复合材料层压板纤维屈曲的检测方法、装置及终端、介质与流程

本发明涉及超声无损检测，具体涉及一种复合材料层压板纤维屈曲的检测方法、装置及终端、介质。

背景技术：

1、碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用，其中铺层结构和纤维取向是复合材料层压板的重要设计参数。在生产制造阶段，由于工艺偏离会产生与纤维屈曲相关的缺陷，如铺层搭桥、厚度偏差、叠层顺序错误等，严重影响复合材料层压板的力学性能，所以需要针对复合材料层压板的纤维屈曲类型缺陷建立一种无损检测方法，能够有效的检测出复合材料层压板内部铺层的厚度分布和叠层走向等信息，这对于理解复合材料内部铺层结构、优化工艺参数、提高层压板的检测表征具有重要意义。

2、因此，发明人提供了一种复合材料层压板纤维屈曲的检测方法、装置及终端、介质。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、目前用于表征复合材料层压板内部铺层结构的方法主要有超声b扫描和超声层析扫描。现有技术在某些特定的领域存在一定的不足和局限：(a)超声b扫描要求采用全波形成像闸门沿厚度方向覆盖复合材料层压板的超声a显示射频信号，通过对层间波形的时域信息(主要是信号幅值和时域位置)进行分析进而得到复合材料层压板的内部特征，由于超声在固体-气体界面的反射明显，该方法对分层、脱粘、气孔等类型的缺陷有较好的检出效果，但由于复合材料层压板内部层与层之间的声阻抗差异较小，所以来自层间的反射信号十分微弱，通常会淹没在噪声信号中，仅凭目视很难判断铺层相关的超声信号；另一方面，由于复合材料对超声的衰减作用，邻近检测表面的层间反射信号较下面的铺层更为明显，即“上层明显”规律，这导致常规超声检测方法对于复合材料层压板的铺层结构的表征能力逐层减弱，所以对纤维屈曲的缺陷检测能力不足。(b)超声层析扫描是通过沿时域位置设置不同的成像闸门对复合材料进行“逐层”成像，成像闸门的设置宽度和位置决定了铺层表征结构的质量，成像闸门的宽度决定了对铺层的分辨能力，同时超声层析扫描的图像可能受到相邻铺层或背景噪声的影响，仅凭目视很难得到复合材料层压板的铺层结构信息。

3、本发明实施例提供了一种复合材料层压板纤维屈曲的检测方法、装置及终端、介质，解决了复合材料层压板的铺层的纤维屈曲检测弱信号难以识别的技术问题。

4、(2)技术方案

5、本发明的第一方面提供了一种复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，包括以下步骤：

6、对复合材料层压板进行超声a扫描检测，得到超声a显示射频信号；

7、依据所述超声a显示射频信号选择具有紧支撑特性的小波基函数ψ(t)，并对所述小波基函数ψ(t)进行伸缩和平移得到ψab(t)；

8、以ψab(t)作为分析因子与所述超声a显示射频信号做卷积运算，得到小波系数；

9、依据所述小波系数的二维时频分布图，确定复合材料层压板铺层分布规律对应的本征尺度；

10、根据所述本征尺度，对复合材料层压板的纤维屈曲进行检测分析。

11、进一步地，所述对复合材料层压板进行超声a扫描检测，得到超声a显示射频信号，具体为：

12、采用高分辨率超声聚焦换能器提取所述复合材料层压板的超声a显示射频信号。

13、进一步地，确定所述小波系数的二维时频分布图，具体为：

14、不同尺度的小波提取出与各自时频特征最相近的信号分量，得到所述小波系数的二维时频分布图。

15、进一步地，所述以ψab(t)作为分析因子与所述超声a显示射频信号做卷积运算，得到小波系数，具体为：

16、对ψab(t)进行连续小波变换，得到所述小波系数。

17、进一步地，所述依据所述小波系数的二维时频分布图，确定复合材料层压板铺层分布规律对应的本征尺度，具体包括如下步骤：

18、将所述小波系数绘制在三维时频空间上，获取层间反射波信号分量的极值波动规律特征；

19、确定所述小波系数在二维时频平面上呈现出明显的周期性极值振荡规律的某一尺度为所述本征尺度。

20、进一步地，所述超声a显示射频信号为背景噪声随机信号、瞬时突变信号及稳态周期振荡信号三种分量在时域上的叠加之和。

21、进一步地，所述小波基函数为symlet母小波基函数ψ(t)。

22、本发明的第二方面提供了一种复合材料层压板纤维屈曲的检测装置，包括：

23、扫描检测模块，用于对复合材料层压板进行超声a扫描检测，得到超声a显示射频信号；

24、小波变换模块，用于依据所述超声a显示射频信号选择具有紧支撑特性的小波基函数ψ(t)，并对所述小波基函数ψ(t)进行伸缩和平移得到ψab(t)；

25、卷积运算模块，用于以ψab(t)作为分析因子与所述超声a显示射频信号做卷积运算，得到小波系数；

26、尺度计算模块，用于依据所述小波系数的二维时频分布图，确定复合材料层压板铺层分布规律对应的本征尺度；

27、检测分析模块，用于根据所述本征尺度，对复合材料层压板的纤维屈曲进行检测分析。

28、本发明的第三方面提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的检测方法。

29、本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的检测方法。

30、(3)有益效果

31、综上，本发明通过利用连续小波变换对信号中的周期振荡分量具有时频定位能力和多分辨分析能力，而复合材料层压板中的铺层恰好表现出周期振荡的特性，通过对复合材料层压板的铺层信息进行检测，得到纤维屈曲相关信息，且不会受到背景噪声的影响。

技术特征：

1.一种复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，所述对复合材料层压板进行超声a扫描检测，得到超声a显示射频信号，具体为：

3.根据权利要求1所述的复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，确定所述小波系数的二维时频分布图，具体为：

4.根据权利要求1所述的复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，所述以ψab(t)作为分析因子与所述超声a显示射频信号做卷积运算，得到小波系数，具体为：

5.根据权利要求1所述的复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，所述依据所述小波系数的二维时频分布图，确定复合材料层压板铺层分布规律对应的本征尺度，具体包括如下步骤：

6.根据权利要求1所述的复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，所述超声a显示射频信号为背景噪声随机信号、瞬时突变信号及稳态周期振荡信号三种分量在时域上的叠加之和。

7.根据权利要求1所述的复合材料层压板纤维屈曲的检测方法，其特征在于，所述小波基函数为symlet小波基函数ψ(t)。

8.一种复合材料层压板纤维屈曲的检测装置，其特征在于，包括：

9.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的检测方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的检测方法。

技术总结
本发明涉及超声无损检测技术领域，具体涉及一种复合材料层压板纤维屈曲的检测方法、装置及终端、介质。该检测方法包括步骤：对复合材料层压板进行超声A扫描检测，得到超声A显示射频信号；依据超声A显示射频信号选择具有紧支撑特性的小波基函数ψ(t)，并对小波基函数ψ(t)进行伸缩和平移得到ψ<subgt;ab</subgt;(t)；以ψ<subgt;ab</subgt;(t)作为分析因子与超声A显示射频信号做卷积运算，得到小波系数；依据小波系数的二维时频分布图，确定复合材料层压板铺层分布规律对应的本征尺度；根据本征尺度，对复合材料层压板的纤维屈曲进行检测分析。该复合材料层压板纤维屈曲的检测方法、装置及终端、介质的目的是解决复合材料层压板的铺层的纤维屈曲检测弱信号难以识别的问题。

技术研发人员：史俊伟,王文贵,刘菲菲,张宪华
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16