系数，上式变为AD = —0稀— (2) l + w该方法采用黑度计测量X射线照相底片上缺陷与无缺陷区域黑度值，再通过上述两个关 系式计算缺陷厚度。此方法只能实现点测量、缺陷形状无法一次捕捉，同时受人为因素影响， 测量误差>10%，而且需要多点测量取平均值，效率低。
技术实现思路
为了克服现有技术测量材料内部缺陷厚度方法误差大的不足，本专利技术提供一种碳/碳化硅复合材料内部缺陷厚度测量方法，利用x射线照相检测材料标样，将照相底片扫描成电子图片得到其灰度图像；编程计算得到图像各缺陷区域与无缺陷区域灰度的比值，建立缺陷厚度 与对应灰度比值标定函数关系式；再利用标定函数去计算同种材料在相同检测条件下缺陷的 厚度，可以提高材料内部缺陷厚度测量的精度。3本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案 一种碳/碳化硅复合材料内部缺陷厚度测量 方法，其特点是包括下述步骤(a) 设计厚度梯度变化的缺陷材料标样，利用X射线照相检测标样，得到标样的X射 线照相底片；(b) 采用照相底片扫描仪将底片扫描成电子图片得到其灰度图像，采用图像处理软件在 灰度图像上截取出各缺陷区域，求出其平均灰度值，并计算出各缺陷区域灰度与无缺陷区域 灰度的比值；(c) 根据各缺陷灰度与无缺陷区域灰度的比值，结合设计标样各缺陷的厚度，按照或者建立缺陷厚度与对应灰度比值的标定函数；式中，p表示材料的射线线衰减系数，G表示底片梯度，Ad缺陷区与无缺陷区材料的厚度差， 即缺陷沿射线照射方向的厚度，n表示散射比；(d) 在曝光量、焦距、底片相同检测条件下用X射线照相检测含缺陷的同种材料，得 到检测底片，采用步骤(b)、 (c)获得同种含缺陷材料的检测底片扫描电子图像，识别并截 取缺陷区域信息，获得缺陷的相应灰度比值；(e) 将灰度比值代入到标定函数y =,中，得到碳/碳化硅复合材料内部缺陷的厚度；式中k为拟合系数。本专利技术的有益效果是由于利用X射线照相检测材料标样，将照相底片扫描成电子图片 得到其灰度图像；编程计算得到图像各缺陷区域与无缺陷区域灰度的比值，建立缺陷厚度与 对应灰度比值标定函数关系式；再利用标定函数去计算同种材料在相同检测条件下缺陷的厚 度，实现该种材料缺陷厚度的定量测量。本方法克服了传统X射线照相无损检测方法只能实 现点测量、缺陷形状无法一次捕捉，同时受人为因素影响，测量误差大，而且需要多点测量 取平均值，效率低等缺点，采用底片扫描电子图像来识别并提取缺陷信息，可一次提取整个 缺陷信息，提高了检测效率；并可实现复杂缺陷信息的提取，利于对缺陷进行精确的数字分 析；同时，建立材料缺陷灰度比值与缺陷厚度的函数关系，实现同种材料相同检测条件下不 同形状、大小和厚度缺陷的定量测量，检测精度由现有技术的大于10%提高到5~9%以内。由于同种材料对应特定的检测函数，该方法还可建立不同材料X射线照相检测函数参量，如 材料线吸收系数、底片梯度、射线散射比等数据库，对于特定的材料，只要根据检测参数就 能査表获得标定函数关系，无需再次标定，就能根据査得的标定函数计算材料内部缺陷厚度。下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。 附图说明图1是本专利技术方法实施例1中含缺陷针刺C/SiC复合材料标样图。图2是本专利技术方法实施例1中含缺陷针刺C/SiC复合材料X射线照片。图3是本专利技术方法实施例1中针刺C/SiC复合材料灰度比值与缺陷深度标定函数关系图。图4是本专利技术方法实施例1中针刺C/SiC复合材料缺陷厚度计算值与真实值比较图。图5是本专利技术方法实施例2中设计高纯石墨缺陷标样图。图6是本专利技术方法实施例2中石墨标样X射线照片。图7是本专利技术方法实施例2中石墨标样灰度比值与缺陷深度标定函数关系图。 