碳纖維復(fù)合材料數(shù)字化超聲檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料在航空航天和軍事工業(yè)方面的廣泛應(yīng)用使得對(duì)其可靠性和安全性的要求越來(lái)越高。超聲檢測(cè)在產(chǎn)品質(zhì)量控制中具有舉足輕重的地位，是碳纖維復(fù)合材料檢測(cè)常用技術(shù)。對(duì)于碳纖維復(fù)合材料工件，如何提高檢測(cè)的精度和自動(dòng)化程度是超聲檢測(cè)中需要深入研究的問(wèn)題。本文結(jié)合碳纖維復(fù)合材料超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)際需求和開(kāi)發(fā)過(guò)程，對(duì)超聲檢測(cè)中的檢測(cè)方法、信號(hào)處理、缺陷分析、孔隙率測(cè)試和軟件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。 第一章闡述了論文研究工作的意

2、義，對(duì)碳纖維復(fù)合材料的超聲無(wú)損檢測(cè)、孔隙率測(cè)試、超聲掃描成像方法、超聲信號(hào)處理、超聲C掃描圖像處理等相關(guān)技術(shù)及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述和分析； 第二章研究了曲面工件自動(dòng)化超聲檢測(cè)方法。首先介紹了超聲波檢測(cè)技術(shù)的理論，然后針對(duì)碳纖維復(fù)合材料曲面構(gòu)件，構(gòu)建了基于超聲測(cè)量、曲面建模、路徑規(guī)劃、超聲掃描成像的一體化檢測(cè)系統(tǒng)。以機(jī)器人理論為基礎(chǔ)，建立了曲面工件多自由度超聲檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，給出了五自由度超聲檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程及求解

3、結(jié)果。 第三章對(duì)曲面變厚度工件超聲信號(hào)中缺陷波定位技術(shù)進(jìn)行了研究。闡述了小波變換的基本理論，包括連續(xù)小波變換的概念和算法實(shí)現(xiàn)，離散小波變換的物理意義，多分辨率分析及Mallet快速算法。提出了基于復(fù)小波變換的缺陷波定位技術(shù)，先通過(guò)小波變換提取超聲射頻信號(hào)特征波形包絡(luò)，然后用連續(xù)點(diǎn)閾值算法找出采樣信號(hào)中各超聲回波信號(hào)的位置，根據(jù)表面波和底波來(lái)確定缺陷波的位置和幅值。結(jié)果表明，小波處理方法可以準(zhǔn)確的判定射頻信號(hào)中缺陷波信號(hào)的峰值和峰

4、位。 第四章對(duì)超聲C掃描圖像的缺陷分析方法進(jìn)行了研究。提出在C掃描圖像中采用閾值分割和區(qū)域標(biāo)記算法將缺陷區(qū)域分離出來(lái)，通過(guò)邊緣跟蹤算法提取缺陷的邊緣，用構(gòu)建的幾何參數(shù)體系對(duì)缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和識(shí)別。研究了超聲C掃描圖像的成像方法和表示方法，根據(jù)誤判概率最小化原則給出了確定圖像分割的閾值確定方法。然后給出了缺陷區(qū)域標(biāo)記的概念和標(biāo)記算法，分別使用邊緣檢測(cè)算子和邊緣跟蹤算法對(duì)超聲C掃描圖像進(jìn)行邊緣提取，最后計(jì)算各缺陷區(qū)域的幾何參數(shù)。結(jié)果表明

5、，構(gòu)建的參數(shù)能夠比較好的表現(xiàn)缺陷區(qū)域的特征，可進(jìn)行進(jìn)一步的缺陷識(shí)別工作。 第五章開(kāi)發(fā)了碳纖維復(fù)合材料孔隙率檢測(cè)便攜式超聲系統(tǒng)。研究了碳纖維復(fù)合材料孔隙率檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型，建立了孔隙率和超聲衰減系數(shù)之間的關(guān)系式。以超聲反射法為基礎(chǔ)，研究了超聲衰減系數(shù)與材料表面和底面回波幅值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，構(gòu)建了碳纖維復(fù)合材料孔隙率檢測(cè)便攜式超聲系統(tǒng)。針對(duì)系統(tǒng)中的探頭定位問(wèn)題，提出了改寫(xiě)光電式鼠標(biāo)的過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑵湓谟?jì)算機(jī)中映射為虛擬位置傳感器的方法

6、，編寫(xiě)下層過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序攔截光學(xué)鼠標(biāo)的報(bào)告描述符和輸入輸出中斷請(qǐng)求，然后制作安裝程序?qū)⑦^(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序安裝到計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中；最后通過(guò)用戶態(tài)的應(yīng)用程序訪問(wèn)此用戶設(shè)備并讀取其報(bào)告描述符以獲取檢測(cè)系統(tǒng)所需要的位置信息。檢測(cè)實(shí)例結(jié)果表明，研制的儀器結(jié)果準(zhǔn)確，可以比較全面地評(píng)價(jià)碳纖維復(fù)合材料的孔隙狀況。第六章研究了碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件超聲掃描成像系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。介紹了軟件能力成熟度模型(CMM)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)CMM在碳纖維復(fù)合材料超聲檢測(cè)系統(tǒng)