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CN108318579B - 一种蜂窝共固化结构缺陷超声a扫描识别方法及装置 - Google Patents

一种蜂窝共固化结构缺陷超声a扫描识别方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种蜂窝共固化结构脱粘缺陷超声A扫描识别方法及装置。所述的方法特别适用于蒙皮‑蜂窝胶接界面脱粘缺陷，其特征在于所述的方法包括如下步骤：步骤一，通过超声A扫描，获取标准样件蒙皮‑蜂窝胶接无缺陷区多个位置点的超声信号，并存储形成记忆库A；步骤二，通过超声A扫描获取待检测样件蒙皮‑蜂窝胶接区超声信号，并与记忆库A中每个位置点的超声信号进行实时比对；所述步骤二中待检测样件任意位置点的超声信号都要与记忆库A中所有位置点的超声信号进行比对。特别针对蜂窝共固化结构中蒙皮‑蜂窝胶接界面脱粘缺陷，提供一种检测识别准确性高的超声A扫描识别方法，进一步提供一种实现该方法的装置。

Description

一种蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法及装置
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及一种蜂窝共固化结构脱粘缺陷超声A扫描识别方法及装置。
背景技术
超声是目前复合材料蜂窝共固化结构的主要无损检测方法，主要是基于超声换能器接收到的来自被检测复合材料蜂窝共固化结构中的超声信号，通过对比试块，设置单个幅值(A)或者传播时间(TOF)阈值进行缺陷判别，其主要不足是：1)单一依赖单个幅值(A)或者传播时间(TOF)阈值，易受到被检测复合材料蜂窝共固化结构内部微结构的变化的影响；2)复合材料蜂窝共固化结构在固化过程中，不同位置基体树脂或者胶膜流动状态或者分布会存在差别，会影响超声波信号的幅值(A)或者传播时间(TOF)分布，进而容易引起缺陷误判。
发明内容
本发明的目的：特别针对蜂窝共固化结构中蒙皮-蜂窝胶接界面脱粘缺陷，提供一种检测识别准确性高的超声A扫描识别方法，进一步提供一种实现该方法的装置。
本发明的技术方案：一种蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法，所述的方法特别适用于蒙皮-蜂窝胶接界面脱粘缺陷，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，通过超声A扫描，获取标准样件蒙皮-蜂窝胶接无缺陷区多个位置点的超声信号，并存储形成记忆库A；
步骤二，通过超声A扫描获取待检测样件蒙皮-蜂窝胶接区超声信号，并与记忆库A中每个位置点的超声信号进行实时比对；
所述步骤二中待检测样件任意位置点的超声信号都要与记忆库A中所有位置点的超声信号进行比对。
优选地，标准样件的扫描位置点分布在其上下表面，每个表面上的位置点数量N＞10。该技术方案保证了所形成的记忆库A能够准确反映标准样件的结构和工艺特性。
优选地，所述每个位置点的超声信号包括多个数据，待检测样件中位置点的超声信号内数据与记忆库A中S个位置点的超声信号内数据相似度大于相似度系数阈值κ时，则待检测样件中该检测位置点无缺陷；所述的κ为80-100％，S为1-5个。该技术方案提供了一种数据对比方式，该方式充分保证了检测位置点是否存在缺陷判断的准确性。
一种实现上述蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法的装置，其特征为：所述的装置包括超声换能器、信号记忆单元、A显示单元；
所述的信号记忆单元包括数据采集模块、CPU和存储器，存储器内预存有记忆库A；
数据采集模块对来自超声换能器的标准样件和待检测样件的超声信号进行采集，CPU对待检测样件超声信号与记忆库A中的超声信号进行比对。该技术方案提供了一种实现上述方法的装置，该装置结构简单，成本低。
优选地，超声A显示信号采用VF或RF显示模式。该技术方案提供了检测结果的多种显示方式。
