一种针对碳纤维复合材料R区无损检测的系统及检测方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，具体的说，是一种针对碳纤维复合材料r区无损检测的系统及检测方法。

背景技术：

碳纤维增强复合材料(cfrp)由于具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好、膨胀系数低以及可设计性强等优点，已经成为航空航天等高新技术领域不可或缺的材料。在加工、生产、服役等过程中难免受到损伤，表面损伤较为容易检测，但是内部损伤检测具有一定挑战性，r区处缺陷检测是其中检测难度较大，对检测技术提出了更高要求。光激励红外热成像(opticalthermographyot)无损检测技术由于具有安全无污染、可实现大面积、非接触的快速检测等优点，被广泛的应用于复合材料在线检测，其利用不同结构或材料的热辐射特性不同，对待检测碳纤维复合材料r区试样采用主动加热方法检测材料表面及以下缺陷，检测效果远优于其他检测方法，如涡流法、感应热像法。

目前对碳纤维复合材料r区处缺陷检测的常规光激励红外热成像方式(如卤素灯激励红外热成像方式)存在以下缺点：r区处缺陷由于横向热扩散影响，缺陷与非缺陷处温差较小，检测难度较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种针对碳纤维复合材料r区无损检测的系统及检测方法，有效抑制横向热扩散效应，提高检测质量，缩短了检测时间，提高了检测效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种针对碳纤维复合材料r区无损检测的系统，用于对待检测碳纤维复合材料r区试样进行检测，包括待检测碳纤维复合材料r区试样提供光照的闪光灯、用于接收碳纤维复合材料在闪光灯光激励后信息的红外热像仪以及与红外热像仪连接的终端。

本发明以闪光灯作为热源，在启动时产生瞬时大功率光照，使得待检测碳纤维复合材料r区试样表面升温，通过热传导将热量向待检测碳纤维复合材料r区试样内部传导，由于物体内部结构和不均匀性的影响，缺陷区域和非曲线区域产生温差并反射到表面，从而对缺陷进行定性。闪光灯待检测碳纤维复合材料r区试样进行瞬时加热，有效地克服了卤素灯等其他光源加热时间长，待检测碳纤维复合材料r区试样表面热扩散效应严重的缺点，显著提高待检测碳纤维复合材料r区试样检测效果。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述闪光灯的数量为两盏，且对称设置在待检测碳纤维复合材料r区试样的两侧。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述闪光灯的型号为ehminiispeed，所述闪光灯分别连接有电箱；所述电箱的型号为德国康素tria系列3000as电箱。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述红外热像仪的型号为flira655sc，所述红外热像仪的工作波段为7.5～14um，分辨率为640×480像素，温度灵敏度为0.05℃，温度测量范围为-40℃～650℃

进一步地，为了更好的实现本发明，所述终端为具有接收与存储红外热像仪数据的计算机。

在本说明所述装置的基础上延伸发散或改动得出的装置均算在所述装置之列内，如改变闪光灯的瓦数和位置，改变灯架的规格等。

一种针对碳纤维复合材料r区无损检测的检测方法，以闪光灯作为热源，产生瞬时大功率光照，使待检测碳纤维复合材料r区试样表面升温，通过热传导将热量向待检测碳纤维复合材料r区试样内部传导，从而对缺陷进行定性。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤s1：设备安装；

具体是指；将两盏闪光灯对称安装在待检测碳纤维复合材料r区试样的两侧，控制待检测碳纤维复合材料r区试样与闪光灯灯罩的距离为0.4m，待检测碳纤维复合材料r区试样与红外热像仪的探头之间的距离为0.5m，设置激励时间为5ms，设置光照角度为60度。

步骤s2：碳纤维复合材料r区检测；

步骤s3：检测结果分析，得出待检测碳纤维复合材料r区试样的缺陷信息。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21：打开红外热像仪与终端的控制端，设置红外热像仪帧频范围为12.5hz-200hz；

步骤s22：在打开红外热像仪500ms延迟后，打开闪光灯产生瞬时大功率光照待检测碳纤维复合材料r区试样表面进行加热；红外热像仪中进行记录待检测碳纤维复合材料r区试样表面温度信息，计算机得到反映缺陷信息的原始数据，完成检测。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明使用闪光灯瞬时大功率脉冲，相对于常规灯源激励的热成像无损检测方法能有效抑制横向热扩散效应，提高检测质量；

(2)本发明缩短了检测时间，提高了检测效率；

(3)本发明有效地克服了卤素灯等其他光源加热时间长，试件表面热扩散效应严重的缺点，显著提高碳纤维复合材料r区检测效果。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为本发明的检测效果图；

图3为本发明实施例5中卤素灯激励红外热成像检测效果图；

图4为卤素灯激励红外热成像检测效果图经pca算法处理的结果；

图5为闪光灯激励红外热成像检测效果图经pca算法处理的结果；

其中1-待检测碳纤维复合材料r区试样，3-闪光灯，6-计算机，7-红外热像仪，8-可调节支架。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种针对碳纤维复合材料r区无损检测的系统，用于对待检测碳纤维复合材料r区试样1进行检测，包括待检测碳纤维复合材料r区试样1提供光照的闪光灯3、用于接收碳纤维复合材料在闪光灯光激励后信息的红外热像仪7以及与红外热像仪7连接的终端。

