复合材料预浸带缺陷的图像检测方法研究

发布时间：2020-07-25 12:29

【摘要】：近年来,随着科学技术的发展,材料已经被广泛的应用于航空航天、医疗等领域。但是随着工业技术的不断提高,采用一种材料并不能满足工业上的要求,由此便产生了复合材料。复合材料相比于单一材料,其性能更好。复合材料中的玻璃纤维增强热塑性复合材料因其质量轻,成本低,力学性能优异,从而得到了广泛的应用。由于加工工艺的影响,连续玻璃纤维增强聚烯烃预浸带容易产生开裂和纤维分散不均匀的现象,这可能对制品的性能产生影响,本文采用图像处理的方法针对连续玻璃纤维增强聚烯烃预浸带进行检测。本文介绍了预浸带的制作工艺。采用熔融浸渍法制备预浸带时,由于在生产过程中的工艺和原材料等因素的影响,将会使预浸带产生开裂和纤维聚集缺陷。同时,预浸带在制备时,会在表面产生划痕或者是一些杂物等干扰。为了实现预浸带缺陷的检测,首先采用了中值滤波、自适应中值滤波、小波变换和LoG算子的方法对预浸带图像进行了预处理。通过分析与比较,利用分数阶微分和高斯滤波器相结合的方法,该方法既可以保留缺陷又可以去掉划痕和杂物干扰。预浸带图像经预处理后,本文采用图像分割方法来突出缺陷的区域。具体的分割方法是:首先采用改进的蝙蝠算法优化Otsu法,得到最佳阈值。采用最佳阈值对图像分割后得到二值图像;然后采用Canny算子对二值图像进行边缘检测,提取缺陷的边缘信息。其中,Canny边缘检测的低阈值是预处理后图像的最低灰度级,高阈值为阈值分割中的最佳阈值取整。该方法可以得到预浸带缺陷清晰的边缘信息,为下一步特征提取和识别奠定了基础。采用灰度共生矩阵的纹理特征对预处理后的预浸带图像进行特征提取与分类。在现有的数据集中,通过提取其对比度特征值区分出了浸渍效果良好的预浸带和有缺陷的预浸带。再利用灰度直方图和小波能量的方法提取开裂和纤维分散不均匀两种缺陷图像的特征。将预处理后图像灰度直方图的平滑度、三阶矩和一致性,以及分割后图像coif3小波的第2、3、4、5层能量特征值组成输入向量,采用支持向量机进行分类。选用开裂和纤维分散不均匀的图像各40张,其中每种缺陷采用20张图像作为训练集,剩余20张作为测试集。对测试集的测试结果为:对于纤维分散不均匀缺陷,有1张图像被误判为开裂;对于开裂缺陷,有3张图像被误判为纤维分散不均匀。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TB33
【图文】：

并且反应不容易控制。本文采用的玻璃纤维增强聚烯烃预浸带采用的是熔融浸渍法，其工艺流程图如图2.1 所示。图 2.1 熔融浸渍工艺流程图Fig. 2.1 The flow diagram of melt impregnation process2.2 熔融浸渍机理熔融浸渍是制备玻璃纤维增强复合材料常用的方法，实际上就是已熔融的热塑性树脂渗透玻璃纤维，所得到的复合材料的性能与浸渍效果的好坏有着直接的联系，若浸渍不充分，会导致玻璃纤维与热塑性树脂之间的结合效果差，从而影响复合材料的力学性能。对于影响预浸带制品的因素，可以借助流体力学与 Darcy 定律来分析。Darcy 定律最早是用来表示水流流速与水流阻力关系的方程，由法国水利专家H-Darcy 得出。熔融浸渍的过程可以看成是树脂熔体在玻璃纤维中流动，填补纤维中的空隙，Darcy 定律为[25]:dZkdpdtdZq (2.1)其中，p 为压力，Z 为纤维层的总厚度，k 为纤维束的渗透率，η是树脂熔体的黏度，q 为树?

易发生降解。树脂熔体的粘度随着温度的上升而降低。温度低时，树脂的粘度大，不易流树脂与纤维间的浸润程度低，预浸带易产生缺陷；升高温度，可以降低熔体纤维可以被树脂充分浸润，浸渍效果好。但是当温度过高时，树脂易发生氧会导致预浸带表面出现发黄的现象，所以在浸渍过程中要选择适宜的温度[28牵引速度的也是影响预浸带好坏的一个因素，若牵引速度快，则会导致纤维的停留时间变短，树脂熔体与玻璃纤维之间浸润的不充分，可能导致缺陷的产，若是牵引速度过小，会导致浸渍的时间变长，生产效率低。此外，牵引力也会影响制品的性能，增大牵引力会使纤维所受到的张力增加渍效果良好，当牵引力过大时，会对牵引速度产生影响，从而影响制品的外。由于所选用的原材料、加工工艺以及模具的不适宜，预浸带的表面就会产生缺带的缺陷有开裂、纤维分散不均匀、表面发黄以及有气泡等。本文主要对产预浸带图像以及纤维分散不均匀的图像进行图像处理。图 2.2 和图 2.3 分别的开裂和纤维分散不均匀的情况，对于浸渍良好的预浸带如图 2.4 所示。

当牵引力过大时，会对牵引速度产生影响，从而影响制品的外。由于所选用的原材料、加工工艺以及模具的不适宜，预浸带的表面就会产生缺带的缺陷有开裂、纤维分散不均匀、表面发黄以及有气泡等。本文主要对产预浸带图像以及纤维分散不均匀的图像进行图像处理。图 2.2 和图 2.3 分别的开裂和纤维分散不均匀的情况，对于浸渍良好的预浸带如图 2.4 所示。图 2.2 开裂的预浸带图像Fig. 2.2 Cracked prepreg tapes image

【参考文献】

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本文编号：2769831