CN110230987A - 一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法 - Google Patents
一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，所述无损检测方法包括以下内容：通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像；根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测；根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测。使用太赫兹时域光谱无损检测可以对橡胶材料进行无损检测分析，通过检测图像、B‑scan图和检测波形检测分析橡胶材料的厚度，并通过橡胶材料的折射率、吸收率对橡胶材料的厚度进行准确的计算；通过分析检测灰度图、时域波形图和B‑scan图可以定性确定分层位置，并且通过折射率的计算准确判断分层的大小。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹光谱检测技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法。
背景技术
橡胶(Rubber)是一种具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。目前市面上使用最多的橡胶有丁晴橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等，这三种橡胶广泛应用于医疗卫生、商品储存、电气通讯、土木建筑等各方面。
目前对于橡胶材料检测方法很多都是有损伤的，无损的只有超声波检测方法，但超声波对橡胶材料的吸收太大，所以只能检测表面或者亚表面的缺陷，对橡胶内部的缺陷检测不完全；因此，如何对橡胶材料进行无损检测，是现阶段需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，解决了现有检测方法会对橡胶材料造成损伤或者对橡胶内部的缺陷检测不完全的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，所述无损检测方法包括以下内容：
通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像；
根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测；
根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测。
所述无损检测方法还包括根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料厚度进行计算以及分层大小进行判断的步骤。
所述通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像包括以下内容：
将待检测橡胶材料放到检测平台通过太赫兹时域光谱检测装置采用反射式成像得到橡胶材料的灰度成像图；
根据太赫兹光波在橡胶材料的飞行时间算法仿真得到橡胶材料的B-scan图。
所述根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测包括以下步骤：
根据颜色深浅变化对橡胶材料表面的灰度成像图进行阶梯分层；
根据太赫兹光谱在橡胶材料各阶梯层中的飞行时间，分析出各阶梯区域的厚度变化。
根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料厚度进行计算包括通过分析太赫兹光谱时域的飞行时间差结合橡胶材料的折射率以及吸收系数计算各阶梯区域的厚度。
所述根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测包括以下步骤：
对橡胶材料的各检测区域进行成像得到灰度成像图和B-sacn图；
并在各检测区域的灰度成像图上选取特征点；
分析各检测区域特征点的时域波形图和B-scan图。
所述分析各检测区域的时域波形图包括以下内容：
根据检测区域上选取的特征点位置，分析时域波形图中太赫兹光谱该点的散射和衰减情况；
根据检测区域特征点的时域波形图分析太赫兹光谱波峰分布情况。
所述特征点的B-scan图包括特征点的行B-scan图和列B-scan图；所述行B-scan图用于分析检测区域分层情况；所述列B-scan图用于分析检测区域脱胶和分层情况。
所述分析各检测区域特征点的B-scan图包括以下内容：
根据检测区域上选取的特征点分析该特征点行B-scan图中横向纹路变化情况，进而判断分层变化情况；
根据检测区域上选取的特征点分析该特征点列B-scan图中纵向纹路变化情况，确定脱胶和分层位置。
根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料分层大小进行判断包括根据列B-scan图中纵向纹路变化得到飞行时间差；通过橡胶材料的折射率计算分层高度大小。
