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原文传递用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法及检测仪器

专利名称：	用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法及检测仪器
摘要：	本发明提供一种用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法和检测仪器，适用于红外热成像无损检测领域。该方法通过正弦变化的热波对被检测材料进行激励，然后对材料表面进行主动式温度调控，记录下降温过程中的红外图像序列，对比缺陷区域与正常区域的温度变化率，同时用特定的图像处理算法对缺陷进行检测，由于潜在缺陷夹层结构在不断的降温过程中，其反映到材料表面的温度变化与正常区域会产生较大的差异，因此可以检测出包括脱粘、空鼓、积水、裂纹在内的夹层材料缺陷以及缺陷的尺寸大小。经验证，本发明方法检测效果良好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉工程大学
发明人：	杨璟;卢永雄;熊伦;肖天琦;陈江
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-08T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311002443.X
公开号：	CN117092163A
代理机构：	深圳市兰锋盛世知识产权代理有限公司
代理人：	罗炳锋
分类号：	G01N25/72;G06V10/26;G06V10/25;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06V10/28;G;G01;G06;G01N;G06V;G06T;G01N25;G06V10;G06T7;G01N25/72;G06V10/26;G06V10/25;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06V10/28
申请人地址：	430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区光谷一路206号
主权项：	1.一种用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，所述双脉冲无损检测方法包括下述步骤：步骤S1、根据被检测材料的类型选择检测模式，并控制检测仪器和被检测材料之间的距离，所述被检测材料为夹层结构复合材料；步骤S2、根据被检测材料的材质和结构，对激励控制器设置相应的激励参数，将产生的激励信号输出至热激励装置，热激励装置在激励信号的控制下对被检测材料表面进行热激励，使得被检测材料的内部形成温度差；步骤S3、经过一个周期的热激励后，通过主动式温度调控装置主动调节被测材料检测区域表面的温度，使得温度降低至预设温度区间；步骤S4、在主动降温过程中，图像采集装置连续采集被检测材料的红外图像，即温度场信息，然后图像处理装置对采集到的红外图像序列进行预处理，包括被检测区域的温度变化率提取、ROI提取、纹理消除和图像降噪；步骤S5、对经过预处理的红外图像序列，使用基于区域生长法的图像处理算法自动分割出缺陷，并对分割出的缺陷定量分析。 2.如权利要求1所述用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，所述双脉冲无损检测方法还包括下述步骤：当前区域检测完成后，利用多轴运动系统，调整图像采集装置移动至下一检测区域，最终完成被检测材料各个区域的检测，最后拼接生成完整的缺陷图像。 3.如权利要求1所述用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述检测模式有水平检测模式和竖直检测模式，检测时，需要控制检测仪器和检测材料之间的距离在200mm到500mm之间。 4.如权利要求2所述用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，步骤S2中，激励控制器包括信号发生电路、多级放大电路和功率放大电路三部分，首先信号发生电路根据检测人员设置的参数，生成一个正弦调制变化的正弦波信号，多级放大电路对该正弦波信号进行无失真放大，放大后的信号再经过功率放大电路进行功率放大，最终输出用于驱动热激励装置的激励信号。 5.如权利要求4所述用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，步骤S4中，红外图像序列预处理的具体过程如下：温度变化率提取：图像采集装置的红外相机记录下图像中每个像素每个时刻的温度，计算各像素温度随时间的变化率，即温度变化率； ROI提取：将采集的图像转为灰度图，并进行二值化处理，使用Canny算子进行边缘检测，提取边缘，然后通过Hough变换，提取直线，最后截取感兴趣的区域，即为ROI区域；纹理消除：对于截取的ROI区域，通过生成一个六边形的蜂窝算子，区分纹理与缺陷、噪声，具体操作过程如下：(1)设置一个六边形的蜂窝算子作为卷积核模板；(2)将该模板在需要处理的ROI区域中从上到下，从左到右移动，每个像素与模板上对应的系数相乘，并将得到的乘积求和；(3)将所得结果作为图像中心像素的值，获得此时图像的直方图；(4)根据直方图体现出的统计特性，进行阈值分割，达到仅消除纹理保留缺陷、噪声区域的目的；图像降噪：具体如下：(1)红外图像序列向量化，将多帧图像的序列变换成一个多维的观测矩阵；(2)标准化所述观测矩阵；(3)求得相关系数矩阵；(4)计算样本相关系数矩阵的特征值和特征向量，利用SVD原理，对每个特征值求解出对应的特征向量；(5)确定主成分，将多帧的红外图像序列变换成一个多维的观测矩阵。 6.如权利要求5所述用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，步骤S5中，自动缺陷分割算法识别出缺陷的过程具体如下：(1)从经过预处理之后的红外图像序列中，自动选择出峭度最大的一帧图像；(2)自动选择种子点，利用MMRT得到初始阈值，种子点的值就在MMRT附近，再用数学形态学中的边缘检测算法分割出对应的区域；(3)从种子集合中随机选择一个种子点，自动选择生长阈值，先求出图像的均值，确定阈值范围，以均值做中心点，向左右两边生长15个单位；(4)最后将种子点作为起始点进行分割，并进行二值化处理，得到缺陷区域。 7.如权利要求6所述用于夹层结构复合材料的双脉冲无损检测方法，其特征在于，步骤S5中，缺陷定量分析包括确定缺陷的尺寸大小、缺陷深度和缺陷种类，具体过程如下：根据被检测材料检测区域的实际大小与红外图像大小的对应关系，将图像缺陷位置像素点的个数转换成缺陷的尺寸大小；将缺陷边缘的灰度值映射成缺陷的深度信息；将缺陷像素的温度变化信息，拟合成缺陷的种类信息。 8.一种双脉冲无损检测仪器，其特征在于，所述检测仪器包括激励控制器、热激励装置、图像采集装置、图像处理装置、多轴运动系统、主动式温度调控装置，其中所述热激励装置用于在激励控制器的控制下输出热波，所述主动式温度调控装置用于输出冷气，所述图像采集装置用于采集被检测材料的红外图像，所述图像处理装置用于对采集到的图形进行预处理、缺陷的自动分割与识别、以及对缺陷定量分析，所述多轴运动系统用于调整热激励装置和图像采集装置的整体位置。 9.如权利要求8所述双脉冲无损检测仪器，其特征在于，所述多轴运动系统包括竖直升降台和安装在竖直升降台上的多轴运动支架，所述图像采集装置为红外相机，所述热激励装置为卤素灯，所述多轴运动支架上安装有检测主机，检测主机包括机壳，所述机壳的前面安装有快门挡板，所述机壳正面安装有所述卤素灯、红外相机，以及开有冷气输出口，所述卤素灯有多组，所述主动式温度调控装置连接至所述冷气输出口。 10.如权利要求9所述双脉冲无损检测仪器，其特征在于，所述主动式温度调控装置包括活塞式气泵、隔热管道、气体流量计、干冰储存罐、温度传感器，所述活塞式气泵和干冰储存罐安装于竖直升降台内，所述活塞式气泵连接至所述干冰储存罐，所述干冰储存罐通过隔热管道连接至所述冷气输出口，其中气体流量计和温度传感器均安装于隔热管道的气路中；所述升降台包括底座，所述底座上通过竖直活动套管和电动推杆安装有支撑平台，所述底座内安装有激励控制器和电源。
所属类别：	发明专利