CN108458675B

CN108458675B - 一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法

Info

Publication number: CN108458675B
Application number: CN201711386556.9A
Authority: CN
Inventors: 陆雷俊; 冯君伟
Original assignee: Shanghai Ship Engineering Quality Testing Co ltd; Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute
Current assignee: Shanghai Ship Engineering Quality Testing Co ltd; Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN108458675A

Abstract

本发明涉及一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，主要是对设在复合材料内的金属支撑骨架的高度进行测量，通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块，以得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行间接测量，获得金属支撑骨架的高度值，这种方法不用破坏原复合材料就能获得准确的数据，能对材料进行进一步可靠性的分析，方便快捷。

Description

一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法

技术领域

本发明涉及复合材料测量方法的技术领域，具体地说是一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，尤其涉及一种采用非破坏性数字射线测量复合材料夹层中的金属支撑骨架高度的方法。

背景技术

随着科学技术和设备制造能力的进步，例如电子技术、光电子技术、数字图像处理技术的发展；高亮度高分辨率显示器的诞生；高性能计算机工作站的广泛应用；计算机海量存储、宽带互联网的发展，使得用数字成像技术挑战传统胶片成像方式在技术上成为可能。

计算机射线照相（CR）技术是一种射线透照影像的数字采集技术，是一种迅速发展的数字射线照相技术。CR技术动态范围大，能够有效解决常规的胶片射线照相检测具有的暗室冲洗时间长、废片率高、胶片保存条件高、废液污染环境等问题。与常规的胶片射线照相相比较，CR技术采用能够存储影像信息的荧光成像板(IP)代替胶片，实现了射线检测结果的图像数字化，开创了无胶片化的新时代，体现了数字射线照相检测的鲜明特点。

在材料检测行业，为了提高碳纤维复合材料的整体质量，除了对外侧的检测之外，对内部聚氨酯泡沫夹层结构中的支撑材料（金属支撑骨架）也需要进行测试，首先是金属支撑骨架的方向性，一定是与外侧碳纤维复合材料垂直，通过垂直透照能够直观的检测出金属支撑骨架的方向性是否满足要求。其次最主要的是对金属支撑骨架的高度，也就是其高度进行测量，高度的不足会影响材料的抗压性能和其它方面的性能，而现有技术中没有一种可以准确、快速、智能化的提取上述技术的方法，因此对于材料内部夹层的材质结构、性能无法做到有效的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，通过设置参照物对比摄像的方法,取得金属支撑骨架高度的精确值，测量方式简单，效果好，提高了效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、检验准备，在探伤室内准备固定式X射线机一台，放置待检测工件，以及与带检测工件对应的参照物专用专用U型试块及IP板；b、在被检测工件表面做标记及标识，放置像质计；c、设置X射线机的摄像倾斜入射角度，设置曝光时间，然后进行曝光；d、将IP板放入扫描主机读取图像信息，然后将IP板上的图像进行擦除；e、对图像进行显示和后续处理，完成对金属支撑架骨架高度的测量。

进一步，a步骤中，对复合在两侧材料之间的金属支架骨架进行检测，检测前应核检受检对象，确认复合材料的厚度、复合材料材质涂层等基本情况，确认复合材料的位置标识，并建立定位方法，使用前对IP板进行擦除处理，将准备好的IP板放置于两张增感屏中，确保两张增感屏之间无间隙；按照内部骨架的高度，选择合适高度的专用U型试块，一般专用U型试块高度应大于支撑骨架的高度，材质为铝合金材料，专用U试块的形状见图1专用U型试块。

a步骤中，专用U型试块采用铝合金制成，专用U型试块在所述的方形铝合金块的一侧面设置一个U型凹槽，U型凹槽的宽度与方形铝合金块同宽，U型凹槽的深度占到方形铝合金块长度的1/4-1/3，方形铝合金块的长度为金属骨架长度的两倍。

进一步，c步骤中，将专用U型试块放置在需要检测的复合材料一侧，需要将专用U型试块的侧面U型面的投影角度和复合材料中的金属骨架高度的投影角度方向保持一致，以能形成一定的对比关系；通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，当骨架高度小于10mm时，倾斜角应大于45度；当骨架高度大于10mm小于15mm时，倾斜角一般大于30度，当骨架高度大于15mm小于30mm时，应减少倾斜角至20度左右。同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块试块，而后得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行计算。