本发明的有益效果是：一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，使用太赫兹时域光谱无损检测可以对橡胶材料进行无损检测分析，通过检测图像、B-scan图和检测波形检测分析橡胶材料的厚度，并通过橡胶材料的折射率、吸收率对橡胶材料的厚度进行准确的计算；通过分析检测灰度图、时域波形图和B-scan图可以定性确定分层位置，并且通过折射率的计算准确判断分层的大小。
附图说明
图1为方法的流程图；
图2为厚度检测灰度成像图；
图3为厚度检测B-scan飞行时间图；
图4为厚度检测波形图；
图5为分层检测实物图；
图6为局部区域分层检测灰度图；
图7为特征点1的灰度图；
图8为特征点1的时域波形图；
图9为特征点1的行B-scan图和列B-scan图；
图10为特征点2和3的灰度图；
图11为特征点2和3的时域波形比较图；
图12为特征点2和3的行B-scan图和列B-scan图；
图13为特征点4的灰度图；
图14为特征点4的时域波形图；
图15为特征点4的行B-scan图和列B-scan图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，所述无损检测方法包括以下内容：
S1、通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像；
S2、根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测；
S3、根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测。
所述无损检测方法还包括根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料厚度进行计算以及分层大小进行判断的步骤。
所述通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像包括以下内容：
将待检测橡胶材料放到检测平台通过太赫兹时域光谱检测装置采用反射式成像得到橡胶材料的灰度成像图，其中，检测步距为0.5mm；
根据太赫兹光波在橡胶材料的飞行时间算法仿真得到橡胶材料的B-scan图。
所述根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测包括以下步骤：
根据颜色深浅变化对橡胶材料表面的灰度成像图进行阶梯分层；
根据太赫兹光谱在橡胶材料各阶梯层中的飞行时间，分析出各阶梯区域的厚度变化。
根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料厚度进行计算包括通过分析太赫兹光谱时域的飞行时间差结合橡胶材料的折射率以及吸收系数计算各阶梯区域的厚度。
如图2所示，颜色从深到浅分为5个级别，材料表面本为4个阶梯层，1区域是由于第一阶梯层区域表面破损，进而厚度较薄；通过分析区域颜色，可以定性的分析出材料厚度的不同。
如图3所示，可以看出太赫兹在橡胶材料中的飞行时间呈阶梯型变化与图2中的形态相符。可以分析出各个区域的厚度变化，并根据飞行时间图通过折射率和吸收率计算得到橡胶材料各区域的厚度。
如图4所示，图中从左到右分别对应图2中橡胶材料从左导游部的4个阶梯层，即从左到右分别对应第一阶梯层、第二阶梯层、第三阶梯层和第四阶梯层；随着橡胶厚度的增加，飞行时间增加，同时能量随之减少；其各阶梯区域时间延迟分别为：第一阶梯层251.5ps-40.7ps＝210.8ps、第二阶梯层240.7ps-63ps＝177.7ps、第三阶梯层206.6ps-101.9ps＝104.7ps、第四阶梯层188.7ps-117.4ps＝71.3ps；该橡胶材料的折射率约为1.2214，计算得到第一到第四阶梯层的厚度分别为16.2mm、13.6mm、8mm和5.4mm。
所述根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测包括以下步骤：
对橡胶材料的各检测区域进行成像得到灰度成像图和B-sacn图；
并在各检测区域的灰度成像图上选取特征点；
分析各检测区域特征点的时域波形图和B-scan图。
所述分析各检测区域的时域波形图包括以下内容：
根据检测区域上选取的特征点位置，分析时域波形图中太赫兹光谱该点的散射和衰减情况；
根据检测区域特征点的时域波形图分析太赫兹光谱波峰分布情况。
所述特征点的B-scan图包括特征点的行B-scan图和列B-scan图；所述行B-scan图用于分析检测区域分层情况；所述列B-scan图用于分析检测区域脱胶和分层情况。
所述分析各检测区域特征点的B-scan图包括以下内容：
根据检测区域上选取的特征点分析该特征点行B-scan图中横向纹路变化情况，进而判断分层变化情况；
根据检测区域上选取的特征点分析该特征点列B-scan图中纵向纹路变化情况，确定脱胶和分层位置。
根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料分层大小进行判断包括根据列B-scan图中纵向纹路变化得到飞行时间差；通过橡胶材料的折射率计算分层高度大小。
