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层压复合材料激光超声检测的特征提取及成像方法研究

发布时间:2020-12-18 12:27
  复合材料被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车工业等领域。由于材料制备工艺的局限性,复合材料制备过程中会产生分层、脱粘、夹杂等缺陷,影响材料的性能及生产安全。激光超声作为一种新兴的检测技术,具有非接触、高精度和能够实现复杂型面检测的特点,可以完成复合材料的性能分析及缺陷检测。本文利用激光超声检测层压复合材料,针对激光超声信号噪声大、难以提取特征以及成像结果不易分割的问题进行了特征提取及成像方法研究。本文分析了层压复合材料的激光超声检测方法,采用透射法采集了复合材料粘接板的超声C-Scan信号,并对超声信号进行了时频分析及成像分析;对比分析了dbN、symN和coifN小波族在不同分解层数和不同阈值处理函数下的特征提取效果,采用db2小波对回波信号进行分解、软阈值处理和重构,提高了激光超声信号的信噪比,有效地提取了反映分层缺陷信息的超声特征信号;针对图像像素点的峰值和谷值造成的缺陷难以分割的问题,采用4邻域均值处理方法进行了图像的预处理;研究了基于直方图法、大津法和邻域灰度概率之和加权的最大类间方差法的图像分割技术。通过对缺陷大小的定量分析确定了采用28邻域灰度概率之和加权的最大类间方差法... 

【文章来源】:中北大学山西省

【文章页数】:64 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

层压复合材料激光超声检测的特征提取及成像方法研究


激光超声激发过程

原理图,弹性效应,原理,材料


中北大学学位论文6图2.2热弹性效应的原理Figure2.2Principleofthermoelasticeffect热弹性效应的原理是利用激光入射到材料表面,当入射到材料表面的光功率密度较低时,材料表面吸收的热量较低达不到材料熔化时的温度。因此,不会损伤材料表面但会在材料表层局部区域产生一定的热膨胀。热膨胀会使得分子产生热运动,从而产生平行于材料表面的扩展应力和材料内部各个方向的扩展应力,也就产生了超声表面波和超声体波。与该膨胀相关的应力绝大部分在弹性范围内,这种在弹性范围内的扩展应力产生超声波的现象称作热弹性效应。脉冲激光与固体材料相互作用引发热弹性效应进而产生超声波的过程可以归纳为热传导规律和热弹性耦合机制[22]。热弹性效应能够在不损伤材料表面的情况下激发超声波进行材料的损伤检测,可以做到真正的无损检测。热烧蚀机理和热弹性-热烧蚀融合机理都是采用较高的激光能量照射材料表面,会在材料表面形成一定的烧蚀,是一种有损检测手段。2.1.2层压复合材料激光超声检测原理激光超声检测技术工作原理如图2.3所示:图2.3激光超声检测技术工作原理示意图Figure2.3Schematicdiagramoftheworkingprincipleoflaserultrasonictestingtechnology

原理图,激光超声,回波,脉冲


工件表面和待测工件内部产生超声波。超声波在试件表面和试件内部传播过程中遇到缺陷时,会发生反射和透射现象,并伴随着超声波振幅、频率和相位的改变。在被检材料表面合适的位置投射激光超声检测光斑,经过激光干涉等过程便可接收相应的超声信号。激光超声检测装置通过对激光超声信号的调相、放大和滤波等处理,然后传输给数据采集系统。通过对采集信号的时域和频域分析就可以得到缺陷的位置、深度、大小等信息。因此衍生的激光超声检测复合材料内部缺陷的手段有两种,即脉冲回波法和透射法。激光超声脉冲回波法检测原理如图2.4所示,当超声波在层压复合材料内部传播时,遇到每一个粘接界面都会发生界面反射和界面透射现象,遇到界面的脱粘缺陷时也会发射反射现象和透射现象,并且同一界面脱粘缺陷的反射回波能量要强于界面反射回波能量。在激光超声激发点同轴线的同一侧投射激光超声测量光斑。可以检测到超声始波、界面反射回波、缺陷反射回波和材料底面反射回波。通过对比分析每一界面反射回波的特征,便可提取脱粘缺陷。便于实现材料内部缺陷的识别和缺陷深度的定位。但往往会由于缺陷不规则引起超声散射信号较强、超声反射信号弱,使得难以检测到缺陷反射回波。同时在材料超声衰减能力强和材料较厚的情况下也难以检测到距离检测点较远处的缺陷。图2.4激光超声脉冲回波法检测原理Figure2.4Detectionprincipleoflaserultrasonicpulseechomethod激光超声透射法检测原理如图2.5所示,当超声波在层压复合材料材料内部传播时,遇到每一个粘接界面都会发生界面反射和界面透射现象,遇到界面的脱粘缺陷时也会发射反射现象和透射现象,并且同一界面脱粘缺陷的透射回波能量要弱于界面透射回波能量。利用超声波遇见缺陷时,部分声波会穿透过缺陷继续传播

【参考文献】:
期刊论文
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[10]改进的OTSU射线图像分割算法[J]. 王彦,谢晓方,张永亮.  计算机工程与设计. 2012(06)

博士论文
[1]激光声表面波用于金属表面缺陷无损检测的研究[D]. 严刚.南京理工大学 2007
[2]层状材料的激光超声有限元模拟和神经网络方法反演材料参数的研究[D]. 许伯强.南京理工大学 2004



本文编号:2923998

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