X射线机产生的射线倾斜入射之前，需要先进行垂直照射复合材料的上表面，通过金属支撑骨架的投影来判断金属支撑骨架的方向性是否正确。

更进一步，如果专用U型试块试块的高度已知为T₁，被检测工件中的金属支撑骨架长度为T₂，使用斜透照，成像图中会产生阴影部分，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L₁和金属支撑骨架的投影长度L₂，通过计算公式L₂/L₁=T₂/T₁，可得到金属支撑骨架T₂的值。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，对设在复合材料内的金属支撑骨架的高度进行测量，通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块，以得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行间接测量，获得金属支撑骨架的高度值，这种方法不用破坏原复合材料就能获得准确的数据，能对材料进行进一步可靠性的分析；

2、本发明的技术方案的中，复合材料中的金属支架骨架一定需要与外侧的复合材料垂直设置，通过垂直透照能够直观的检测出金属支撑骨架的方向性是否满足要求，可谓快速简单，易于判定；

3、本发明通过照射可以知晓整个复合材料内部的整体质量是否符合要求，并且能够通过数字射线CR形成实时的检测影响，快速，便捷，准确性高。

附图说明

图1专用U型试块。

图2为本发明在实施中需要检测的材料结构示意图。

图3为本发明的实施状态示意图。

图4为本发明所获得的扫描图像。

附图标记：

1复合材料、2金属支撑骨架、3聚氨酯泡沫、4X射线机、5专用U型试块、6IP板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，具体参见图1，其与现有的区别在于：所述的方法包括如下步骤：a、检验准备，在探伤室内准备固定式X射线机一台，放置待检测工件，以及与带检测工件对应的参照物专用U型试块及IP板；b、在被检测工件表面做标记及标识，放置像质计；c、设置X射线机的摄像倾斜入射角度，设置曝光时间，然后进行曝光；d、将IP板放入扫描主机读取图像信息，然后将IP板上的图像进行擦除；e、对图像进行显示和后续处理，完成对金属支撑架骨架高度的测量。a步骤中，对复合在两侧材料之间的金属支架骨架进行检测，检测前应核检受检对象，确认复合材料的厚度（包括复合材料的填充材料、复合材料的结构、复合材料的层数）、复合材料材质涂层等基本情况，确认复合材料的位置标识，并建立定位方法，例如确认复合材料为圆筒形结构，总体设计厚度为25mm，的复合材料板，在板材的地面和表面分别由碳纤维的表面薄层厚度约为3mm，设计夹层有圆筒柱形金属夹层分别按照有机顺序布置在受力部位，呈带状分布，部分区域无圆筒柱形金属结构（骨架材料），圆筒柱形金属壁厚为1mm，直径18mm，高度18mm，夹层及圆柱筒形金属内填充聚酯填充物，夹层和碳纤维为粘接结构。确认复合材料板的圆筒柱形金属的分布区域，在复合材料板上做好相应标记，并建立两维的坐标，放置相关方向和定位标记，使得相关的记录能正确显示在相关图像上。确认上述实际情况可以使得检测的专用U型试块的摆放方式和摆放位置有针对性，有助于骨架材料的高度测量误差变小；使用前对IP板进行擦除处理，将准备好的IP板放置于两张增感屏中，确保两张增感屏之间无间隙。

c步骤中，将专用U型试块放置在需要检测的复合材料一侧，需要将专用U型试块的侧面的U型凹槽投影角度和复合材料中的金属骨架高度的投影角度方向保持一致，以能形成一定的对比关系；通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，当骨架高度小于10mm时，倾斜角应大于等于45度；当骨架高度大于10mm小于15mm时，倾斜角范围为30--40度，优选33度，当骨架高度大于15mm小于30mm时，倾斜角范围为18-25度，优选21度。同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块，而后得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行计算。如果专用U型试块的高度已知为T1，被检测工件中的金属支撑骨架长度为T2，使用斜透照，成像图中会产生阴影部分，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L1和金属支撑骨架的投影长度L2，通过计算公式L2/L1=T2/T1，可得到金属支撑骨架T₂的值。这里的专用U型试块采用铝合金制成，专用U型试块在所述的方形铝合金块的一侧面设置一个U型凹槽，U型凹槽的宽度与方形铝合金块同宽，U型凹槽的深度占到方形铝合金块长度的1/4-1/3，方形铝合金块的长度为金属骨架长度的两倍。

