CN108918557B - 一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法。现有技术需要破坏产品形状检测内部结构缺陷，非破坏性x射线检测技术应用范围有局限性。本发明的方法通过微波热成像技术间接地将产品内部结构缺陷成像检测出来。将低频微波均匀照射在产品表面，微波穿过产品内部，受到结构不一致性影响，在背面贴附的微波吸收加热箔纸会产生不均匀性加热程度，通过红外摄像头将内部结构分布转化为热度分布图像，然后由图像处理算法将热度分布图像转化为结构缺陷特征显示在计算机显示器上，以提供检测人员判别是否存在结构缺陷的依据。采用本发明的检测方法可以达到x射线成像方法的高分辨率水平，并且检测安全性高，对检测人员无辐射危害。
Description
技术领域
本发明总体涉及用于非导电性复合材料成型产品结构缺陷无损检测的方法，并且具体地设计一种检测产品结构中内部材料变化或其他结构不一致性的方法，更具体来说，就是通过微波加热和红外成像技术探查复合材料产品内部结构缺陷的方法。
背景技术
复合材料型材的内部结构缺陷检测技术是产品生产过程的一道重要质检工序，工厂生产的复合材料型材会存在一定的内部结构缺陷的概率，导致产品应用时因力学因素影响产生断裂或局部破损。复合材料型材结构可能存在各种不同的结构不一致性问题，常见的复合材料型材内部结构缺陷主要包括裂纹、气孔、夹杂、间隙等。其中对于气泡和夹杂这类的工艺性缺陷最为常见并且检测困难，因为这类缺陷一般不表现为宏观的结构变化，但对于产品使用寿命的影响十分明显。
检测产品内部结构不一致性的方式主要有两种：破坏性检测和无损检测。其中破坏性检测通常是通过对产品进行抽样检测，本质上是破坏产品结构，通过对样件断层的观察按概率推算整批产品的质量，因此破坏性检测可靠度不高。
目前最有效的无损坏性测试方法是x射线照相或放射性检查(RT)。其直接成像潜力、高空间分辨率和断层扫描的扩展能力具有明显的优势。x射线无损探伤机的原理是利用x射线穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现其中结构缺陷，x射线可以检查金属与非金属材料及其制品的内部缺陷。然而，x射线会释放一定量的电离辐射，对被检测产品和工人都是有害的，因此需要精心设计防辐射的安全措施，限制了其实际应用领域。此外，通用的微波红外成像无损探伤方法基于脉冲涡流加热方式，对被检测件主动加热。此方法对金属或非金属导电材料是有效的，对于非金属非导电材料检测具有局限性。并且对于多层粘接产品，被测件本体加热可能导致产品结构属性发生热变形或变质影响。
微波热成像检测系统和方法有效地避免电离辐射所带来的危害，微波对非金属非导电材料几乎是穿越而不被吸收的，微波比其它用于辐射加热的电磁波如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。通过间接成像方法可以避免对检测产品的直接损伤或二次损害。对于特定的介质，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以固定的微波频率照射介质，使介质的分子每秒产生二十四亿五千万次的震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态。
应当有利的是，提供用于无损检测的系统和方法，其消除了由于射线辐射对检测产品和工人造成危害的影响。这种方法通过微波生热、红外成像进行在线检测，提高了产品缺陷检测效率、减少对产品结构的额外损伤、并且完全达到x射线成像检测的高分辨率水平。
发明内容
本发明解决了复合材料型材结构缺陷的无损检测问题，提出一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，其作用是通过微波热成像原理，在不破坏产品结构和确保对人员无辐射影响的前提下，检测产品内部结构是否存在缺陷问题。该检测方法和检测系统具有可检测多种类型的结构缺陷、检测灵敏度和精度高、可靠性好等有点，特别是可以达到放射性射线成像检测方式的检测水平和高空间分辨率，安全性更高，检测成本低。
下面详细公开的发明方案包括这样的系统和方法：
一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，运用所描述的微波透射检测方法探查复合材料产品内部结构时，微波发生器产生低频率微波，微波探头中的电介质透镜天线向被测型材表面均匀地发射微波，微波穿透复合材料型材表面进入其内部，在型材内部行进中微波遇到结构缺陷时，介电常数的变化导致微波的幅值和相位参数发生变化，微波的能量也发生变化。在型材背面安置有可以吸收微波的箔纸平板，穿透型材的微波照射在型材背面的箔纸上，箔纸吸收微波能量导致自身加热。当微波遇到产品结构缺陷的影响，在箔纸加热呈现不均匀现象。箔纸背部安置红外线热成像摄像头，将微波加热均匀程度通过红外摄像头传送到计算机系统软件上，通过图像处理算法将热成像图像通过显示器显示出来。
在上述的产品结构缺陷无损检测的方法中，所描述的微波频率范围设定在24GHz～35GHz。
在上述的产品结构缺陷无损检测的方法中，所描述的被检测型材的厚度范围在22mm～25mm之间。
在上述的产品结构缺陷无损检测的方法中，该方法包括以下步骤：(1)产品通过运送平台将待检测产品运输到微波检测区；(2)微波源产生的微波通过产品传送平台内放置的电介质透镜天线对产品表面均匀照射，微波穿过被检测产品照射在产品背面的箔纸板上；(3)箔纸板被微波加热，由于结构缺陷使得箔纸板吸收的微波不均匀，表面加热温度也不均匀；(4)红外摄像头将箔纸板不均匀的热度转换为不均匀的热成像图像数据；(5)计算机经过图像处理算法将产品内部结构图像显示在显示器上，为检测人员诊断缺陷问题提供依据。
附图说明
