机器人辅助激光超声检测系统及参量匹配方法

为解决飞行器复合材料构件的非接触、高精度无损检测问题,提出基于关节型机器人的激光超声检测系统及光声学参量匹配方法。采用有限元方法建立层状复合材料模型,计算分析材料层状各向异性导致激光超声的非对称分布、声束倾斜和畸变特征,结合实验分析得出利用激光超声表征分层的光声学参量匹配方法。在系统设计上,利用1 064 nm波长的Nd:YAG脉冲激光器激励超声波,利用基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号,激励和探测激光由光纤传导并投射至被检测工件表面,采用精密六轴关节型机器人作为C型扫描装置,建立系统的实验室原型,实现碳/环氧复合材料试样的C型扫描检测,得到试样中模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征,验证了检测系统及参量匹配方法的有效性。研究结果表明,研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳/环氧复合材料内部直径1 mm以上分层的检测与成像,在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。     

复合材料的激光钻孔新工艺

复合材料的激光钻孔新工艺复合材料具有强度高、重量轻的特点，在航空航天工业中得到广泛应用。但是，由于复合材料的硬度高、耐磨性好和组织结构的不均匀性，在切削中使切削力增大，刀具容易磨损。用磨损后的刀具切削时，工件容易产生分层，表面划伤以及进出口处产生大量...     

军机复合材料层压板超声相控阵检测的CIVA仿真与试验

基于军机复合材料层压板的结构损伤特点,利用相控阵超声检测众多参数的可调节性,采用固定单一因数的方法,通过CIVA仿真和试验结果对比,分析了不同参数对检测结果的影响,对军机复合材料层压板超声相控阵检测方案的制定具有重要意义。     

激光超声在复杂曲面零件无损检测中的应用研究

针对传统复杂曲面工件超声无损检测中存在的问题,提出了应用激光超声无损检测技术的解决思路.在分析检测对象几何特征和激光超声检测特点的基础上,给出复杂曲面零件激光超声检测的参考方案,并详细介绍系统的工作原理、主要组成模块.     

碳纤维复合材料超声钻孔的研究

为碳纤维复合材料构件钻孔研制成一套旋转超声钻新技术。讨论了小型化超声振动系统的设计要点及试验分析；电流反馈式搜索电流最大值，超声波发生器的频率自动跟踪；轴向力约束型适应控制以及工具的等阻抗匹配。已将此超声振动钻孔系统制成便携式旋转超声钻，加工碳纤维复合材料效果良好。     

分层缺陷对复合材料层压板疲劳性能的影响

对含有模拟制造分层缺陷的复合材料层压板的压—压疲劳试验表明,层压板有较好的压—压疲劳性能,其低于１０６循环的Ｓ—Ｎ曲线在单对数坐标下呈直线关系。低应力水平和寿命高于１０６循环的试件的剩余压缩强度的下降量低于１０％。超声波Ｃ扫描的结果显示,试件的损伤扩展一般是由边缘分层开始的。     

碳纤维复合材料钻孔出口椭圆形分层缺陷的研究

碳纤维复合材料钻削孔出口附近孔壁周围材料的分层是整个孔分层缺陷的最严重部位,它主要是由于钻削轴向力引起的Ⅰ型(张开型)裂纹破坏造成的。将钻头前端未切削的工件材料部分定义为叠合层,指出叠合层的刚度分布情况是决定各个层间分层形状的关键因素。通过对叠合层刚度取向及其与分层尺寸间关系理论分析发现,以钻头轴线为中心的分层尺寸与周向角度之间存在着椭圆或近似椭圆函数关系,从而阐明了多向碳纤维复合材料孔出口椭圆形分层产生的基本原因。叠合层上刚度最大的方向也是产生最大分层缺陷的方向,叠合层主刚度方向弯曲刚度与椭圆分层长轴角间的函数关系式可以通过一系列分析和相应的力学公式推导求得,在对该函数关系式微分后即可求得椭圆形分层长轴角的数值。     

基于超声复解析信号的碳纤维层压复合材料检测方法研究

采用超声波检测碳纤维层压复合材料时,换能器将接收到层间产生的反射信号。为了有效利用层间反射信号表征碳纤维层压复合材料内部树脂及纤维铺层的几何状态,开展基于超声复解析信号的检测方法研究。介绍超声复解析信号的基本理论,阐述其相对原始A型信号的优势;定义用于成像的复解析信号表征参量,设计基于表征参量的检测成像算法,采用简化声学模型分析碳纤维层压复合材料微观结构超声响应对表征参量的影响;针对包含冲击损伤的碳纤维增强复合材料层压板开展阵列超声检测试验,试验结果表明基于超声复解析信号的检测成像方法可清晰观测出碳纤维层压复合材料微观结构内部的纤维铺层几何形态,基于原始A型信号的检测成像方法无法有效观测,超声复解析信号具有用于表征评价复合材料脱层、褶皱等缺陷的巨大潜力。     

