CN105548258B - 基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法 - Google Patents
基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105548258B CN105548258B CN201510851448.9A CN201510851448A CN105548258B CN 105548258 B CN105548258 B CN 105548258B CN 201510851448 A CN201510851448 A CN 201510851448A CN 105548258 B CN105548258 B CN 105548258B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detected
- image
- hot wind
- time
- blowing hot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
本发明属于红外热波无损检测技术领域,具体涉及一种基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法。与现有技术相比较,本发明提出一种使用热风作为激励源,基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,具有单次检测面积大、检测速度快、无需处理表面光洁度,适用于现场检测等多项优点。
Description
技术领域
本发明属于红外热波无损检测技术领域,具体涉及一种基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。由于其具有比强度大、比模量高、可设计性强及低成本等多项优异性能,在现代航空航天领域占据了重要地位。但是复合材料结构,在使用和维护中非常容易发生由冲击导致的各种损伤。例如,飞机起飞和降落过程中小鸟或石子的碰撞,工人维护过程中扳手的掉落等等。多数冲击损伤表面难以观测,不易确定其损伤位置及破坏程度。
对于复合材料结构冲击损伤位置的检测,常规手段有X射线、超声波、声发射等。其中X射线检测精度高,但是成本高、效率低,不适合平面薄板构件的检测及大型构件的现场检测;超声波方法需要在材料表面涂敷水或油来增强表面光洁度,单次检测面积小,检测速度慢,也不适用于现场检测;声发射方法仅应用于复合材料承力结构构件的无损检测。综合来看,以上方法都不适用于较大面积构件的冲击损伤检测。
为此需要提出一种使用热风作为激励源,基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,要求具有单次检测面积大、检测速度快、无需处理表面光洁度,适用于现场检测等多项优点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何提出一种基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,以解决射线、超声等检测方法成本高、单次检测面积小、效率低,不适用于现场检测的缺点。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,其包括如下步骤:
步骤S1:构成检测系统
检测系统由功率不小于800W的热吹风、红外热像仪、USB3.0高速数据采集盒、计算机分析工具组成;
步骤S2:针对待检测材料表面进行必要的清理,清除污迹、附着物;对包括大部分金属的表面的低发射率检测面,在被测物体表面喷涂水溶性黑漆;
步骤S3:红外热像仪、USB3.0数据采集盒与计算机分析工具处于正常工作状态,并使红外热像仪光轴基本垂直于待检测材料平面,调节红外热像仪的焦距,使待检测材料清晰成像;
步骤S4:测量待检测材料表面距离红外热像仪镜头末端的距离为d;
步骤S5:根据式(1)计算每个像素对应的实际距离w,其中a为热像仪中探测器像元的尺寸,f为热像仪镜头焦距的尺寸,可在热像仪手册中查阅得到;
w=αd (2)
步骤S6:手持式热吹风开始通电预热,使热吹风达到稳定的热功率输出,此时热吹风远离待检测材料;
步骤S7:控制红外热像仪开始采集数据,设定一定的数据采集时间;
步骤S8:立即使用热吹风加热待检测材料的被检测区域,在预设定的临时加热时间后移开热吹风,临时加热时间根据待检测材料的厚度决定,适当增减加热时间;
步骤S9:在数据采集时间达到后,停止采集,并保存采集到的检测数据,此时得到一系列时间为序的图像序列I0、I1…Int,其中I0表示开始时刻的红外图像;下标nt为采集到的总帧数;Int为结束时刻的红外图像;
步骤S10:分析采集到的红外图像;首先在红外图像中选取待检测的区域,设置为矩形;
步骤S11:选取开始时刻的红外图像I0作为背景图像,依次计算背景差分绝对值图像DI1=|I1-I0|、DI2=|I2-I0|…DInt=|Int-I0|;
