CN110508659A - 一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置，涉及板料成形领域，旨在能够实时检测和定位飞机蒙皮拉伸的缺陷。所述装置包括：声发射传感器阵列、拉伸设备、信号处理系统；所述拉伸设备上设置有槽孔，所述拉伸设备用于拉伸所述蒙皮；所述声发射传感器阵列安装在所述槽孔中，用于在所述拉伸设备对所述蒙皮进行拉伸的过程中，检测所述蒙皮产生的弹性波信号；所述声发射传感器阵列将所述弹性波信号发送给所述信号处理系统；所述信号处理系统通过VMD分解对所述弹性波信号进行分析，在所述弹性波信号的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

Description

一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置

技术领域

本申请涉及板料成形领域，特别是涉及一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置。

背景技术

作为中国的主要支柱产业，制造业的发展对促进经济增长有至关重要的作用。板料成形技术作为制造业的重要组成部分，被广泛应用航空制造、高速列车、船舶以及现代建筑等领域。

在飞机制造中，蒙皮件作为飞机机体的主要零件，占飞机零件总数量的70％左右。飞机蒙皮件具有外形尺寸大、成形批量小并且结构复杂等特点，其主要的成形方式为拉伸成形。但是在拉伸成形过程中，飞机蒙皮内部会产生分布不均的应力，模具与飞机蒙皮之间会产生很大的摩擦力，使得成形后的蒙皮零件厚度不均，成形不充分，表面缺陷明显，极大地降低了蒙皮零件的成形质量，成形质量不佳的蒙皮零件只能丢弃，导致了材料的浪费。

为保证拉伸成形的飞机蒙皮的质量，和企业的经济成本，怎样快速实时的无损检测蒙皮拉伸缺陷的问题亟需解决。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置，旨在能够在加工过程中实时检测蒙皮拉伸的缺陷，进而在蒙皮拉伸过程中及时调整拉伸工艺，补救拉伸蒙皮。

本申请实施例提供了一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置，所述装置包括：声发射传感器阵列、拉伸设备、信号处理系统；

所述拉伸设备上设置有槽孔，所述拉伸设备用于拉伸所述蒙皮；

所述声发射传感器阵列安装在所述槽孔中，用于在所述拉伸设备对所述蒙皮进行拉伸的过程中，检测所述蒙皮产生的弹性波信号；

所述声发射传感器阵列将所述弹性波信号发送给所述信号处理系统；

所述信号处理系统通过VMD分解对所述弹性波信号进行分析，在所述弹性波信号的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

可选地，所述装置有两排所述声发射传感器阵列，两排所述声发射传感器阵列相对于所述拉伸设备的中心线水平对称分布；

任一所述声发射传感器阵列包含9个阵元，9个阵元按照固定间距直线排列。

可选地，所述声发射传感器阵列用于记录接收到所述弹性波信号的时刻信息；

在所述蒙皮预拉伸过程中，任取一排所述声发射传感器阵列的任意阵元S1与阵元S3，得到所述弹性波信号分别到达所述阵元S1和所述阵元S3的所述时刻信息t1和所述时刻信息t3；

再取另一排所述声发射传感器阵列的任意阵元S2，得到所述弹性波信号到达所述阵元S2的所述时刻信息t2；

计算得到所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S3的时间差：t13＝|t1-t3|，以及所述弹性波信号达到所述阵元S2和所述阵元S1的时间差t12＝|t1-t2|；

利用TDOA算法，定位所述缺陷位置。

可选地，所述装置还包括成形机构；所述成形机构包括模具；

在所述蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，所述蒙皮在所述模具的作用下变成曲面；

其中，以所述模具最高点连接而成的直线作为分界线将所述蒙皮分为两个区域，两排所述声发射传感器阵列分别检测所述两个区域的缺陷情况。

可选地，两排所述声发射传感器阵列分别记录所述两个区域接收到所述弹性波信号的时刻信息；

在所述蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，在同一排所述声发射传感器阵列中取任意四个阵元S1、S2、S3、S4,得到所述弹性波信号分别到达所述阵元S1、所述阵元S2、所述阵元S3和所述阵元S4的所述时刻信息t1、所述时刻信息t2、所述时刻信息t3和所述时刻信息t4；

