基于红外热成像的复合材料无损检测研究
发布时间：2022-12-11 06:31
碳纤维增强复合材料（CFRP）作为一种具有质量轻、强度高的优越性能材料已被广泛应用于航空航天、风能发电和汽车制造等领域。但层压复合材料结构在循环应力和外界冲击的情况下,可能会导致内部分层或脱粘等缺陷且从表面不易被发现。为了保障工件内部质量和安全,光激励红外热成像（Optical Pulsed Thermography,OPT）检测系统被用于检测内部缺陷。同时为了消除系统造成的不均匀光照和低分辨率的问题,常规热成像缺陷特征提取算法被采用和比较。为了提高缺陷检出率,论文提出了基于热图像信号重构的自动区域生长法,该方法能显著提高缺陷和非缺陷区域的对比度,实现缺陷的精确检出。同时,该方法能够实现自动的特征图像、种子点和阈值等关键参数的选择。为了客观和定量评价不同算法的检测性能,论文采用了定量衡量F-score指标来评价检测结果。本文主要内容如下:（1）研究复合材料的无损检测技术及其材料特性,研究了基于光激励红外热成像技术的基本原理和检测方法,对于激励模式、激励源及响应特性等进行了讨论和分析。分析自主搭建的光激励红外热成像系统中关键器件的选型,对于实验所用的碳纤维复合材料试件,设计了多种含缺陷类...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究课题的背景及意义
1.2 红外热成像研究进展
1.3 红外热成像处理算法研究
1.4 本文主要特色与创新
1.5 本论文的结构安排
第二章 光激励红外热成像技术原理及热特性分析
2.1 红外热成像理论
2.1.1 红外辐射理论基础
2.1.2 红外热成像的成像模式及响应特性
2.1.3 红外热波检测理论
2.2 光激励红外热成像检测系统
2.2.1 光激励红外热成像无损检测方法
2.2.2 光激励红外热成像实验平台
2.2.3 红外热图像采集
2.2.4 系统设置对温度场的影响分析
2.3 脱粘缺陷对温度场的扰动分析
2.3.1 材料属性对温度场的影响
2.3.2 典型胶接结构模型分析
2.4 本章小结
第三章 碳纤维复合材料脱粘缺陷的特征提取及量化评估
3.1 试件制备和实验设置
3.1.1 试件制备
3.1.2 实验设置
3.2 热特征提取方法
3.2.1 主成分分析
3.2.2 独立成分分析
3.2.3 脉冲相位法
3.2.4 热图像信号重构
3.3 处理结果量化评估
3.3.1 不同特征提取方法的定性分析
3.3.2 基于F-score的量化评估指标
3.3.3 不同特征提取方法的定量分析
3.4 本章小结
第四章 基于自动区域生长法的缺陷分割
4.1 自动分割算法概述
4.1.1 区域生长法
4.1.2 自动区域生长分割算法
4.2 试件制备和实验设置
4.3 分割结果量化评估
4.3.1 自动分割结果的定性分析
4.3.2 不同处理结果的定量分析比较
4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料胶接缺陷的红外热像检测[J]. 黄松岭,李路明,杨海青,施克仁. 宇航材料工艺. 2002(06)
[2]复合材料缺陷的红外热波无损检测[J]. 陈桂才,吴东流,程茶园,郭广平. 宇航材料工艺. 2004(01)
[3]脉冲相位法及其在复合材料无损检测中的应用[J]. 郭兴旺,刘颖韬,郭广平,杨党纲. 北京航空航天大学学报. 2005(10)
[4]基于小波变换的红外热波无损检测融合算法[J]. 郭兴旺,董淑琴. 光学技术. 2008(05)
[5]红外锁相法热波检测技术及缺陷深度测量[J]. 刘俊岩,戴景民,王扬. 光学精密工程. 2010(01)
[6]碳纤维复合材料斜拉索的发展[J]. 徐茂凯. 纤维复合材料. 2010(03)
[7]碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究[J]. 唐桂云,王云飞,王宝瑞. 纤维复合材料. 2011(01)
[8]碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 李威,郭权锋. 中国光学. 2011(03)
[9]复合材料无损检测研究进展[J]. 汪星明,郭耀红,朱庆友,柳泽. 玻璃钢/复合材料. 2012(S1)