本发明的有益效果：本发明提出了一种基于记忆的蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法，考虑了单一依赖单个幅值(A)或者传播时间(TOF)阈值，易受到被检测复合材料蜂窝共固化结构内部微结构的变化的影响问题，能反映复合材料蜂窝共固化结构在固化过程中，蒙皮-蜂窝胶接界面基体树脂或者胶膜流动状态或者分布会存在的差别对超声波信号的幅值(A)或者传播时间(TOF)分布的影响，不容易引起缺陷误判，进而提高了超声检测结果的可靠性和准确性。
附图说明
图1为本发明所述装置原理示意图；
图2为本发明所述方法流程图。
具体实施方式
一种基于记忆的蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法，用于检测复合材料蜂窝共固化结构的设备包括换能器(1)、超声发射/接收单元(2)、信号记忆单元(3)、A显示单元(4)，如图1所示，其中：
利用超声换能器(1)发射/接收超声波，利用超声发射/接收单元(2)产生宽带窄脉冲电信号，激励超声换能器(1)产生宽带窄脉冲超声波，同时由超声发射/接收单元(2)对超声换能器(1)接收到的来自被检测复合材料蜂窝共固化结构内部的超声信号进行前置处理，经过前置处理后的超声信号由信号记忆单元(3)进行数字化，通过编程形成超声A显示记忆信号，存储在信号记忆单元(3)中，信号记忆单元(3)由高速数据采集、CPU、存储器等构成，通过对来自被检测复合材料蜂窝共固化结构中的超声检测信号和记忆单元(3)中的记忆信号进行相似度的比对，进行缺陷判别，判别结果通过超声A显示信号方式在A显示单元(4)中进行显示，实现复合材料蜂窝共固化结构缺陷的超声判别，具体步骤如下：
①获取记忆信号
利用材料、工艺与被检测复合材料蜂窝共固化结构相一致的标准样件，或者在被检测复合材料蜂窝共固化结构无缺陷区获取记忆信号：将超声换能器(1)置于标准样件或在被检测复合材料蜂窝共固化结构无缺陷区，并使超声换能器(1)与标准样件或在被检测复合材料蜂窝共固化结构无缺陷区表面耦合良好，通过移动超声换能器(1)的位置，获取N组反映被检测复合材料蜂窝共固化结构工艺和结构特点的超声检测信号Us(t)，参见图2所示，Us(t)中尽获取反映被检测复合材料蜂窝共固化结构工艺和结构特点的超声检测信，用式(1)表示为：
Figure BDA0001523977180000031
式中，
Figure BDA0001523977180000032
表示第i个检测位置的超声检测信号中的第j个时间t位置点的超声检测信号值，其中，上角标G表示“无缺陷区”的意思，j＝1,2,...,M，M＝f×[ted-tst]，f为记忆单元(3)中的数据采样频率，tst、ted分别为超声检测信号采集记录的时间起点和宽度，i＝1,2,3,...,N，N为获取的超声检测信号的最大组数，
将超声检测信号Us(t)一次存储在记忆单元(3)中。
②构建记忆矩阵
将获取和存储在记忆单元(3)中的N组超声检测信号Us(t)按照数据链接的形式构成如下记忆矩阵：
记忆单元1：
Figure BDA0001523977180000041
记忆单元2：
Figure BDA0001523977180000042
…
记忆单元i：
Figure BDA0001523977180000043
记忆单元N：
Figure BDA0001523977180000044
这里，以i为数据链接的索引号，对每个索引号对应的超声检测信号值进行检索，将按照上述数据链接构造的N组超声检测信号Us(t)存储在记忆单元(3)中的存储器记忆区。
③获取检测信号
移动超声换能器(1)对复合材料蜂窝共固化结构(5)进行检测，由超声换能器(1)实时获取每个检测位置点的超声检测信号，此超声检测信号经过超声发射/接收单元(2)进行前置处理后，实时送记忆单元(3)进行数字化，并形成当前点的超声检测信号UT(t)：
Figure BDA0001523977180000045
式中，
Figure BDA0001523977180000046
表示当前检测位置的超声检测信号中的第j个时间t位置点的超声检测信号值，上角标T表示当前“检测”位置点的意思，