c步骤中，X射线机产生的射线倾斜入射之前，需要先进行垂直照射复合材料的上表面，通过金属支撑骨架的投影来判断金属支撑骨架的方向性是否正确。更进一步的，可以在垂直照射复合材料上表面后，将复合材料横向水平放置，对复合材料的侧表面进行垂直照射，这样获得三个角度的照射结果，能够更精确的判断复合材料中的金属支撑骨架是否符合标准要求。

在一个实施例中，首先是对材料进行研究，材料的结构如图2所示，上下两侧为碳纤维复合材料，中间夹层结构为聚氨酯泡沫，在两侧复合材料中间，垂直放置着一些金属支撑骨架（内部填充聚氨酯泡沫），增加垂直方向的受力，增大抗压性能，两侧碳纤维复合材料方便进行检测，埋在内部的金属支撑骨架对整体材料起到了关键性的，因此需要对金属支撑骨架进行测量，保证整体质量。

1）检验准备

在检验开始之前，应核检受检对象，确认管道标识正确及管道有关特性（包括管道类型、级别、位置和尺寸）的准确。任何遮蔽或混淆缺陷图像的应采用适当的方法予以消除。

2）IP板准备

为避免自然放射引起的曝光产生过高的背景强度，应在使用前对IP板进行擦除处理。如果最后一次处理是在两个星期以前，应重新进行擦除处理。如果IP被用于高能量应用或伽玛射线照相，则在擦除处理后，应进行一次扫描读出，来检查是否完全擦除干净。将准备好的IP板放置于两张增感屏中，确保两者之间无间隙。

3）标记及标识

被检工件表面应做出标记，以确保每张CR图像可准确定位。如果材料性质或使用条件不允许在工件表面作永久性标记时，其位置应通过准确的布片图来记录。

4）布置警示系统

在探伤进行透照时，整个透照过程必须开启警示灯、打开剂量检测装置。在探伤外设置隔离区域，非工作人员不得进入此区域。

实验步骤如下：①在探伤室内准备理学EGS2005型固定式Ｘ射线机一台，训机。②放置待检工件、参照物标准专用U型试块及IP板，放置铅字用于检测标识。③设置曝光参数：曝光时间为3min；管电压为145kV；管电流为5mA。④曝光。⑤将IP板放入扫描主机读取图像：IP板的荧光层经激光照射后发出可见光，由PMT（光电倍增管）接收处理转化成电信号，再通过A/D转换成数字信号发给计算机。⑥IP板图像擦除：在IP板返回的过程中使用LED光源对影像进行擦除，为下一次的曝光做好准备。⑦图像显示及后处理：计算机接收到扫描器发送的数字信号后通过特定的算法对图像进行优化以及各种后处理后显示。实验拍射角度及相对位置摆放，如图3所示。

由图2所示，将专用U型试块放置在碳纤维复合材料一侧，需要将专用U型试块的侧面和复合材料中的金属骨架高度方向基本保持一致，能形成一定的对比关系。通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块，由于透照距离相对较远，因此，专用U型试块和金属支撑骨架基本在同一个夹角，以得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行间接测量。专用U型试块的高度已知为T1，被检测工件中的金属支撑骨架长度为T2，若垂直透照，成像图中，金属支撑骨架呈现为圆形环状，专用U型试块为长方形，现使用斜透照，成像图中会产生阴影部分，如图3所示，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L1和金属支撑骨架的投影长度L2，投影的长度通过软件能够进行读数，已知专用U型试块的高度T₁的值，通过计算公式L₂/L₁=T₂/T₁，可得到金属支撑骨架T₂的值，因此通过此方法可以方便快捷的间接测量出金属支撑骨架的长度。