碳纤维增强复合材料的超声无损检测

本文介绍了通过对超声信号的频谱分析,利用超声信号的频谱特征参数无损测量碳纤维增强树脂基层压板复合材料微气孔含量、纤维体积含量的新方法。     

基于激光超声技术的探损检测技术研究

超导声波结构损伤比较敏感,传输距离长、传输衰减小,在无损领域的应用越来越广泛。激光超声检测分辨率高、不需要接触等,在无损检测领域已成为新的研究热点问题。深入讨论和研究了基于激光超声技术的结构损伤检测方法,完成激光超声检测系统的搭建,并对该系统的硬件和控制方法进行了分析和研究,对Lamb波的传播状态和损伤之间的关系进行分析。从复波小波变换和色散能量补偿聚焦2个不同的角度进行信号分析和特征提取。完成小波变换法对铝板的损伤成像。为以后的实际工程应用,提供借鉴和参考。     

一种复杂结构件圆柱面扩散焊缝阵列超声检测方法

航空发动机某高温合金盘构件采用盘体与叶片环进行焊接的方式制备,由于构件结构复杂,在检测圆柱形焊接面缺陷时,采用单晶超声检测换能器检测效率不高,缺陷信号信噪比低。为提高该种结构件的检测能力,研究圆柱面焊缝的阵列超声自动检测方法,分析面积型缺陷和声源的相对位置对缺陷反射声压和波型转换的影响,提出一种基于双阵列换能器的一发一收检测方案。根据高温合金盘结构设计基于双阵列换能器的声束发射-接收方法和圆柱面焊缝全覆盖检测方案;基于时域有限差分方法建立高温合金盘的阵列超声声学响应仿真模型,对检测参数进行设计和优化。对含有人工缺陷的实际试样进行检测试验,结果表明所提出的双阵列超声换能器检测方法能有效检测到圆柱面焊缝区域?2 mm的当量缺陷。     

超声波探伤仪在高速钢轨检测中的应用

为了满足钢轨生产的需要,作者主持开发了一套钢轨在线超声探伤系统。三年多的运行结果表明,这套设备性能良好。本文简要地介绍这套设备的各个组成部分,包括超声探头、超声探伤仪、扫查机械和电控系统。同时还介绍了过去三年系统的运行情况和探伤检验的结果。     

利用超声成像分析不同复合材料层压结构冲击损伤行为

复合材料各向异性和吸能的特点,在受到外来冲击作用时容易产生损伤,呈现表里迥然不同的损伤行为和分布规律。为研究不同复合材料层压结构的冲击损伤行为,设计制备树脂传递模型工艺(Resin transfer molding, RTM)缝合和预浸料复合材料层压结构两种不同成型工艺的试样,通过冲击试验模拟复合材料在外力作用下产生的冲击损伤,采用超声反射法,通过点聚焦换能器对试样进行超声B扫描成像,揭示两种复合材料层压结构试样内部断面损伤行为及其扩展规律。试验结果表明,冲击引起的试样内部损伤比表面损伤要大得多;随着冲击能量在试样内部传递,会在不同深度铺层产生新的损伤,而且损伤分布并不仅沿层间界面扩展;冲击点附近和远离冲击点附近的内部损伤具有明显不同的分布规律;RTM缝编与预浸料复合材料结构呈现明显不同的损伤行为,其中RTM缝合复合材料结构中的纵向缝线,对冲击损伤在试样内部沿层间的扩展有显然的阻止作用。研究结果对更好地理解复合材料的损伤行为、寻找新的改进复合材料层压结构损伤行为的机制有非常重要的指导意义和帮助。     

伪彩色技术在超声无损检测中的应用

人眼对彩色的变化远比对灰度的变化敏感，但目前的超声无损检测结果的显示大多仍采用灰度图像方式。通过将伪彩色技术应用于超声无损检测过程，实现了超声检测缺陷结果图像的伪彩色显示，提高了无损检测结果的直观性，增强了对缺陷的表达能力。     