计算得到所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S3的时间差：t13＝|t1-t3|，以及所述弹性波信号达到所述阵元S2和所述阵元S4的时间差t24＝|t2-t4|；

利用TDOA算法，定位所述缺陷位置。

可选地，所述夹钳开有槽孔；

所述夹钳用于夹住所述蒙皮的两侧，将所述蒙皮放置于所述模具的上表面，拉伸所述蒙皮；

所述夹钳和所述声发射传感器阵列间有干耦合材料，所述干耦合材料同时接触所述声发射传感器阵列和所述蒙皮。

可选地，所述干耦合材料用于保证所述声发射传感器阵列在所述蒙皮拉伸过程中贴合所述蒙皮；

所述干耦合材料还用于在所述蒙皮拉伸过程中，避免所述蒙皮和所述声发射传感器阵列因相互摩擦而产生干扰信号。

可选地，所述声发射传感器阵列中两端的两个阵元一直处于工作状态，其余阵元处于待机状态；

当任意阵元采集到过信噪阈值的信号，所述其余阵元启动开始工作。

可选地，所述信号处理系统包括信号提取模块和信号处理模块；

所述信号提取模块连接所述声发射传感器阵列，用于将接收的所述弹性波信号转换为数字信号，提取所述数字信号中的信号数据，并将所述信号数据发送给所述信号处理模块；

所述信号处理模块通过VMD分解对所述信号数据进行分析，在所述信号数据的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

可选地，所述信号处理模块包括：报警模块、PC模块、存储模块和显示模块；

所述PC模块用于通过VMD分解对所述信号数据进行分析，判断所述信号数据的各参数值是否大于正常阈值；

所述报警模块用于在所述信号数据的任一所述参数值大于正常阈值时，发出报警信号；

所述存储模块用于当所述报警模块发出报警信号时，存储所述信号数据大于正常阈值的所述参数值的参数信息；

所述PC模块还用于根据所述存储模块存储的所述参数信息，生成关联图；

所述显示模块用于显示所述关联图，方便工作人员调整对所述蒙皮的拉伸方案。

本申请实施例提供的蒙皮拉伸缺陷在线检测装置利用设置在拉伸设备凹槽中的声发射传感器阵列，采集飞机蒙皮因结构变化而产生的弹性波信号，并对采集的弹性波信号的参数值进行分析，进而在飞机蒙皮的拉伸过程中动态检测飞机蒙皮拉伸的缺陷。并记录声发射传感器阵列接收到弹性波信号的时刻信息，利用TDOA算法，定位缺陷的位置。

本申请实施例以动态检测和定位的方法，在飞机蒙皮在拉伸过程中确定弹性波信号发射源，以确定飞机蒙皮缺陷的位置，进而可以调整拉伸工艺或对飞机蒙皮进行裁剪等，以达到提高飞机蒙皮成品产出率、缩短飞机蒙皮加工时间周期以及飞机蒙皮缺陷智能化检测的目的。

附图说明

图1是本申请实施例蒙皮拉伸缺陷在线检测装置的结构示意图；

图2是本申请实施例凹槽的结构示意图；

图3是本申请实施例成形机构的组成结构示意图；

图4是本申请实施例信号处理系统的结构示意图；

图5是本申请实施例模具控制飞机蒙皮拉伸的示意图；

图6是本申请实施例飞机蒙皮预拉伸过程缺陷定位原理图；

图7是本申请实施例飞机蒙皮包覆过程和补拉伸过程缺陷定位原理图。

附图标记：1、声发射传感器阵列；2、拉伸设备；21、槽孔；22、夹钳；3、成形机构；31、模具；32、固定件；33、垫板；34、工作台；4、信号处理系统；41、信号放大器；42、高通滤波器；43、A/D转换模块；44、微控制器；45、PC模块；46、报警模块；47、存储模块；48、显示模块。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

相关技术中，飞机蒙皮拉伸的检测都是在飞机蒙皮加工完成之后进行的，检测人员使用检测装置扫描飞机蒙皮，若检测到飞机蒙皮存在缺陷，丢弃飞机蒙皮。然而飞机蒙皮加工完成需要经过轧板→退火→清理→固溶处理→拉伸成型→时效→机械加工→表面处理等多道工序，在飞机蒙皮加工完成之后进行蒙皮拉伸检测，会造成飞机蒙皮的无用加工，也会造成飞机蒙皮材料的浪费。

