碳纖維復(fù)合材料數(shù)字化超聲檢測系統(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)用使得對其可靠性和安全性的要求越來越高。超聲檢測在產(chǎn)品質(zhì)量控制中具有舉足輕重的地位，是碳纖維復(fù)合材料檢測常用技術(shù)。對于碳纖維復(fù)合材料工件，如何提高檢測的精度和自動化程度是超聲檢測中需要深入研究的問題。本文結(jié)合碳纖維復(fù)合材料超聲無損檢測系統(tǒng)項目的實際需求和開發(fā)過程，對超聲檢測中的檢測方法、信號處理、缺陷分析、孔隙率測試和軟件設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究。 第一章闡述了論文研究工作的意

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

3、結(jié)果。 第三章對曲面變厚度工件超聲信號中缺陷波定位技術(shù)進行了研究。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)，先通過小波變換提取超聲射頻信號特征波形包絡(luò)，然后用連續(xù)點閾值算法找出采樣信號中各超聲回波信號的位置，根據(jù)表面波和底波來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確的判定射頻信號中缺陷波信號的峰值和峰

4、位。 第四章對超聲C掃描圖像的缺陷分析方法進行了研究。提出在C掃描圖像中采用閾值分割和區(qū)域標記算法將缺陷區(qū)域分離出來，通過邊緣跟蹤算法提取缺陷的邊緣，用構(gòu)建的幾何參數(shù)體系對缺陷進行統(tǒng)計和識別。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)域標記的概念和標記算法，分別使用邊緣檢測算子和邊緣跟蹤算法對超聲C掃描圖像進行邊緣提取，最后計算各缺陷區(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，可進行進一步的缺陷識別工作。 第五章開發(fā)了碳纖維復(fù)合材料孔隙率檢測便攜式超聲系統(tǒng)。研究了碳纖維復(fù)合材料孔隙率檢測的數(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)合材料孔隙率檢測便攜式超聲系統(tǒng)。針對系統(tǒng)中的探頭定位問題，提出了改寫光電式鼠標的過濾驅(qū)動程序?qū)⑵湓谟嬎銠C中映射為虛擬位置傳感器的方法

6、，編寫下層過濾驅(qū)動程序攔截光學(xué)鼠標的報告描述符和輸入輸出中斷請求，然后制作安裝程序?qū)⑦^濾驅(qū)動程序安裝到計算機的操作系統(tǒng)中；最后通過用戶態(tài)的應(yīng)用程序訪問此用戶設(shè)備并讀取其報告描述符以獲取檢測系統(tǒng)所需要的位置信息。檢測實例結(jié)果表明，研制的儀器結(jié)果準確，可以比較全面地評價碳纖維復(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。介紹了軟件能力成熟度模型(CMM)的分級標準和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對CMM在碳纖維復(fù)合材料超聲檢測系統(tǒng)