[發明專利]一種無損檢測指導復合材料鋪放工藝在線調整系統及方法

有效

• 申請號: 202010936787.8
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112172190B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 肖曉暉;楊尚尚;胡平;何思宇;段寶閣;王鎮;陸偉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29C70/54;G01N21/88
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種無損檢測指導復合材料鋪放工藝在線調整方法，其特征在于，包括：

步驟A、縱向移動滑臺底部與常規的復合材料自動鋪放裝置連接，從而實現無損檢測裝置(11)隨著復合材料鋪放過程運動，實現無損檢測裝置對鋪放完成區域層內的缺陷實時檢測；

步驟B、在復合材料自動鋪放時，工控機(2)控制YAG激光器(3)沿著垂直于復合材料自動鋪放方向發射激光，激光先后通過濾光透鏡(4)和偏振分束器(5)之后變成兩束激光，其中一束先后通過反光鏡(6)照射到鋪放樣件表面，其反射光與另一束激光在雙波混合干涉儀(8)發生干涉；

步驟C.控制器(9)對光電探測器(10)進行控制，光電探測器(10)將反射光中帶有的超聲振動信號解調出來，并將解調的信號傳送到工控機(2)；

步驟D、采用信號匹配追蹤法對信號噪聲進行初步去除噪聲；

步驟D₁、選用由調制后的高斯窗函數ψ_r(t)構成Gabor時頻原子構成過完備原子庫，ψ_r(t)的表達式為：

其中，t表示時間參數，s、u、v、w分別表示尺度參數、位移參數、頻率參數和相位參數，這些參數構成信號的時頻參數r＝(s,u,v,w)，并將其離散化：

r＝{(α^j,pα^jΔu,kα^-jΔv,iΔw)}

其中，時頻參數r的離散化中的參數α，j,p,k分別為：α＝2,0＜j≤log₂N-1，0≤p≤2^-j+1N，0≤k≤2^j+1，Δu、Δv和Δw取值分別為：Δu＝1/2,Δv＝π,Δw＝π/6,N為信號長度，0≤i≤12；

步驟D₂、從過程完備原子庫中選出與帶分解信號x最為匹配的原子ψ_r0，Γ為參數r的集合，其中ψ_r0滿足以下條件：

將信號分解為在最佳原子上的分量和殘余兩部分，用R¹x表示最佳原子對原信號進行最佳匹配后的殘余，即為：

步驟D₃、對最佳匹配后的殘余按上式的形式進行重復的k次迭代分解：

其中是每次迭代后的最佳原子與上一次信號殘余的相關系數，且滿足

經n步分解后，信號被分解為：

信號長度有限時，經過n次分解后，殘差信號的能量遞減最后收斂到零，此時信號中有用的成分已經被全部提取，余下的部分為噪聲，此時完成對信號的初步去噪，并且使得含有缺陷振動的波形特征較好的保存下來，最終信號被分解為：

步驟E、采用分譜處理法對匹配信號法對去除噪聲后保留下來的缺陷信號進行分譜處理，進一步去除噪聲，并對信號進行特征提取；

步驟E₁、利用快速傅里葉變換獲得原始信號的x(t)的頻率—能量譜：

其中X(ω)為x(t)的傅里葉變換結果，w代表頻率，t代表時間，e^-iωt為復變函數；

將能量譜最大值的一半所對應的起始頻率和截止頻率分別用于指定信號的主要頻率帶，然后利用一組帶通濾波器把所制定的主要頻率帶切分為一系列窄的頻率帶Y_l(ω),l＝1～M，Y_l(ω)為第l個頻率帶，設定有總數為M的一組高斯帶通濾波器，它們具有不同的中心頻率f_l,l＝1～M，相鄰的兩個帶通濾波器的中心頻率間隔為Δf，相同的帶寬2×Δf；

Δf＝1/T；M＝BT+1

其中T是信號的采樣時間，即信號總的時間長度；B為主要頻率帶的帶寬，為使得相鄰的帶通濾波器之間有足夠的混疊，取B＝4/T；

步驟E₂、將所切分的M個窄頻率帶Y_l(ω),l＝1～M,各自進行傅里葉逆變換，重建各個時間域信號y_l(t)：

步驟E₃、結合極性閾值法與最小值法恢復信號，設恢復后信號為f(t)：

步驟F、在完成對缺陷信號處理后，采用合成孔徑聚焦成像方法對缺陷成像；

步驟F₁、對剛剛鋪放完成區域內部點C進行重建

O_m，m＝1,2,3,…,P為激發光的位置，mesh為三維網格；d₀和d_m分別為檢測光即為反射光和激發光與缺陷之間的距離；x_e和x_d分別為初始激發點和固定監測點與缺陷之間的橫向距離，用v表示縱波的速度，探測光在時刻探測到的信號S(O_m,t)將會出現一個有缺陷引起的反射波峰，將各S(O_m,t)累加起來，m＝1,2,3…P，將重建圖形中C點所在位置的值增強，任意一點的傳播距離D為：

其中為激發光和缺陷之間的距離，為檢測光和缺陷之間的距離，用q(q＝0,1,2,…,P-1)表示激發點掃描過的步數，Δd表示每一步之間的間隔，x_t＝nΔd，x_e為初始激發點與缺陷之間的橫向距離，x_d為檢測點與缺陷之間的橫向距離，z為缺陷的深度；

步驟F₂、當激光在剛鋪放的表面檢測時，被缺陷反射的體縱波將在橫軸為掃查步數q，q＝0,1,2,…,P-1,縱軸為時間t的B掃圖上呈現雙曲線的一支，將不同雙曲線的各個值進行相加，所得結果即可反應C點的性質，獲得垂直于鋪放方向的剛剛鋪放完成的缺陷的橫向截面圖，按照時間序列將橫向截面圖疊加獲得空間圖像，根據復合材料鋪放過程中厚度逐漸累加的特性，在厚度方向上提取一定厚度的空間圖像，即為最新鋪層與下一層之間的缺陷圖像；

步驟G、在大量試驗的基礎上獲得鋪放工藝參數包括鋪放溫度、壓力和速度與鋪放缺陷之間的關系，獲得較好鋪放質量時的工藝參數組合，選取一組鋪放質量較好的工藝參數組合作為鋪放工藝參數初始值，采用上述的激光無損檢測方式獲得在線鋪放過程中最新鋪層與下一層之間的缺陷信息，當出現缺陷超過鋪放質量可接受的缺陷范圍時，當前的工藝參數組合已經不再適合鋪放；

根據鋪放過程中壓力傳感器、溫度傳感器和速度傳感器等獲得的工藝參數值實時大小和鋪放工藝參數組合與鋪放質量之間的關系，對鋪放工藝參數進行在線調整，重新獲得適合當前鋪放條件的工藝參數組合，減小鋪放缺陷。