一种复合碳纤维板内部缺陷的无损检测增强方法与流程

本发明属于新材料无损检测技术领域，更为具体讲，是一种对复合碳纤维板内部缺陷的无损检测方法的一种增强方法。

背景技术：

随着近现代材料技术的不断发展和革新，复合材料由于其强度大、耐高温和抗氧化等优点在被广泛运用于航空航天等领域，甚至能够替代某些核心部件上的金属材料。复合材料依据组成材料和结构的不同可以拥有不同的物理属性，目前已得到应用的结构类型主要包括纤维增强型和夹芯结构型复合材料。碳纤维增强塑性层压板作为一种具有高强度、重量轻及可设计性强的先进复合材料，在航空航天飞行器制造、汽车制造和能源等领域的使用非常普遍。

由于复合材料是用数层基体不同或结构不同的纤维及固体层粘接热压而成，组成具有多样性和各向异性，是一个复杂的多相体系。因其复杂的结构使得复合材料无论是在制作过程中因工艺质量的不稳定性或是使用环境的影响，不可避免的会产生如分层和断裂等缺陷和损伤。这些缺陷和损伤可能在材料表面无法察觉，但会严重影响复合材料的承载能力，比如分层损伤对复合材料层压板的强度、刚度的影响是很大的，成为重大工程事故的隐患。特别是在飞行器领域，复合材料构件的可靠性必须得到保障以避免发生事故，但是又不能使其本身的性质产生变化，因此无损检测技术在这方面的应用与发展成为了研究重点。现在基于电涡流脉冲热成像技术的无损检测方法有：傅里叶变换法，主成分分析法(pca)，独立成分分析法(ica)等等；傅里叶变换把时域信号转换到频域来处理，具有很好的处理效果，有着广泛的应用。

技术实现要素：

传统的检测方法是通过电涡流脉冲热成像技术来检测多层碳纤维板的内部缺陷，由于内部缺陷周围纤维层的热扩散效应以及激励线圈发热的掩盖等，从原始图像往往看不出是否存在缺陷；因此本发明提出一种图像处理方法，经过本方法对通过电涡流脉冲热成像技术得到的图像进行处理，可以明显的看出缺陷的位置。

发明提出的方法可以对傅里叶变换后的结果进一步增强，使得傅里叶变换检测出来的缺陷变得更加的明显，也可以使得原先只经过傅里叶变换检测不出来的缺陷，经过增强处理可以检测出来。因而本发明技术方案为一种复合碳纤维板内部缺陷的无损检测增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过电涡流脉冲热成像方法，获取反应待检测复合碳纤维板各部分温度变化情况的热图像，选取待检测复合碳纤维板温度的上升阶段和下降阶段的多帧热图像进行后续处理；

步骤2：对每一帧图像进行热扩散抑制处理；

步骤2.1：对待处理图像进行归一化处理，设该次归一化后图像为第1次复原图像；

步骤2.2：对第i次复原图像进行卷积处理，初始化i为1，i表示卷积处理的次数，设卷积核α1、α2表示热扩散系数，根据实际情况设定；卷积核中k的个数为t，t的大小根据实际情况确定，获得第i次卷积后的图像；

步骤2.3：将第i次复原图像点除以步骤2.2卷积处理后的图像，得到第i次系数矩阵；

步骤2.4：以h为卷积核对得到的第i次系数矩阵进行卷积处理，得到第i次复原系数矩阵；

步骤2.5：将第i次复原图像点乘以第i次复原系数矩阵，得到第i+1次复原图像；

步骤2.6:判断i是否大于t，若小于t，则i加1，重复执行步骤2.2-2.6；若大于等于t，则输出最后一次的复原图像，该图像为热扩散抑制处理后的图像；

步骤3:对步骤2得到的图像进行傅里叶变换；

步骤3.1:取所有热扩散抑制后图像的第(i，j)位置点的值，其构成一个一维向量，对其进行傅里叶变换；

步骤3.2:对于傅里叶变换后的值，假设有t个，对于每个值求取其相位和幅值；

步骤3.3:分别构建相位矩阵和幅值矩阵,在第q个相位矩阵的第(i,j)位置，保存第q个傅里叶变换后的值的相位；在第q个幅值矩阵的第(i,j)位置，保存第q个傅里叶变换后的值的幅值；

步骤3.4:按照步骤3.1-3.3遍历图像中的所有点；则可以得到t个幅值矩阵和t个相位矩阵；

步骤4：显示第1～m个相位矩阵和幅值矩阵，从中可以明显的得出是否有缺陷及缺陷的位置,m的数值根据实际情况设置。

经过本文方法处理的图像，对比度得到增强，数据相对于原始数据变得分散，降低了后续的处理的难度，这一点可以从表1中可以得出；且相比与其他方法本文方法可以在不损坏待检测样本的情况下明显看出缺陷的位置。待检测样本完整区域与缺陷区域的发热有着不同，但由于热量的扩散热的两个的差别变得很小不容易检测，因此进行热扩散抑制，可以增大完整区域与缺陷区域的差别；激励线圈发热区域与缺陷区域的重合，使得在时域内难以把这两个信息区分开，因此采用傅里叶变换，把信息转化到频域内进行处理，结果显示得到了很好的结果。

附图说明

图1脉冲涡流热成像响应信号温度变化曲线；

图2傅里叶变换相位图；

图3傅里叶变换幅值图；

图4经热扩散抑制的傅里叶变换相位图；

图5经热扩散抑制的傅里叶变换幅值图；

图6原始图像；

图7经过热扩散处理的图像。

具体实施方式

一种复合碳纤维板内部抽丝缺陷的无损检测方法，该方法包括：

步骤1：对于获得的多帧图像，选取材料温度变化明显的部分图像，即材料温度的上升阶段和部分下降阶段,选取前160帧图像。

步骤2：对选取的每一幅图像进行热扩散抑制处理。

步骤2.1：对待处理图像进行归一化处理，设卷积核α1、α2表示热扩散系数，α1＝0.2，α2＝0.12，

卷积核中k的个数为16；设第一次复原图像为归一化后的待处理图像，初始i为1；

步骤2.2.1：以h为卷积核对第i次复原图像进行卷积处理；

步骤2.2.2：将归一化后的图像点除以步骤2.2.1卷积处理后的图像，得到第i次系数矩阵；

步骤2.2.3：以h为卷积核对得到的第i次系数矩阵进行卷积处理，得到第i次复原系数矩阵；

步骤2.2.4：将第k次复原图像点乘以第i次复原系数矩阵，得到第i+1次复原图像；

步骤2.2.5:判断i是否大于16，若小于16，则i加1，重复执行步骤2.2.1-2.2.5；若大于等于16，则输出最后一次的复原图像

步骤3:对处理后的图像进行傅里叶变换。

步骤3.1:取所有热扩散抑制后图像的第(i，j)位置点的值，其构成一个一维向量，对其进行傅里叶变换；

步骤3.2:对于傅里叶变换后的值，求前10个值的相位和幅值；

步骤3.3:在第q个相位矩阵的第(i,j)位置，保存第q个傅里叶变换后的值的相位；在第q个幅值矩阵的第(i,j)位置，保存第q个傅里叶变换后的值的幅值；循环10次，遍历前10个值。

步骤3.4:按照步骤3.1-3.3遍历图像中的所有点；则可以得到10个幅值矩阵和10个相位矩阵；

步骤4：显示前6个相位矩阵和幅值矩阵，在图4的c图和e图，以及图5的d图中，可以明显的看到缺陷。

表1有无热扩散抑制处理的傅里叶变换相位图的数值分析