[10]BP神经网络在红外热波无损检测定量识别中的应用[J]. 刘涛,李永峰,黄威. 红外与激光工程. 2012(09)
博士论文
[1]红外相位法无损检测技术及应用研究[D]. 汪子君.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]红外热成像和光锁相热成像用于无损检测中的实验研究[D]. 何炜.首都师范大学 2009
[2]红外热波无损检测系统中闪光灯阵列脉冲热激励装置的研制和应用[D]. 刘波.首都师范大学 2007
本文编号：3718308
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究课题的背景及意义
1.2 红外热成像研究进展
1.3 红外热成像处理算法研究
1.4 本文主要特色与创新
1.5 本论文的结构安排
第二章 光激励红外热成像技术原理及热特性分析
2.1 红外热成像理论
2.1.1 红外辐射理论基础
2.1.2 红外热成像的成像模式及响应特性
2.1.3 红外热波检测理论
2.2 光激励红外热成像检测系统
2.2.1 光激励红外热成像无损检测方法
2.2.2 光激励红外热成像实验平台
2.2.3 红外热图像采集
2.2.4 系统设置对温度场的影响分析
2.3 脱粘缺陷对温度场的扰动分析
2.3.1 材料属性对温度场的影响
2.3.2 典型胶接结构模型分析
2.4 本章小结
第三章 碳纤维复合材料脱粘缺陷的特征提取及量化评估
3.1 试件制备和实验设置
3.1.1 试件制备
3.1.2 实验设置
3.2 热特征提取方法
3.2.1 主成分分析
3.2.2 独立成分分析
3.2.3 脉冲相位法
3.2.4 热图像信号重构
3.3 处理结果量化评估
3.3.1 不同特征提取方法的定性分析
3.3.2 基于F-score的量化评估指标
3.3.3 不同特征提取方法的定量分析
3.4 本章小结
第四章 基于自动区域生长法的缺陷分割
4.1 自动分割算法概述
4.1.1 区域生长法
4.1.2 自动区域生长分割算法
4.2 试件制备和实验设置
4.3 分割结果量化评估
4.3.1 自动分割结果的定性分析
4.3.2 不同处理结果的定量分析比较
4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料胶接缺陷的红外热像检测[J]. 黄松岭,李路明,杨海青,施克仁. 宇航材料工艺. 2002(06)
[2]复合材料缺陷的红外热波无损检测[J]. 陈桂才,吴东流,程茶园,郭广平. 宇航材料工艺. 2004(01)
[3]脉冲相位法及其在复合材料无损检测中的应用[J]. 郭兴旺,刘颖韬,郭广平,杨党纲. 北京航空航天大学学报. 2005(10)
[4]基于小波变换的红外热波无损检测融合算法[J]. 郭兴旺,董淑琴. 光学技术. 2008(05)
[5]红外锁相法热波检测技术及缺陷深度测量[J]. 刘俊岩,戴景民,王扬. 光学精密工程. 2010(01)
[6]碳纤维复合材料斜拉索的发展[J]. 徐茂凯. 纤维复合材料. 2010(03)
[7]碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究[J]. 唐桂云,王云飞,王宝瑞. 纤维复合材料. 2011(01)
[8]碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 李威,郭权锋. 中国光学. 2011(03)
[9]复合材料无损检测研究进展[J]. 汪星明,郭耀红,朱庆友,柳泽. 玻璃钢/复合材料. 2012(S1)
[10]BP神经网络在红外热波无损检测定量识别中的应用[J]. 刘涛,李永峰,黄威. 红外与激光工程. 2012(09)
博士论文
[1]红外相位法无损检测技术及应用研究[D]. 汪子君.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]红外热成像和光锁相热成像用于无损检测中的实验研究[D]. 何炜.首都师范大学 2009
[2]红外热波无损检测系统中闪光灯阵列脉冲热激励装置的研制和应用[D]. 刘波.首都师范大学 2007
本文编号：3718308
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