CN108519443A - 一种变厚度材料缺陷超声c扫检测方法 - Google Patents

一种变厚度材料缺陷超声c扫检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变厚度材料缺陷超声C扫检测方法，包括如下步骤：根据被检件的外形，规划探头的扫查路径，使探头到被检件表面的距离相同；根据被检件的超声衰减系数和厚度确定超声波探伤仪的检测灵敏度；对被检件进行超声C扫检测，得到被检件的C扫灰度图像；计算被检件C扫灰度图像不同厚度处的补偿值，对C扫灰度图像进行灰度值补偿处理，得到补偿后的C扫图，根据C扫图进行缺陷判定；所述补偿值按照如下公式进行计算：其中，kx为补偿值，α为被检件的超声衰减系数，dx为检测处的材料厚度，d0为被检件最薄处的厚度。用本发明提供的方法检测变厚度复合材料具有准确性高和效率高的优点。

Description

一种变厚度材料缺陷超声C扫检测方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种变厚度材料缺陷超声C扫检测方法。
背景技术
复合材料在航空航天等行业已广泛应用。目前，通常是采用超声C扫的方法来检测其中的分层、脱粘、孔隙等缺陷。该方法可将复合材料中缺陷的位置、大小等信息以直观的颜色显示在C扫图中。
复合材料构件大部分为变厚度结构。目前变厚度复合材料在超声C扫检测时通常采用将产品分段的方式进行检测，即检测时将复合材料根据厚度分成几段，厚度相近的部分采用同一检测灵敏度进行检测，且在采集C扫信号之前已经设置好了采集信号的阈值。但是，在采用分段的方法进行检测时，每次检测不同厚度部位时都需要重新调节检测dB值等参数，这就延长了产品的检测时间，大大降低了检测效率和可靠性；预先设置阈值使会使C扫信号为二值化的信号图像，使C扫信号损失很多有用的信息，在很大程度上降低了检测精度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有分段检测方法在对变厚度复合材料的缺陷进行检测时存在的检测效率低、可靠性差的问题，本发明提供了一种新的检测方法，该方法可以检测变厚度复合材料中的分层、脱粘、孔隙等缺陷，无须频繁地更改检测dB值进行分段扫查具有检测效率高、可靠性好的优点。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种变厚度材料缺陷超声C扫检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
(1)根据被检件的外形，规划超声发射探头和超声接收探头的扫查路径，使超声发射探头和超声接收探头在扫查时到被检件表面的距离相同；
(2)根据被检件的超声衰减系数和厚度确定超声波探伤仪的检测灵敏度；
(3)对被检件进行超声C扫检测，得到被检件的C扫灰度图像；
(4)计算被检件C扫灰度图像不同厚度处的补偿值，对C扫灰度图像进行灰度值补偿处理，得到补偿后的C扫图，根据C扫图进行缺陷判定；所述补偿值按照如下公式进行计算：
其中，kx为补偿值，α为被检件的超声衰减系数，dx为检测处的材料厚度，d0为被检件最薄处的厚度。
优选地：在步骤(4)中，进行补偿处理时，将C扫灰度图像的每个像素点的像素值Cx乘以kx，得到补偿后的C扫图。
优选地：在步骤(3)中，C扫灰度图像采用灰度显示，并使超声波探伤仪显示的穿透波波高幅值0～100％正比对应C扫灰度图像中0～255灰度值。
优选地：在步骤(2)中，采用如下方法确定检测灵敏度：
将超声发射探头和超声接收探头对准被检件厚度最薄处，调节超声波探伤仪的dB值，使得穿透波波高幅值为80％～100％，则该dB值为检测灵敏度。
优选地：所述检测方法为喷水式超声穿透法。
进一步优选地：所述步骤(1)按照如下方式进行：
根据被检件的外形，规划超声发射探头和超声接收探头的扫查路径，确保超声发射探头和超声接收探头到构件表面的距离均为：0.5～1.5N，N为超声发射探头的近场长度。
再优选地：所述近场长度N根据超声发射探头发射的超声波波长和探头晶片直径确定。
更优选地：所述近场长度N按照如下公式确定：其中，D为探头晶片直径，λ为超声波波长。
优选地：所述变厚度材料为复合材料。
优选地：所述变厚度材料为单一材料。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)扫查时根据被检件的外形调整发射探头和接收探头的位置，始终保持探头和被检件之间的距离一致，避免发射探头和接收探头的间距不变导致耦合剂层对超声波衰减量不一致，从而影响C扫图中缺陷的判断。