步骤S12:计算背景差分累积图像DI
步骤S13:分析背景差分累积图像DI,设定损伤阈值T,根据损伤阈值T分离背景差分累积图像DI,得到二值化图像BI,冲击损伤缺陷区域作为前景将显示在二值化图像BI中;
步骤S14:计算BI中冲击损伤缺陷区域的像素个数nA,由式(4)计算损伤面积A;
A=nAw2 (4)
步骤S15:在图像中测量损伤区域距离待检测材料边缘的像素个数,若为矩形材料,设nW为距离左边缘的像素个数,nH为距离上边缘的像素个数,则在待检测材料中损伤区域的坐标位置可为:
W=w*nW (5)
H=w*nH(6)。
(三)有益效果
与现有技术相比较,本发明提出一种使用热风作为激励源,基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,具有单次检测面积大、检测速度快、无需处理表面光洁度,适用于现场检测等多项优点。
附图说明
图1为本发明技术方案中的系统构成示意图。
图2为本发明技术方案中测量损伤位置示意图。
图3-1为冲击损伤的正面示意图。
图3-2为冲击损伤的背面示意图。
图4-1为开始采集时刻的图像示意图。
图4-2为选取的待检测区域图像I0示意图。
图5-1为加热过程中图像I4示意图。
图5-2为加热过程中图像I6示意图。
图5-3为加热过程中图像I10示意图。
图5-4为加热过程中图像I14示意图。
图6-1至图6-4为热吹风移出后被检测区域的时间序列图像示意图。
图7-1至图7-4为背景差分时间序列图像示意图。
图8-1为检测结果背景差分累积图像DI的提取示意图。
图8-2为检测结果二值化图像BI的提取示意图。
图8-3为在DI上叠加检测结果示意图。
图9为损伤位置确定示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题,本发明提供一种基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,其包括如下步骤:
步骤S1:构成检测系统
检测系统由功率不小于800W的热吹风、红外热像仪、USB3.0高速数据采集盒、计算机分析工具组成;
步骤S2:针对待检测材料表面进行必要的清理,清除污迹、附着物;对包括大部分金属的表面的低发射率检测面,在被测物体表面喷涂水溶性黑漆;
步骤S3:红外热像仪、USB3.0数据采集盒与计算机分析工具处于正常工作状态,并使红外热像仪光轴基本垂直于待检测材料平面,调节红外热像仪的焦距,使待检测材料清晰成像;
步骤S4:测量待检测材料表面距离红外热像仪镜头末端的距离为d,如图1所示;
步骤S5:根据式(1)计算每个像素对应的实际距离w,其中a为热像仪中探测器像元的尺寸,f为热像仪镜头焦距的尺寸,可在热像仪手册中查阅得到;
w=αd (2)
步骤S6:手持式热吹风开始通电预热,使热吹风达到稳定的热功率输出,注意此时热吹风应远离待检测材料;
步骤S7:控制红外热像仪开始采集数据,设定一定的数据采集时间;
步骤S8:立即使用热吹风加热待检测材料的被检测区域,在预设定的临时加热时间后移开热吹风,临时加热时间可根据待检测材料的厚度决定,适当增减加热时间;
步骤S9:在数据采集时间达到后,停止采集,并保存采集到的检测数据,此时得到一系列时间为序的图像序列I0、I1…Int,其中I0表示开始时刻的红外图像;下标nt为采集到的总帧数;Int为结束时刻的红外图像;
步骤S10:分析采集到的红外图像;首先在红外图像中选取待检测的区域,可设置为矩形;
步骤S11:选取开始时刻的红外图像I0作为背景图像,依次计算背景差分绝对值图像DI1=|I1-I0|、DI2=|I2-I0|…DInt=|Int-I0|;
步骤S12:计算背景差分累积图像DI
步骤S13:分析背景差分累积图像DI,设定损伤阈值T,根据损伤阈值T分离背景差分累积图像DI,得到二值化图像BI,冲击损伤缺陷区域作为前景将显示在二值化图像BI中;
步骤S14:计算BI中冲击损伤缺陷区域的像素个数nA,由式(4)计算损伤面积A;
A=nAw2 (4)
步骤S15:在图像中测量损伤区域距离待检测材料边缘的像素个数,若为矩形材料,设nW为距离左边缘的像素个数,nH为距离上边缘的像素个数,则在待检测材料中损伤区域的坐标位置可为:
W=w*nW (5)
H=w*nH (6)
下面结合具体实施例来详细描述本发明。
实施例1
本实施例检测的复合材料为碳纤维复合材料,受到了8J落锤冲击,依靠视觉无法从冲击的正面发现损伤位置。如图3-1及图3-2所示待检测材料的可见光图像。
步骤一:按照技术方案步骤S1、S2所述搭建检测系统,并对待检测碳纤维复合材料做必要的表面清洁。由于本实例中待检测材料表面为深灰色,发射率较高,所以无需涂敷水溶性黑漆;
步骤二:调节红外热像仪的焦距,使待检测材料在红外热像仪上清晰成像,测量待检测材料至红外热像仪镜头后端的距离d=486mm,热像仪像元尺寸a=17um,焦距f=25mm,由步骤S5,可计算得到:
w=αd=0.68*0.486=0.33mm