在另一个实施例中，通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块，由于透照距离相对较远，因此，专用U型试块和金属支撑骨架基本在同一个夹角，以得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行间接测量，为了提高精度标准可以进行三次倾斜入射的射线照射。专用U型试块的高度已知为T1，被检测工件中的金属支撑骨架长度为T2，现使用斜透照，成像图中会产生阴影部分，如图3所示，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L11和金属支撑骨架的投影长度L21，投影的长度通过软件能够进行读数，已知专用U型试块的高度T₁的值，通过计算公式L_21/L₁₁=T₂₁/T₁，可得到金属支撑骨架T₂₁的值，因此通过此方法可以方便快捷的间接测量出金属支撑骨架的长度。

这里专用U型试块的U型凹槽的直径与被侧金属支撑骨架的直径

接着，将需要照射的复合材料和对应的专用U型试块沿着水平方向进行移动，比如同时向左移动，移动的距离是专用U型试块长度的一半，然后进行X射线机产生的射线以倾斜入射复合材料，通过上面的程序，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L12和金属支撑骨架的投影长度L22，投影的长度通过软件能够进行读数，已知专用U型试块的高度T1的值，通过计算公式L22/L12=T22/T1，可得到金属支撑骨架T22的值。

接着，再将复合材料和对应的专用U型试块沿着水平方向向左移动，移动的距离是专用U型试块长度的一半，然后进行X射线机产生的射线以倾斜入射复合材料，通过上面的程序，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L13和金属支撑骨架的投影长度L23，投影的长度通过软件能够进行读数，已知专用U型试块的高度T1的值，通过计算公式L23/L13=T23/T1，可得到金属支撑骨架T23的值。最后，将获得的T₂₁、T₂₂和T₂₃的值平均一下，就能获得更为精确的T₂的值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、检验准备，在探伤室内准备固定式X射线机一台，放置待检测工件，以及与带检测工件对应的参照物专用U型试块及IP板;专用U型试块采用铝合金制成，专用U型试块在方形铝合金块的一侧面设置一个U型凹槽，U型凹槽的宽度与方形铝合金块同宽，U型凹槽的深度占到方形铝合金块长度的1/4-1/3，方形铝合金块的长度为金属骨架长度的两倍；b、在被检测工件表面做标记及标识，放置像质计；c、设置X射线机的摄像倾斜入射角度，设置曝光时间，然后进行曝光；具体来说将专用U型试块放置在需要检测的复合材料一侧，需要将专用U型试块的u型侧面的投影角度和复合材料中的金属骨架投影角度保持一致，以能形成一定的对比关系；通过X射线机产生的射线以一定角度倾斜入射，当骨架高度小于10mm时，倾斜角大于等于45度；当骨架高度大于10mm小于15mm时，倾斜角范围为30-40度，当骨架高度大于15mm小于30mm时，倾斜角范围为18-25度；同一方向透照金属支撑骨架和专用U型试块，而后得到专用U型试块和金属支撑骨架的阴影，对夹层材料中的金属支撑骨架高度进行计算；如果专用U型试块的高度已知为T₁，被检测工件中的金属支撑骨架长度为T₂，使用斜透照，成像图中会产生阴影部分，阴影部分的长度即为专用U型试块的投影长度L₁和金属支撑骨架的投影长度L₂，通过计算公式L₂/L₁=T₂/T₁，可得到金属支撑骨架T₂的值;d、将IP板放入扫描主机读取图像信息，然后将IP板上的图像进行擦除；e、对图像进行显示和后续处理，完成对金属支撑架骨架高度的测量。

2.根据权利要求1所述的一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，其特征在于：a步骤中，对复合在两侧材料之间的金属支架骨架进行检测，检测前应核检受检对象，确认复合材料的厚度；

使用前对IP板进行擦除处理，将准备好的IP板放置于两张增感屏中，确保两张增感屏之间无间隙；按照内部骨架的高度，选择合适高度的专用U型试块，一般试块高度应大于支撑骨架的高度。

3.根据权利要求1所述的一种测量复合材料中垂直金属支撑骨架高度的方法，其特征在于：c步骤中，X射线机产生的射线倾斜入射之前，需要先进行垂直照射复合材料的上表面，通过金属支撑骨架来判断金属支撑骨架的方向性是否正确。