图1是本发明提供的产品结构缺陷无损检测方法工作示意图。
图2是本发明提供的红外热成像检测方法的流程图。
具体实施方式
本发明的产品内部缺陷无损检测的方法，用于检测内部结构是否存在产品结构不一致性问题，所述的结构不一致性就是产品结构出现气泡、缝隙或者夹杂缺陷问题，内部结构不是均匀分布状态。
在此公开主旨的一个方面，根据一个或多个实施方式，提供了一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，图1中标识了这种检测系统的部件。该系统包括被检测产品运送平台，阵列式电介质透镜天线，特定材质微波吸收箔纸板，红外摄像头，热成像算法系统与胁从客户端，同步控制系统，图像显示单元和CCD相机处理单元。
结合图1和图2说明本实施方式所属的一种产品内部缺陷无损检测的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：微波发生源3产生一种低频微波信号，通过电介质透镜天线4向被检测复合材料成型板材10照射，板材10受到广泛而均匀的微波照射。
步骤二：复合材料板材10的背面设置一种可以微波吸收的箔纸9，其作用为吸收穿透缺陷检测板材的微波。因为在板材10的正面，微波的辐射面是均匀的，当板材10内部有结构缺陷或损伤时，受其影响导致在箔纸9上出现一个不均匀的微波分布。
步骤三：箔纸9吸收分布不均匀的微波，导致箔纸9上产生的热成像也对应的不均匀。通过红外摄像头8检测箔片9上的不均匀的热分布，间接地反映出板材10内部结构是否缺陷情况。
步骤四：红外摄像头8将图像数据传送给计算机热成像系统6，本发明编程的计算机软件程序2通过图像处理算法对红外成像数据进行分析和处理，将数据处理结果和分析处理后的清晰检测图像呈现在计算机显示器1上，提供给专家检测复合板材内部结构是否存在缺陷。
在上述的产品结构缺陷无损检测的方法中，所描述的微波频率范围设定在24GHz～35GHz。
在上述的产品结构缺陷无损检测的方法中，所描述的被检测型材的厚度范围在22mm～40mm之间。
在此公开主旨的另一方面，提供了一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，该方法具体实施方式应用于非导电型材内部结构不一致性检测方面，对于非导电性材料，无法通过电磁波照射使本体形成涡流加热。此外，被检测产品本体加热方式对于层粘结构板材或其他多层复合材料产品可能导致内部结构二次伤害。
所述的检测方法的实施方式采用微波间接热成像方式，在所述的被检测件和红外摄像头之间放置箔纸成像板，通过箔纸成像板的微波加热，由箔纸板的热分布情况间接表达被检测件的内部结构分布。
根据一个实施方式，所提供的一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，该方法所述的同步控制系统包括一个数据传输主服务器，检测图像数据存储器，多台远程检测成像计算机。检测平台将采集的检测数据存储于图像数据存储器中，检测数据按时间和产品编号进行排列存档。当远程专家使用远程检测终端调用某一产品检测图像时，数据传输主服务器进行响应，对远程专家提供检测数据调取服务。在另一处理中，可以实时向远程检测服务终端同步正在检测过程中的图像数据。在另一处理中，可以提供被检测产品结构缺陷对使用寿命度量有关的趋势，可以基于该趋势生成产品可用性的预测信息。
Claims (6)
1.一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法， 所述方法包括：
（1）产品通过运送平台将待检测产品运输到微波检测区；（2）微波源产生的微波通过产品传送平台内放置的电介质透镜天线对产品表面均匀照射，微波穿过被检测产品辐射在产品背面的特质箔纸板上；（3）箔纸板被微波加热，由于结构缺陷使得箔纸板吸收的微波不均匀，箔纸板表面加热温度也不均匀；（4）红外摄像头将箔纸板不均匀的热度转换为不均匀的热成像图像数据；（5）计算机经过图像处理算法将产品内部结构图像显示在显示器上，为检测人员诊断缺陷问题提供依据。
2.根据权利要求1所述的一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，其特征在于，通过微波加热原理，将被检测产品内部结构分布情况转换为箔纸板温度分布图像，红外摄像头采集的热成像图像数据可以清晰可靠地表达出产品内部结构不一致性问题情况。
3.根据权利要求1所述的一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，其检测系统进一步包括：被检测产品运送平台，阵列式电介质透镜天线，特定材质微波吸收箔纸板，红外摄像头，热成像算法系统，同步控制系统，图像显示单元和CCD相机处理单元 。
4.根据权利要求1所述的一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，其中所述的产品检测最大厚度为40mm，微波频率设定在24GHz~35GHz之间。
5.根据权利要求1所述的一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，其特征在于，所述的方法可以在微分模式下使用，通过与无缺陷的参考部件的图像进行对比，匹配出微波不均匀分布的图像区域，微分模式下可以清晰的分辨出缺陷所处的位置和图像中缺陷结构的情况。
6.根据权利要求1所述的一种非导电性产品结构缺陷无损检测的方法，其特征在于，计算机软件将采集处理的数据记录存档，并且同步系统将每个检测计算机集成于远程专家诊断系统，可以将诊断数据传输给远程专家，方便专家在非现场情况下远程诊断产品结构的不一致性问题 。
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