步骤三:手持式热吹风开始通电加热,使热吹风达到稳定的热功率输出,注意此时热吹风应用远离待检测材料。约5s后,热吹风功率输出稳定,使用计算机分析工具控制红外热像仪开始采集数据,设定采集总时间为15s;如图4-1及图4-2所示开始采集时刻的图像;
步骤四:立即使用热吹风对待检测区域加热,视材料厚度决定加热时间,本例中加热2s即可,并迅速将热吹风移出红外热像仪视场;如图5-1至图5-4所示加热过程中图像。
步骤五:采集时间达到15s后,综合前两步骤得到一系列时间为序的图像序列如I0、I1…Int,其中I0表示开始时刻的红外图像,Int为结束时刻的红外图像,如图6-1至图6-4所示热吹风移出后被检测区域的时间序列图像;
步骤六:按照步骤S11计算背景差分绝对值图像,如图7-1至图7-2所示背景差分时间序列图像;
步骤七:按照步骤S12,计算背景差分累积图像DI,按照步骤S13设阈值T=220,得到二值化图像BI。如图8-1至图8-3所示检测结果的提取。
步骤八:按照步骤S14、S15计算损伤位置及损伤面积,本例中由BI图像测得nA=112个像素,损伤面积12.2mm2,从图像中可以测量出损伤区域中心点至被检测材料上边缘nH=96像素,对应实际距离31.7mm,距离左边缘nW=160像素,对应实际距离528.mm。如图9所示损伤位置确定。
A=nAw2=112*(0.33)2=12.2mm2
W=w*nW=0.33*160=52.8mm
H=w*nH=0.33*96=31.7mm
从本实例可以看出,本发明提出的冲击损伤检测方法,具有检测速度快、单次检测面积大、表面处理简单、检测成本低的特点,对复合材料冲击损伤检测具有很好的实用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法,其特征在于,其包括如下步骤:
步骤S1:构成检测系统
检测系统由功率不小于800W的热吹风、红外热像仪、USB3.0高速数据采集盒、计算机分析工具组成;
步骤S2:针对待检测材料表面进行必要的清理,清除污迹、附着物;对包括大部分金属的表面的低发射率检测面,在被测物体表面喷涂水溶性黑漆;
步骤S3:红外热像仪、USB3.0数据采集盒与计算机分析工具处于正常工作状态,并使红外热像仪光轴基本垂直于待检测材料平面,调节红外热像仪的焦距,使待检测材料清晰成像;
步骤S4:测量待检测材料表面距离红外热像仪镜头末端的距离为d;
步骤S5:根据式(1)计算每个像素对应的实际距离w,其中a为热像仪中探测器像元的尺寸,f为热像仪镜头焦距的尺寸,可在热像仪手册中查阅得到;
w=αd (2)
步骤S6:手持式热吹风开始通电预热,使热吹风达到稳定的热功率输出,此时热吹风远离待检测材料;
步骤S7:控制红外热像仪开始采集数据,设定一定的数据采集时间;
步骤S8:立即使用热吹风加热待检测材料的被检测区域,在预设定的临时加热时间后移开热吹风,临时加热时间根据待检测材料的厚度决定,适当增减加热时间;
步骤S9:在数据采集时间达到后,停止采集,并保存采集到的检测数据,此时得到一系列时间为序的图像序列I0、I1…Int,其中I0表示开始时刻的红外图像;下标nt为采集到的总帧数;Int为结束时刻的红外图像;
步骤S10:分析采集到的红外图像;首先在红外图像中选取待检测的区域,设置为矩形;
步骤S11:选取开始时刻的红外图像I0作为背景图像,依次计算背景差分绝对值图像DI1=|I1-I0|、DI2=|I2-I0|…DInt=|Int-I0|;
步骤S12:计算背景差分累积图像DI
步骤S13:分析背景差分累积图像DI,设定损伤阈值T,根据损伤阈值T分离背景差分累积图像DI,得到二值化图像BI,冲击损伤缺陷区域作为前景将显示在二值化图像BI中;
步骤S14:计算BI中冲击损伤缺陷区域的像素个数nA,由式(4)计算损伤面积A;
A=nAw2 (4)
步骤S15:在图像中测量损伤区域距离待检测材料边缘的像素个数,若为矩形材料,设nW为距离左边缘的像素个数,nH为距离上边缘的像素个数,则在待检测材料中损伤区域的坐标位置可为:
W=w*nW (5)
H=w*nH (6)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510851448.9A CN105548258B (zh) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510851448.9A CN105548258B (zh) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105548258A CN105548258A (zh) | 2016-05-04 |
CN105548258B true CN105548258B (zh) | 2018-06-19 |
Family