将UT(t)保存在记忆单元(3)中缓存区。
④确定相似度系数
Figure BDA0001523977180000047
将(2)式中的超声检测信号值
Figure BDA0001523977180000048
依次与保存在记忆单元(3)中的各个记忆单元i中的超声检测信号值
Figure BDA0001523977180000049
进行比较：
当
Figure BDA0001523977180000051
时，计相似度计数值
Figure BDA0001523977180000052
相似度系数
Figure BDA0001523977180000053
这里用μ[ζ]表示相似度满足计数值，其初始值为0，
当满足
Figure BDA0001523977180000054
判别当前检测位置点的超声检测信号UT(t)属于记忆矩阵中的记忆单元i，μ[ζ]＝μ[ζ]，
当不满足
Figure BDA0001523977180000055
相似度满足计数值μ[ζ]＝μ[ζ]+1，
这里κ为相似度系数阈值，由超声A扫描检测试验确定。
⑤进行缺陷判别
当μ[ζ]＝0，判别为无缺陷，
当μ[ζ]≥1，判别为缺陷。
2.相似度系数阈值κ根据被检测复合材料蜂窝共固化结构(5)的材料、工艺特点由试验确定，一般取80-100％。
3.N据被检测复合材料蜂窝共固化结构(5)的材料、工艺特点由试验确定，一般N>10。
4.超声A显示信号采用VF和RF显示模式。
5.检测实时过程
1)超声检测仪器连接
按照图1连接超声换能器1、超声发射/接收单元2、信号记忆单元3、A显示单元4，通电进入工作界面。将超声换能器1置于试样或者被检测复合材料共固化蜂窝结构无缺陷区表面，并使超声换能器1耦合良好；
2)获取记忆信号
B)将换能器1置于试样5表面或者被检测复合材料蜂窝共固化结构不同部位表面无缺陷区，并保持换能器1耦合良好，设置信号记忆单元2的增益和信号闸门参数、计算M值，并使N＝0，设置κ值；
C)移动换能器1，获取第i位置的
Figure BDA0001523977180000056
并保存在信号记忆单元3中相应的缓存区；
D)N＝N+1；
如果继续获取下一个位置的
Figure BDA0001523977180000061
执行步骤C，否则，执行下一步；
E)构建记忆矩阵；
F)检测与缺陷判别
移动超声换能器1对被检测复合材料蜂窝共固化结构进行扫查检测，信号记忆单元3根据得到的每个检测位置的
Figure BDA0001523977180000062
确定相似度系数和相似度计算值μ[ζ]，
当μ[ζ]＝0，判别为无缺陷，
当μ[ζ]≥1，判别为缺陷。
判别结果在A显示单元中实时显示，直至检测完毕。
实施例
采用本发明专利，选择中航复合材料有限责任公司生产的MUT-1和CUS-21J检测系统，包括超声发射/接收单元、信号记忆单元、A显示信号单元，换能器采用FJ-1换能器，频率5MHz，增益10dB，信号采样频率选用50MPS和100MPS，采用超声接触反射法、水膜耦合，标准试件为碳纤维复合材料蜂窝共固化结构，待检测件为碳纤维复合材料共固化蜂窝结构，蒙皮厚度约1mm，待检测件大小500×300—2000×500mm不等，首先将超声换能器分别置于标准试件和待检测复合材料共固化蜂窝结构两侧无缺陷区表面，参见图1，取M＝100，获取N＝30组反映待检测复合材料蜂窝共固化结构工艺和结构特点的超声检测信号
Figure BDA0001523977180000063
构建记忆矩阵，分别区κ＝80％、95％，移动超声换能器对500×300—2000×500mm大小不等的复合材料共固化蜂窝结构进行检测，根据当
Figure BDA0001523977180000064
和μ[ζ]进行缺陷判别和超声A扫描显示，系列的实际检测应用表明，利用所构建的复合材料共固化蜂窝结构缺陷超声A扫描判别方法，可以快速清晰地对复合材料共固化蜂窝结构进行超声检测和缺陷判别，取得了较好的实际检测效果。

Claims (4)