蓬勃发展的我国无损检测技术

我国无损检测事业正出现前所未有的蓬勃发展的良好态势。在相当多的重要工业部门和国防单位,无损检测技术已融入国家总体经济发展目标,正在为解决国家急需解决的大型工程项目的安全和涉及安全、民生的重大项目服务。无损检测技术是机械工业的重要支柱,是一项典型的具有低投入、高产出的工程应用技术,也是实现经济可持续发展和绿色制造的重要保障。介绍我国在无损检测领域的一项新技术——磁记忆检测的基础理论研究方面取得的具有国际领先水平的成果,该项研究可为铁磁材料力磁耦合理论的发展奠定基础。简要介绍在航空、航天、石油化工、核电、特种设备安全等领域我国无损检测技术发展取得的主要成绩,特别介绍以声发射技术为中心的综合裂纹监、控技术在两种机型定、延寿中的重大作用。还就当前无损检测所面临的一些问题和今后发展方向进行探讨。     

云检测之初步实践

结合云计算技术的进展和无损检测技术领域的实际情况,就云检测集成技术在无损检测领域的开拓与应用做了一些有益的探索和实践。无损云检测的实现原理是：将传感器采集的数据收集于云端进行分析、存储、处理、评估、预测以及信息反馈,在云端汇集了多种无损检测技术的一系列软硬件资源,由无损检测的相关标准和规范构建云计算服务平台,供客户端共享。客户端在检测进程中可进行远程控制和信息共享,享受云检测带来的便捷服务和高效率。介绍一个初步建立的小型模拟无损云检测系统平台。它以X3电磁检测雏形客户终端/U3超声检测雏形客户终端以及分别建立于厦门、北京两地的云端服务节点/中心所组成。以该无损云检测系统平台为例,讨论无损云检测的优越性、技术要点和进一步的发展方向。     

激光在无损检测中的应用与发展

探讨了激光在无损检测中的应用、地位及发展前景,尤其是激光全息检测（ＥＳＰＩ） 技术团精度高、可实时测量、非接触、可用于远距、高温、水下等非常场合,有着重要 的理论和实用研究价值。同时还针对当前普遍使用的图形分析算法进行了简要的介 绍和论述。     

复合材料冲击损伤高分辨率超声成像检测与损伤行为分析

冲击损伤是复合材料结构易产生的一种危害性缺陷,针对碳纤维复合材料层压结构特点,分析脉冲超声波在复合材料中的反射特性,当能减小入射声波脉冲的时域占宽,提高其品质,可显著改善超声检测表面盲区和纵向分辨率。利用入射声波在冲击损伤区形成的反射信号及其渡越时间可确定冲击损伤的深度和大小。研究采用高分辨率脉冲超声B扫描和层深C扫描(T扫描)成像方法,可揭示复合材料内部冲击损伤及其大小与沿厚度方向的分布特征,进行复合材料冲击损伤量化评估与损伤行为可视化分析。试验结果表明,在入射脉冲单周脉冲特性条件下,当来自复合材料缺陷的回波信号的渡越时间达到入射声波脉冲时域占宽的一半左右时,即可清晰地提取到时域可分辨的缺陷回波信号,使超声检测表面盲区和纵向分辨率达到单个复合材料预浸料铺层的厚度,约0.13 mm。利用超声断面B扫描成像,可以形象地再现复合材料中冲击损伤的断面分布与扩展情况以及损伤的深度等确切信息。采用超声T扫描成像,则可以直观地再现冲击损伤在复合材料铺层方向的分布及其损伤区域(面积)等定量信息。二者的结合则为揭示复合材料冲击损伤的3D分布及其特征提供一种超声成像检测量化评估和损伤行为可视化分析方法。     

基于FastICA的超声A波信号降噪研究

为便于缺陷可视化和提高缺陷定量分析精度,必须降低超声检测过程中多种未知噪声源对超声A波信号的干扰。首先将超声A波信号进行相空间重构,得到一个相空间重构矩阵;然后进行基于FastICA算法的独立分量分析;最后从独立分量中提取出所需的超声信号。为了验证降噪效果,将该降噪方法与小波去噪方法进行对比。实验结果表明:该方法与小波去噪方法效果接近,极大地提高了超声信号的信噪比。同时,该方法与小波去噪方法相比具有自适应能力强、简单且易于实现等优点。     

基于非线性激光超声的微裂纹检测及定位

金属构件在加工及服役过程中,其表面及内部会产生微裂纹,外载荷作用下,微裂纹会逐渐扩展,成为影响构件安全运行的重大隐患,因而有必要对构件进行无损检测。提出一种基于非线性激光超声的微裂纹检测技术方法,通过提取激光超声波与微裂纹作用后非线性特征参数的改变量进行裂纹检测及定位。利用激光辐照构件激发超声波,根据构件时域动态响应信号重构状态空间,提出一种非线性特征参数提取方法对裂纹影响下状态空间改变量进行评估以识别裂纹,进而利用扫描激光法实现裂纹定位分析。搭建实验系统对铝合金表面不同宽度微裂纹进行检测,结果表明,所提方法能有效检测并定位构件表面微裂纹。