[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

摘要

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。

主权项

一种基于自动扫描的蜂窝夹芯结构超声成像检测方法，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(1)、超声单元(3)、信号处理单元(4)、机械扫查机构(5)、扫查控制单元(6)和成像系统(7)，其特征是，通过自动扫描超声成像检测系统中的换能器(1)向被检测蜂窝芯夹层结构(2)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(2)表面之间的声学耦合剂传播到被检测蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)表面，并在被检测蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮表面形成超声反射和折射后，在蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)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(2)的蒙皮(2a)后传播到蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)，形成新的超声反射/折射，1)当u_t的波长λ<<h_i时，这里，h_i为蜂窝芯连接层(2b)的厚度，此时，①换能器(1)接收到来自蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)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(1)接收到来蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面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   (2b)。G′的域值范围为[0，255]，③换能器(1)接收到来蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝格(2d)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u″_b表示为：u″_b≈‑(1‑u_b)   (3a) 对应的成像信号G″表示为：G″＝ku″_b   (3b)。G″的域值范围为[0，255]，这里，ρ₁—为换能器(1)与被检测蜂窝夹芯结构(2)之间的声学耦合介质的密度，ρ₂—为蒙皮(2a)的材料的密度，ρ₃—当蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面没有缺陷时，ρ₃为蜂窝芯连接层(2b)的材料的密度，当蜂窝夹芯结构(2)的蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面存在脱粘缺陷时，ρ₃近似为空气的密度，ρ₄—当蜂窝夹芯结构的蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面没有缺陷时，ρ₄为蜂窝芯(2c)的材料的密度，当蜂窝夹芯结构的蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面有缺陷时，ρ₄近似为空气的密度，c₁—为换能器(1)与被检测蜂窝夹芯结构(2)之间的声学耦合介质中的声速，c₂—为蒙皮(2a)中的声速，c₃—当蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面没有缺陷时，c₃为蜂窝芯连接层(2b)中的声速，当蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面出现脱粘缺陷时，c₃近似为空气中的声速，c₄—当蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面没有缺陷时，c₄为蜂窝芯(2c)中的声速，当蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面有缺陷时，c₄近似为空气中的声速，进行缺陷判别：①根据换能器(1)接收到来自蜂窝夹芯结构(2)中的蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u_b，按照式(1a)判别蒙皮(2a)/蜂窝芯连接层(2b)界面的缺陷，按照式(1b)将反射宽带窄脉冲超声信号u_b转换为成像信号G；②根据换能器(1)接收到来蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u′_b，按照式(2a)判别蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的缺陷，按照式(2b)将反射超声宽带窄脉冲信号u′_b转换为成像信号G′，按照式(3a)判别蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝格(2d)界面，按照式(3b)将反射超声宽带窄脉冲信号u″_b转换为成像信号G″；2)当u_t的波长λ>>h_i时，此时，u_t只会形成蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u_c和蒙皮(2a)/蜂窝格(2d)界面的反射宽带窄脉冲超声 信号u′_c，分别表示为：对应蜂窝芯连接层(2b)/蜂窝壁(2c)界面的成像信号G_c和蒙皮(2a)/蜂窝格(2d)界面的成像信号G′_c分别表示为：G_c＝ku_c   (4b) G′_c＝ku′_c   (5b)G_c和G′_c的域值范围为[0，255]，进行缺陷判别：根据换能器(1)接收到来自蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u_c和蒙皮(2a)/蜂窝格(2d)界面的反射宽带窄脉冲超声信号u′_c，按照式(4a)和式(5a)判别蒙皮(2a)/蜂窝壁(2c)界面的缺陷，按照式(4b)和式(5b)将对应的反射宽带窄脉冲超声信号u_c和u′_c转换为成像信号。