1.一种蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法，所述的方法适用于蒙皮-蜂窝胶接界面脱粘缺陷，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一，通过超声A扫描，获取标准样件蒙皮-蜂窝胶接无缺陷区多个位置点的超声信号，获取N组反映被检测复合材料蜂窝共固化结构工艺和结构特点的超声检测信号Us(t)，并存储形成记忆库A；
Figure FDA0002841815580000011
式中，
Figure FDA0002841815580000012
表示第i个检测位置的超声检测信号中的第j个时间t位置点的超声检测信号值，其中，上角标G表示“无缺陷区”的意思，j＝1,2,...,M，M＝f×[ted-tst]，f为信号记忆单元(3)中的数据采样频率，tst、ted分别为超声检测信号采集记录的时间起点和宽度，i＝1,2,3,...,N，N为获取的超声检测信号的最大组数；
将记忆单元中的N组超声检测信号Us(t)按照数据链接的形式构成如下记忆矩阵：
记忆单元1：
Figure FDA0002841815580000013
记忆单元2：
Figure FDA0002841815580000014
…
记忆单元i：
Figure FDA0002841815580000015
记忆单元N：
Figure FDA0002841815580000016
其中，以i为数据链接的索引号，对每个索引号对应的超声检测信号值进行检索，将按照上述数据链接构造的N组超声检测信号Us(t)存储在信号记忆单元(3)中的存储器记忆区；
步骤二，通过超声A扫描获取待检测样件蒙皮-蜂窝胶接区超声信号UT(t)，
Figure FDA0002841815580000017
式中，
Figure FDA0002841815580000018
表示当前检测位置的超声检测信号中的第j个时间t位置点的超声检测信号值，上角标T表示当前“检测”位置点的意思；将UT(t)保存在记忆单元中的缓存区；
将超声检测信号值
Figure FDA0002841815580000021
依次与保存在记忆单元中的各个记忆单元i中的超声检测信号值
Figure FDA0002841815580000022
进行比较；当
Figure FDA0002841815580000023
时，计相似度计数值
Figure FDA0002841815580000024
相似度系数
Figure FDA0002841815580000025
μ[ζ]表示相似度满足计数值，其初始值为0，
当满足
Figure FDA0002841815580000026
判别当前检测位置点的超声检测信号UT(t)属于记忆矩阵中的记忆单元i，μ[ζ]＝μ[ζ]，
当不满足
Figure FDA0002841815580000027
相似度满足计数值μ[ζ]＝μ[ζ]+1，
κ为相似度系数阈值，κ由超声A扫描检测试验确定；
当μ[ζ]＝0，判别为无缺陷，
当μ[ζ]≥1，判别为缺陷，
所述步骤二中待检测样件任意位置点的超声信号都要与记忆库A中所有位置点的超声信号进行比对。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法，其特征为：标准样件的扫描位置点分布在其上下表面，每个表面上的位置点数量N＞10。
3.一种实现权利要求1所述蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法的装置，其特征为：所述的装置包括超声换能器(1)、信号记忆单元(3)、A显示单元(4)；
所述的信号记忆单元(3)包括数据采集模块、CPU和存储器，存储器内预存有记忆库A；
数据采集模块对来自超声换能器(1)的检测样件和待检测样件的超声信号进行采集，CPU对待检测样件超声信号与记忆库A中的超声信号进行比对。
4.根据权利要求3所述的实现权利要求1所述蜂窝共固化结构缺陷超声A扫描识别方法的装置，其特征为：超声A显示信号采用VF或RF显示模式。
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