ID=55827594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510851448.9A Active CN105548258B (zh) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | 基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105548258B (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109813716B (zh) * | 2017-11-22 | 2024-03-08 | 东君新能源有限公司 | 太阳能组件故障检测系统和方法 |
CN108426911A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-08-21 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种用于红外热像检测的电吹风加热系统 |
CN108627539B (zh) * | 2018-03-19 | 2020-07-10 | 安泰天龙钨钼科技有限公司 | 热障抗烧蚀涂层缺陷的红外热像检测方法 |
CN108872253A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-11-23 | 中新红外科技(武汉)有限公司 | 一种手持式红外探伤仪及其检测方法 |
CN109060825B (zh) * | 2018-08-14 | 2020-03-27 | 四川大学 | 基于脉冲气流激励红外成像的无损检测方法及其实施装置 |
CN109884121A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-06-14 | 哈尔滨商业大学 | 一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置及方法 |
CN112881467B (zh) * | 2021-03-15 | 2023-04-28 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种大尺寸复合材料损伤成像与定量识别方法 |
CN113343547B (zh) * | 2021-04-27 | 2022-03-08 | 东南大学 | 一种陶瓷-金属复合结构光热波场建模方法 |
CN113567492A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-29 | 北京航空航天大学 | 一种基于红外热耗散的涡轮叶片热障涂层无损检测方法和检测装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1696674A (zh) * | 2005-06-24 | 2005-11-16 | 首都师范大学 | 红外热波检测层析图像的重建方法 |
CN102095755A (zh) * | 2010-12-09 | 2011-06-15 | 重庆建工市政交通工程有限责任公司 | 一种混凝土结构的无损检测方法 |
CN102706458A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-10-03 | 顺德中山大学太阳能研究院 | 一种红外热像坐标定位方法 |
CN103630543A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-03-12 | 航天材料及工艺研究所 | 一种利用脉冲红外热波检测吸波涂层缺陷的判定方法 |
CN104698036A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-06-10 | 武汉理工大学 | 基于三维温度曲面相似性分析的涡流热成像缺陷识别方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006505764A (ja) * | 2002-01-23 | 2006-02-16 | マレナ システムズ コーポレーション | 欠陥検出及び解析用赤外線サーモグラフィ |
-
2015
- 2015-11-26 CN CN201510851448.9A patent/CN105548258B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1696674A (zh) * | 2005-06-24 | 2005-11-16 | 首都师范大学 | 红外热波检测层析图像的重建方法 |
CN102095755A (zh) * | 2010-12-09 | 2011-06-15 | 重庆建工市政交通工程有限责任公司 | 一种混凝土结构的无损检测方法 |