本发明以闪光灯3作为热源，在启动时产生瞬时大功率光照，使得待检测碳纤维复合材料r区试样1表面升温，通过热传导将热量向待检测碳纤维复合材料r区试样1内部传导，由于物体内部结构和不均匀性的影响，缺陷区域和非曲线区域产生温差并反射到表面，从而对缺陷进行定性。闪光灯3待检测碳纤维复合材料r区试样1进行瞬时加热，有效地克服了卤素灯等其他光源加热时间长，待检测碳纤维复合材料r区试样1表面热扩散效应严重的缺点，显著提高碳纤维复合材料检测效果。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述闪光灯3的数量为两盏，且对称设置在待检测碳纤维复合材料r区试样1的两侧。

需要说明的是，通过上述改进，闪光灯3需对称放置能够有效的保证闪光灯3待检测碳纤维复合材料r区试样1加热的均匀性。

优选的，所述红外热像仪7的接收端与待检测碳纤维复合材料r区试样1垂直。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述闪光灯3的型号为ehminiispeed，所述闪光灯3分别连接有电箱；所述电箱的型号为德国康素tria系列3000as电箱。

需要说明的是，通过上述改进，两盏闪光灯3均采用可调节支架8进行夹持和支撑；可调节支架8可实现水平移动、垂直伸缩和闪光灯3相对于可调节支架8角度的变化。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述红外热像仪7的型号为flira655sc，所述红外热像仪7的工作波段为7.5～14um，分辨率为640×480像素，温度灵敏度为0.05℃，温度测量范围为-40℃～650℃。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述终端为具有接收与存储红外热像仪7数据的计算机6。

需要说明的是，通过上述改进，红外热像仪7具有自动和手动聚焦功能；待检测碳纤维复合材料r区试样1表面对外热辐射，缺陷区域与非缺陷区域温差信息传递到红外热像仪7，红外热像仪7对此进行记录转变可见的热图像，并在终端上进行显示，从而得到反映缺陷信息的原始数据。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，一种针对碳纤维复合材料r区无损检测的检测方法，以闪光灯3作为热源，产生瞬时大功率光照，使待检测碳纤维复合材料r区试样1表面升温，通过热传导将热量向待检测碳纤维复合材料r区试样1内部传导，从而对缺陷进行定性。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤s1：设备安装；

具体是指；将两盏闪光灯3对称安装在待检测碳纤维复合材料r区试样1的两侧，控制待检测碳纤维复合材料r区试样1与闪光灯3灯罩的距离为0.4m，待检测碳纤维复合材料r区试样1与红外热像仪7的探头之间的距离为0.5m，设置激励时间为5ms，设置光照角度为60度。

步骤s2：碳纤维复合材料r区检测；

步骤s3：检测结果分析，得出待检测碳纤维复合材料r区试样1的缺陷信息。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21：打开红外热像仪7与终端的控制端，设置红外热像仪7帧频范围为12.5hz-200hz；优选的，所述红外热像仪7帧频为50hz。

步骤s22：在打开红外热像仪7500ms延迟后，打开闪光灯3产生瞬时大功率光照待检测碳纤维复合材料r区试样1表面进行加热；红外热像仪7记录待检测碳纤维复合材料r区试样1表面温度信息，计算机6得到反映缺陷信息的原始数据，完成检测。

需要说明的是，通过上述改进，为了有效证明本发明的技术效果，采用已知缺陷的试件进行在本装置和卤素灯激励红外热成像检测系统进行验证；在使用本系统是试件通过上述步骤完成检测；通过计算机6将得到的原始数据处理处图像，选取一帧实验结果较好的图像，图像选择采用为缺陷检出率、缺陷与非缺陷区域信噪比snr两种方式进行选择，缺陷检出率为试件的缺陷与试件检测出缺陷的比例。之后通过现有算法主成分分析法进行基础处理。

现有主成分法即rincipalcomponentanalysis，即pca，通过线性变换将原始数据变换到正交的子空间中，获得的新变量互不相关。通过主成分分析，解析出主要影响因素，从而将原有的高维数据投影到低维的数据空间，获得模式成分，使特征更加直观。

同理在卤素灯激励红外热成像检测系统进行检测的检测结果中选取一帧实验结果较好的图像，图像选择采用为缺陷检出率、缺陷与非缺陷区域信噪比snr两种方式进行选择，缺陷检出率为试件的缺陷与试件检测出缺陷的比例；之后通过现有算法主成分分析法进行基础处理。

对两个基础处理后的结果进行对比，现有卤素灯激励检测方法通过pca得出的结果如图4所示，本发明检测方法通过pca得出的结果，如表1所示：

表1

图3为卤素灯激励红外热成像无损检测系统对r区缺陷试件的检测效果、图4为卤素灯激励检测方法的结果通过pca得出的结果算法处理后的结果，从图4中可以看出：由于r区缺陷位置较为密集，利用卤素灯激励红外热成像检测系统检测时，由于加热时间长，材料横向热扩散效应较大，覆盖了缺陷区域反射到表面的温差变化，无法得到应有的检测效果。

图2为本发明对r区缺陷试件的检测效果，图5为本发明检测方法的结果通过pca算法处理后的结果，从图2和图3对比、图4和图5对比中可以看出闪光灯3激励红外热成像系统对r区缺陷检测效果较好，有效的抑制了材料的横向热扩散效应，增强了缺陷信息。

由上述检测结果分析可知，卤素灯激励红外热成像检测系统对于r区缺陷试件检测效果受缺陷密集程度影响，同时横向热扩散影响随着时间增加逐渐增加，阻碍实际检测效果；闪光灯3激励红外热成像检测系统因为其瞬时大功率的优点，时间横向热扩散效果影响较小，利于检测r区缺陷，抑制横向热扩散。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。