如图5和图6所示，根据灰度图分析其B-scan图，横向为Y轴方向，纵向为X轴方向，放大B-scan图比较实物图相应位置，可以看到第一阶梯层处胶层分层明显，经测量后在距离上表面3mm处出现分层；第三阶梯层内部也出现分层状态，具体通过分析比较相应波形，通过B-scan图可以看出材料分层区域，图中异常区域即可判定橡胶的分层区域。分层检测通过在灰度图上选择不同特征点，用时域波形图和B-scan图来分析不同特征点的截面的具体分层情况，具体如下。
如图7-图9所示，由于该特征点选在破损的截面，所以时域波形有很多散射，分辨不出来分层，但是从B-scan图可以看到，能看出来被截面的行B-scan图呈梯形减小的变化规律，列B-scan图中，被选特征点为150mm的位置，在190mm处有一个脱胶现象，140mm-150mm处有分层现在，分层高度的飞行时间差为10ps，通过折射率计算可得到分层高度为1.2mm，且0-140mm处没有出现分层。
如图10-图12所示，选择的是两个孔边缘为特征点，时域波形比较图中颜色浅的波形表示灰色特征点，颜色深的波形表示黑色特征点；通过时域波形图可以看到两个孔边缘受边缘效应影响衰减比较厉害，前波峰在98ps左右的位置，且里面分层比较严重，通过行和列B-scan图分析可以看到140mm位置有一个孔，且分层严重。
如图13-图15所示，从灰度图上看特征点4位于160mm-170mm之间，从时域波形图可以看到该层有三个波峰，可以知道有一个分层，再通过行和列B-scan图可以知道其分层高度的飞行时间差为21ps，，通过折射率计算可以得到该分成大小为2.5mm。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述无损检测方法包括以下内容：
通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像；
根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测；
根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述无损检测方法还包括根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料厚度进行计算以及分层大小进行判断的步骤。
3.根据权利要求2所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测橡胶材料进行反射式成像得到检测图像包括以下内容：
将待检测橡胶材料放到检测平台通过太赫兹时域光谱检测装置采用反射式成像得到橡胶材料的灰度成像图；
根据太赫兹光波在橡胶材料的飞行时间算法仿真得到橡胶材料的B-scan图。
4.根据权利要求3所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述根据太赫兹时域光谱对橡胶材料厚度进行检测包括以下步骤：
根据颜色深浅变化对橡胶材料表面的灰度成像图进行阶梯分层；
根据太赫兹光谱在橡胶材料各阶梯层中的飞行时间，分析出各阶梯区域的厚度变化。
5.根据权利要求4所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料厚度进行计算包括通过分析太赫兹光谱时域的飞行时间差结合橡胶材料的折射率以及吸收系数计算各阶梯区域的厚度。
6.根据权利要求3所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述根据太赫兹时域光谱对橡胶材料脱胶及分层进行检测包括以下步骤：
对橡胶材料的各检测区域进行成像得到灰度成像图和B-sacn图；
并在各检测区域的灰度成像图上选取特征点；
分析各检测区域特征点的时域波形图和B-scan图。
7.根据权利要求6所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述分析各检测区域的时域波形图包括以下内容：
根据检测区域上选取的特征点位置，分析时域波形图中太赫兹光谱该点的散射和衰减情况；
根据检测区域特征点的时域波形图分析太赫兹光谱波峰分布情况。
8.根据权利要求6所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述特征点的B-scan图包括特征点的行B-scan图和列B-scan图；所述行B-scan图用于分析检测区域分层情况；所述列B-scan图用于分析检测区域脱胶和分层情况。
9.根据权利要求8所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：所述分析各检测区域特征点的B-scan图包括以下内容：
根据检测区域上选取的特征点分析该特征点行B-scan图中横向纹路变化情况，进而判断分层变化情况；
根据检测区域上选取的特征点分析该特征点列B-scan图中纵向纹路变化情况，确定脱胶和分层位置。
10.根据权利要求9所述的一种基于太赫兹时域光谱成像对橡胶复合材料的无损检测方法，其特征在于：根据橡胶材料的光学参数对橡胶材料分层大小进行判断包括根据列B-scan图中纵向纹路变化得到飞行时间差；通过橡胶材料的折射率计算分层高度大小。
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