[发明专利]一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法

说明书

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法。本发明方法利用不同波长入射脉冲超声波在蒙皮/蜂窝芯连接层、蜂窝芯连接层/蜂窝壁、蜂窝芯连接层/蜂窝格界面形成的反射回波信号，通过建立相应的转换函数进行缺陷判别和超声成像。可选择不同入射脉冲超声波频率、换能器及其声束直径、扫描步进、声学耦合方式及超声自动扫描设备等，实现不同胶接、焊接等蜂窝夹芯结构的超声自动扫描成像检测。实际检测效果表明，显著地提高了蜂窝芯结构检测灵敏度和分辨率及检测能力，可准确检出蒙皮/蜂窝芯、蒙皮/连接层、连接层/蜂窝格之间的缺陷和结合情况，大大提高了检测的可靠性。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法。

背景技术

随着复合材料蜂窝夹芯结构及金属蜂窝夹芯结构在航空航天、交通等工业领域的应用广泛，通常采用胶接和焊接等工艺制造成各种各样的蜂窝夹芯结构，需要对装机应用的蜂窝夹芯结构进行自动扫描无损检测，确保装机结构的质量和服役安全。目前主要是采用的两种检测方法：(1)X-射线数字成像检测方法，其主要不足是：1)只能检出蜂窝芯本身的缺陷，难以检出蒙皮/蜂窝芯连接界面的缺陷；2)成本高；3)需要严格的射线防护；4)不环保；(2)超声检测方法，多采用穿透法检测，其主要不足是：1)多采用平面换能器和低频换能器，分辨率低，难以得到每个蜂窝芯格与蒙皮的连接情况；2)对于大厚度蜂窝芯，因声波衰减异常剧烈，检测困难；3)换能器需要从零件两侧接近被检测零件，从而需要复杂的同步扫描机构和严格的喷水耦合控制及水净化要求；4)不能确定检出缺陷的深度位置。

发明内容

本发明的目的是针对复合材料及金属蜂窝夹芯结构，提出一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法，实现复合材料蜂窝夹芯结构及金属蜂窝夹芯结构的超声成像检测，改进超声检测的灵敏度和分辨率，提高对胶接和焊接蜂窝夹芯结构中蒙皮、蒙皮/蜂窝芯、蜂窝芯/连接层之间的缺陷的检出能力和检测的可靠性。

本发明的技术解决方案是，

采用脉冲反射法，利用自动扫描超声成像检测系统进行蜂窝夹芯结构超声成像检测，自动扫描超声成像检测系统包括换能器、超声单元、信号处理单元、机械扫查机构、扫查控制单元和成像系统，其特征是，

通过自动扫描超声成像检测系统中的换能器向被检测蜂窝芯夹层结构发射宽带窄脉冲超声信号u_p，此宽带窄脉冲超声信号u_p通过换能器与蜂窝夹芯结构表面之间的声学耦合剂传播到被检测蜂窝夹芯结构的蒙皮表面，并在被检测蜂窝夹芯结构的蒙皮表面形成超声反射和折射后，在蜂窝夹芯结构的蒙皮表面形成反射宽带窄脉冲超声信号u_f和透射宽带窄脉冲超声信号u_t，其中，透射宽带窄脉冲超声信号u_t经过蜂窝夹芯结构的蒙皮后传播到蒙皮/蜂窝芯连接层，形成新的超声反射/折射，

1)当u_t的波长λh_i时，这里，h_i为蜂窝芯连接层的厚度，此时，

①换能器接收到来自蜂窝夹芯结构的蒙皮/蜂窝芯连接层的反射宽带窄脉冲超声信号u_b表示为：

对应的成像信号G表示为：

G＝ku_b；(1b)

这里，G—为成像信号，其域值范围为[0，255]，

k—为调制系数，根据u_b的大小和超声单元的增益，由试验设定。

②换能器接收到来蜂窝芯连接层/蜂窝壁界面反射的宽带窄脉冲超声信号u′_b表示为：

对应的成像信号G′表示为：