(2)采用对C扫图进行灰度值补偿处理的方式，只对C扫图进行图像处理，可避免在超声C扫检测被检件不同厚度时频繁地更改检测dB值进行分段扫查，造成的检测效率低、可靠性低的缺点。
(3)对C扫图进行灰度值补偿处理时，根据复合材料被检件的超声衰减系数和厚度自动计算出C扫图中每个像素点对应的灰度值的补偿值，然后对每个像素点进行补偿处理，保证图像处理的准确性。
附图说明
图1变厚度复合材料构件超声穿透法扫查路径示意图，1为超发射声探头，2为探头扫查路径，3为变厚度复合材料试块，4为超声接收探头；
图2为变厚度复合材料试块的C扫图，21为60mm厚度区域，22为45mm厚度区域，23为30mm厚度区域，24、25、26为扫查***支撑钢丝；
图3为补偿处理后的C扫图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种变厚度材料缺陷超声C扫检测方法，所述材料可以为复合材料，也可以为单一材料，具体地，所述方法包括如下步骤：
(1)根据被检件的外形，规划超声发射探头和超声接收探头的扫查路径，保证探头在扫查时到被检件表面的距离相同。优选地：采用喷水式超声穿透法进行检测，所用装置为可进行喷水式超声穿透的常规装置。在该步骤中，为了保证超声发射探头和超声接收探头到被检件表面的距离相同，本发明按照如下发方法进行扫差：控制超声发射探头和超声接收探头到构件表面的距离均为：0.5～1.5N，N为超声发射探头的近场长度，使得检测灵敏度较高，且超声波信号在耦合剂中的衰减量相同。
近场长度N按照如下公式确定：其中，D为探头晶片直径，λ为超声波波长。
(2)根据被检件的超声衰减系数和厚度确定超声波探伤仪的检测灵敏度。在一些实施例中，将超声发射探头和超声接收探头对准被检件厚度最薄处，调节超声波探伤仪的dB值，使得穿透波波高幅值为80％～100％，则该dB值为检测灵敏度。
(3)对被检件进行超声C扫检测，得到被检件的C扫灰度图像。在一些实施例中，确保超声波探伤仪显示的穿透波波高幅值0～100％正比对应C扫灰度图像中0～255灰度值。
(4)计算被检件C扫灰度图像不同厚度处的补偿值，对C扫灰度图像进行灰度补偿处理，得到补偿后的C扫图，根据C扫图进行缺陷判定；所述补偿值按照如下公式进行计算：
其中，kx为补偿值，α为被检件的超声衰减系数，dx为检测处的材料厚度，d0为被检件最薄处的厚度。
优选地，进行补偿处理时，将C扫灰度图像的每个像素点的像素值Cx乘以kx，得到补偿后的C扫图。
以下是本发明列举的实施例。
以本发明方法以阶梯厚度为30mm、45mm、60mm的碳纤维树脂基复合材料层压板试块(在每个厚度的中间部位预埋了聚四氟乙烯人工缺陷，缺陷的大小分别为Φ5mm、Φ10mm、Φ15mm和Φ20mm)的超声C扫穿透法检测为实例，结合附图做详细说明，步骤如下：
步骤一：采用喷水式超声穿透法对变厚度复合材料试块3进行检测，具体的扫查路径2如图1所示，超声发射探头1和超声接收探头4的频率f＝1MHz，晶片直径D＝25mm，根据近场长度(式中，D为探头晶片直径，λ为超声波的波长)计算得出N＝104mm，扫查过程中使超声发射探头1和超声接收探头4到构件(即变厚度复合材料试块3)表面的距离均保持为100mm，保证了超声发射探头1和超声接收探头4到构件(即变厚度复合材料试块3)表面的距离为0.5N～1.5N，使得检测灵敏度较高，且超声波信号在耦合剂中的衰减量相同。
步骤二：将超声发射探头1和超声接收探头4对准变厚度复合材料试块3厚度为30mm处(最小厚度)，调节超声仪的dB值，使得穿透波的波高幅值为80％，该dB值为检测灵敏度，保证检测厚度大的区域有足够的灵敏度和检测最小厚度时穿透波波高幅值不会饱和失真。
步骤三：根据步骤一和步骤二确定的参数对被检件进行超声C扫检测，使得C扫图采用灰度显示，并使超声仪显示的穿透波波高幅值0％～100％正比对应C扫图中0～255灰度值，得到试块的C扫图，如图2所示，21为60mm厚度区域，22为45mm厚度区域，23为30mm厚度区域，24、25、26为扫查***支撑钢丝，60mm厚度区域21和45mm厚度区域22的缺陷难以观察。
步骤四：对C扫图进行灰度值补偿处理，所述补偿值按照如下公式进行计算：
其中，kx为补偿值，α为被检件的超声衰减系数，dx为检测处的材料厚度，d0为被检件最薄处的厚度。