CN102706458A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-10-03 | 顺德中山大学太阳能研究院 | 一种红外热像坐标定位方法 |
CN103630543A (zh) * | 2013-10-23 | 2014-03-12 | 航天材料及工艺研究所 | 一种利用脉冲红外热波检测吸波涂层缺陷的判定方法 |
CN104698036A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-06-10 | 武汉理工大学 | 基于三维温度曲面相似性分析的涡流热成像缺陷识别方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
《建筑物外饰层缺陷红外热成像检测方法研究》;黄文浩;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 》;20061015(第10期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105548258A (zh) | 2016-05-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105548258B (zh) | 基于红外成像的复合材料冲击损伤快速检测方法 | |
Jia et al. | An improved image acquiring method for machine vision measurement of hot formed parts | |
CN101387493B (zh) | 铁塔构件孔的形位尺寸非接触光电检测方法 | |
CN105716539B (zh) | 一种快速高精度的三维形面测量方法 | |
WO2004010380A3 (en) | Measuring 3d deformations of an object by comparing focusing conditions for sharp capturing of said object before and after deformation | |
CN105160654A (zh) | 基于特征点提取的毛巾标签缺陷检测方法 | |
CN111521129B (zh) | 基于机器视觉的板坯翘曲检测装置及方法 | |
CN107729907A (zh) | 一种基于红外热成像系统的故障识别方法 | |
CN105510385A (zh) | 导电材料零件冲击损伤无损检测装置及方法 | |
CN102109321A (zh) | 大型高温锻件近红外视觉传感检测装置 | |
CN105335976A (zh) | 一种图像处理方法和装置 | |
CN105327950A (zh) | 考虑厚度变化的热轧中间坯镰刀弯检测装置及检测方法 | |
GB201211465D0 (en) | Surveillance process and apparatus | |
CN103983426A (zh) | 一种基于机器视觉的光纤缺陷检测及分类系统及其方法 | |
CN102663781A (zh) | 一种基于视觉的亚像素级焊缝中心提取方法 | |
CN105335988B (zh) | 一种基于分层处理的亚像素中心提取方法 | |
Maffren et al. | Crack detection in high-pressure turbine blades with flying spot active thermography in the SWIR range | |
JP2008199658A5 (zh) | ||
JP4828459B2 (ja) | パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法及びそのための赤外線カメラ | |
CN110155369B (zh) | 一种飞机蒙皮表面裂纹检查方法 | |
CN106851045A (zh) | 一种图像拼接重叠区域运动目标处理方法 | |
CN105469395B (zh) | 一种基于扫描式高温计的中厚板头部形状快速识别提取法 | |
JP6065877B2 (ja) | 鋼材端面の付着物位置特定装置および付着物位置特定方法、ならびに鋼材端面の切削加工装置および切削加工方法 | |
Zeng et al. | Developing signal processing method for recognizing defects in metal samples based on heat diffusion properties in sonic infrared image sequences | |
KR101134024B1 (ko) | 열연 연연속 압연 공정의 크롭 측정 장치 및 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |