Page 74 - 无损检测2022年第十二期

吕洪涛, 等:

基于超声 C 扫描数字图像处理的缺陷面积分析

征、 关键区和非关键区; 图3 ( c ) 为缺陷波幅阈值输入后 C 扫描图像进行缺陷分析。
获得的计算结果, 可知该被检试件关键区、 非关键区和 3.1 检测精度分析
整体完好率分别为99.83% 、 99.22%和99.36% 。 碳纤维层压板人工模拟缺陷试 件水浸超声 C
扫描检测所用超声探头为 15 MHz-F6 型水浸聚焦

2 试验系统
探头, 扫查步进为 1 mm 。得到的碳纤维层压板人
试验用超声 C 扫描系统包括 MZ-03型水浸超声 工模拟试件水浸超声 C 扫描图像如图 6 所示。
C扫描检测系统和 MZ-04 型喷水超声 C 扫描检测系
统。两套超声 C 扫描系统分别由超声激励采集模块、
工控机、 机械扫查机构等组成。 MZ-03型超声检测系
统配有水槽, 可利用水浸脉冲反射法进行 A 、 B 、 C 扫
描检测。 MZ-04型超声检测系统配有专用喷水系统,
可利用喷水穿透法进行 A 、 B 、 C 扫描检测。反射法和

穿透法超声 C 扫描检测原理如图4所示。

图 6 碳纤维层压板人工模拟试件水浸超声 C 扫描图像

基于该超声 C 扫描检测图像, 用 -6dB 法分别
测量缺陷沿x 方向和 y 方向的直径, 取二者平均值
。
作为模拟缺陷直径d 1
利用开发的 GUI对图 6 中每个缺陷进行分析
图 4 反射法和穿透法超声 C 扫描检测原理示意
计算时, 缺 陷 阈 值 根 据 -6dB 法 进 行 设 置。利 用

根据标准 GJB1580A — 2019 《 变形金属超声检 GUI可直接计算每个缺陷对应的试件完好率, 然后

验方法》 和 GJB1038.1A — 2004 《 纤维增强 复合材 , 模拟

根据试件的总面积计算缺陷面积及其直径 d 2
料无损检测方法》 分别对碳纤维层压板人工模拟缺
缺陷尺寸测量结果如表 1 所示。根据表 1 可知, d 1
陷试件、 超塑成形扩散连接试件和碳纤维复材冲击 均与设计尺寸吻合较好, 误差 较小。由此表
和d 2
试件进行水浸超声或喷水超声 C 扫描检测。依据 明, 基于超声 C 扫描图像的缺陷面积分析方法可用

标准 HB7825 — 2007 《 复合材料制件无损检测对比 于碳纤维层压板缺陷面积分析。
试块制作与要求》 制作碳纤维层压板人工模拟缺陷 表 1 模拟缺陷尺寸测量结果 mm
试件, 通过在织物层中放置 0.4 mm 厚聚四氟乙烯 缺陷设计 缺陷理论

膜的方式在试件中预制人工模拟缺陷, 试件厚度为 尺寸 埋深 缺陷直径 d 1 缺陷直径 d 2

6mm , 其结构如图 5 所示。其中的人工模拟缺陷形 4 , 7 , 10 , 15 1 3.8 , 6.8 , 9.9 , 14.9 3.5 , 6.9 , 10.2 , 14.7

4 , 7 , 10 , 15 2 4.1 , 6.8 , 10.5 , 15.2 3.9 , 7.2 , 10.6 , 15.3

状为圆形, 直径分别为 4 , 7 , 10 , 15mm , 每行模拟缺
4 , 7 , 10 , 15 3 4.0 , 7.2 , 10.1 , 14.9 4.1 , 6.9 , 10.4 , 15.1

陷深度自上而下分别为 1 , 2 , 3mm 。
3.2 应用案例
在以上研究基础上, 将开发的 GUI应用于超塑
成形扩散连接试件和碳纤维复材冲 击试件超声 C
扫描图像的缺陷面积分析, 计算试件的完好率。
利用 MZ-03 型超声检测系统对典型超塑成形
扩散连接试件进行水浸超声 C 扫描检测, 利用 MZ-
04 型超声检测系统对复合材料冲击试件进行喷水
图 5 碳纤维层压板人工模拟缺陷试件结构 式穿透法超声 C 扫描检测, 两种试件的检测结果如
图 7 所示。由图 7 ( a ) 可知, 超塑成形扩散连接试件
3 结果与分析
的检测图像中存在大量结构线条, 其幅值与缺陷幅
为验证所提出的基于超声 C 扫描图像缺陷面 值相同, 无 法 通 过 波 幅 差 异 将 二 者 区 分; 图 7 ( a ),
积分析方法的有效性, 利用开发的 GUI对典型超声 ( b ) 中缺陷形状均不规则, 通过商业软件中的测长
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2022 年 第 44 卷 第 12 期

无损检测