进行补偿处理时，对指定的区域的每个像素点的像素值Cx乘以kx，得到补偿后的C扫图，如图3所示，试块中各个区域的缺陷均能清晰地观察，图像的对比度高。采用本发明的检测方法对C扫图进行灰度值补偿处理，只需对C扫图进行图像处理，计算准确、快速，保证检测的高效率和高可靠性。
该步骤中，可以采用VB语言编写采用上述公式进行图像处理的程序。在处理时，将超声C扫扫灰度图像导入到程序中，再在程序的“参数”单元输入“衰减系数”、“最薄处厚度”和“补偿处厚度”，程序根据公式自动计算出补偿值。然后，在程序的“补偿范围”单元输入C扫图中需要补偿区域(例如，本实施例中的60mm厚度区域和45mm厚度区域)的横向边界x1、x2，纵向边界y1、y2。确定上述参数后，进行补偿处理时，程序对C扫图中指定的区域进行补偿处理，处理时对指定的区域的每个像素点的像素值Cx乘以kx，得到补偿后的C扫图。
将试块C扫图补偿处理前、后的60mm厚度区域和45mm厚度区域无缺陷处与缺陷处的灰度平均值的比值进行对比，如表1所示。
表1：试块C扫图补偿处理前后的灰度比值。
经实例证明，采用本发明的方法检测变厚度复合材料试块，过程中不需要调节超声探伤仪dB值，对试块按照确定的扫查路径和参数进行一次扫查，得到超声C扫灰度图。用本发明提供的方法对C扫灰度图进行快速补偿处理，得到的C扫灰度图能够准确、清晰地显示预置缺陷，图像对比度高。本发明的方法用于检测变厚度复合材料具有准确性高和效率高的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种变厚度材料缺陷超声C扫检测方法，其特征在于：所述检测方法包括如下步骤：
(1)根据被检件的外形，规划超声发射探头和超声接收探头的扫查路径，使超声发射探头和超声接收探头在扫查时到被检件表面的距离相同；
(2)根据被检件的超声衰减系数和厚度确定超声波探伤仪的检测灵敏度；
(3)对被检件进行超声C扫检测，得到被检件的C扫灰度图像；
(4)计算被检件C扫灰度图像不同厚度处的补偿值，对C扫灰度图像进行灰度值补偿处理，得到补偿后的C扫图，根据C扫图进行缺陷判定；所述补偿值按照如下公式进行计算：
其中，kx为补偿值，α为被检件的超声衰减系数，dx为检测处的材料厚度，d0为被检件最薄处的厚度。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：在步骤(4)中，进行补偿处理时，将C扫灰度图像的每个像素点的像素值Cx乘以kx，得到补偿后的C扫图。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：在步骤(3)中，C扫灰度图像采用灰度显示，并使超声波探伤仪显示的穿透波波高幅值0～100％正比对应C扫灰度图像中0～255灰度值。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：在步骤(2)中，采用如下方法确定检测灵敏度：
将超声发射探头和超声接收探头对准被检件厚度最薄处，调节超声波探伤仪的dB值，使得穿透波波高幅值为80％～100％，则该dB值为检测灵敏度。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述检测方法为喷水式超声穿透法。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)按照如下方式进行：
根据被检件的外形，规划超声发射探头和超声接收探头的扫查路径，确保超声发射探头和超声接收探头到构件表面的距离均为：0.5～1.5N，N为超声发射探头的近场长度。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：所述近场长度N根据超声发射探头发射的超声波波长和探头晶片直径确定。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述近场长度N按照如下公式确定：其中，D为探头晶片直径，λ为超声波波长。
9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述变厚度材料为复合材料。
10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述变厚度材料为单一材料。
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