图8是本专利技术方法实施例2中石墨标样缺陷厚度计算值与真实值的比较图。 图9是本专利技术方法实施例3中2D C/SiC复合材料缺陷标样图。 图10是本专利技术方法实施例3中2D C/SiC复合材料标样X射线照片。 图11是本专利技术方法实施例3中2D C/SiC复合材料灰度比值与缺陷深度标定函数关系图。 图12是本专利技术方法实施例3中2DC/SiC复合材料缺陷厚度计算值与真实值的比较图。 图13是本专利技术方法实施例4中含缺陷针刺C/SiC复合材料标样图像。 图14是本专利技术方法实施例4中含缺陷针刺C/SiC复合材料X射线照片。 ' 图15是本专利技术方法实施例4针刺C/SiC复合材料缺陷灰度比值与深度标定函数关系图。 图16是本专利技术方法实施例4中针刺C/SiC复合材料缺陷厚度计算值与真实值的比较图。 具体实施例方式由x射线基本原理知，x射线照相底片上缺陷区域与无缺陷区域的黑度差与缺陷厚度满足(1)式。若将底片扫描成电子图像，得到含缺陷材料的检测灰度图像，由X射线基本理论知，底片扫描时透过底片某一区域的光线强度与入射光线强度和该区域黑度满足对数函数关系，即其中，D为底片的黑度，Q为透射光线强度，Qo为入射光线强度。则缺陷区与无缺陷区黑度 差与入射光强及透射光强满足关系5<formula>formula see original document page 6</formula>)其中，Q'表示缺陷区域的透射光强，Q表示无缺陷区域的透射光强，AD表示缺陷区与无缺陷区的黑度差。而扫描图片的灰度值(g)与透射光强(Q)成正比，艮P:<formula>formula see original document page 6</formula>将(5)式带入到(4)式，得到缺陷与无缺陷区域底片黑度差与扫描图像上两区域灰度比值的关系<formula>formula see original document page 6</formula>将(6)式代入到(1)式，得到扫描图像缺陷与无缺陷区灰度比和缺陷厚度Ad (绝对值)之间的关系式-<formula>formula see original document page 6</formula>若考虑缺陷射线吸收系数，则有<formula>formula 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳／碳化硅复合材料内部缺陷厚度测量方法，其特征在于包括下述步骤：　（ａ）设计厚度梯度变化的缺陷材料标样，利用Ｘ射线照相检测标样，得到标样的Ｘ射线照相底片；　（ｂ）采用照相底片扫描仪将底片扫描成电子图片得到其灰度图像，采用图像 处理软件在灰度图像上截取出各缺陷区域，求出其平均灰度值，并计算出各缺陷区域灰度与无缺陷区域灰度的比值；　（ｃ）根据各缺陷灰度与无缺陷区域灰度的比值，结合设计标样各缺陷的厚度，按照　ｇ′／ｇ＝ｅ↑［μＧΔｄ／（１＋ｎ）］　或 者　ｇ′／ｇ＝ｅ↑［（μ－μ′）ＧΔｄ／（１＋ｎ）］　建立缺陷厚度与对应灰度比值的标定函数；　式中，μ表示材料的射线线衰减系数，Ｇ表示底片梯度，Δｄ缺陷区与无缺陷区材料的厚度差，即缺陷沿射线照射方向的厚度，ｎ表示散射比；　 　（ｄ）在曝光量、焦距、底片相同检测条件下用Ｘ射线照相检测含缺陷的同种材料，得到检测底片，采用步骤（ｂ）、（ｃ）获得同种含缺陷材料的检测底片扫描电子图像，识别并截取缺陷区域信息，获得缺陷的相应灰度比值；　（ｅ）将灰度比值代入到标定 函数　ｙ＝ｅ↑［ｋｘ］　中，得到碳／碳化硅复合材料内部缺陷的厚度；式中ｋ为拟合系数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梅辉，成来飞，邓晓东，张立同，王东，赵东林，陈曦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]