飞机蒙皮是一种合金材料，铝合金材料在拉伸过程中因晶体结构发生规则变化，产生规律的弹性波，当飞机蒙皮发生起皱或裂纹时，晶体结构变化不规则，产生振幅或能量波动较大的弹性波。

声发射检测技术检测到的是材料因拉伸变化产生的弹性波，所以对声发射检测技术采集到的弹性波进行参数分析，可以显示和记录正在扩展的缺陷。并且声发射检测技术检测到的是正在扩展的缺陷，可以用于整个材料物体。

根据声发射检测技术的以上特性，以及飞机蒙皮拉伸会产生动态的变化，本申请实施例将声发射检测技术用于飞机蒙皮拉伸缺陷实时检测，并结合飞机蒙皮尺寸较大的特点，设置两排声发射传感器阵列共同作用检测飞机蒙皮的拉伸质量。

本申请实施例用声发射传感器采集飞机蒙皮拉伸过程因晶体结构产生的弹性波信号，获取材料、构件或结构中所表达出来的信号特征，根据不同的特征信号可以判断材料的结构，进而判断进行拉伸的飞机蒙皮是发生起皱或裂纹。

本申请实施例将声发射传感器安装在飞机蒙皮的拉伸设备上，拉伸设备都是通过自身的夹钳夹住飞机蒙皮的两侧，通过液压缸驱动夹钳进行拉伸，因此本申请实施例将声发射传感器安装在拉伸设备夹钳所处的凹槽内。

与一般的板料成形工艺或技术不同的是，本申请实施例飞机蒙皮的加工尺寸较大，因此设置了两排声发射传感器阵列，分别安装在夹钳所处的，以拉伸设备中线为基准对称分布的凹槽上，所以两排声发射传感器阵列相对于飞机蒙皮必然地呈对称分布。

所述装置有两排所述声发射传感器阵列，两排所述声发射传感器阵列相对于所述拉伸设备的中心线水平对称分布；

任一所述声发射传感器阵列包含9个阵元，9个阵元按照固定间距直线排列。

本申请实施例中，一排声发射传感器阵列包含9个阵元，每个阵元的尺寸为R5cm×H8cm，声发射传感器阵列的所有阵元检测主频率为150KHz，通过均匀性，稳定性好。

9个阵元在拉伸设备的凹槽内按照10cm的距离进行直线排列，只有一排的第一个和最后一个阵元一直处于工作状态，其余阵元处于待机状态，其中任意一个阵元采集到过信噪阈值的信号，其他所有阵元启动开始工作，有效地降低了蒙皮拉伸缺陷在线检测装置的功耗。

在飞机蒙皮拉伸的加工现场，必定存在环境噪声的声波干扰和蒙皮拉伸缺陷在线检测装置本身的噪声干扰等，为了准确地采集到飞机蒙皮拉伸过程中所产生的弹性波信号，本申请实施例设置了信噪阈值。

例如，可先将信噪阈值设置为一个较小值，初次设置为30dB,然后将所有蒙皮拉伸缺陷在线检测装置开机空载运行，以30dB信噪阈值时采集到的信号的能量波形图分析，根据声发射传感器采集到的信号振幅值与能量值均为接近的稳定低值，可以初步确定设置30dB信噪阈值时，蒙皮拉伸缺陷在线检测装置采集到的多是噪声信号。为了得到合适的信噪阈值，从低值逐渐将信噪阈值提高到35dB、40dB，直到通过噪声波形图检测到声发射传感器采集的信号接近飞机蒙皮拉伸产生的弹性信号波的振幅值与能量值。

所述声发射传感器阵列中两端的两个阵元一直处于工作状态，其余阵元处于待机状态；

当任意阵元采集到过信噪阈值的信号，具体表现是声发射传感器的累计振铃数/最大载荷时累计振铃数(信噪阈值)≥1/3，所述其余阵元启动开始工作。

为了尽可能减小干扰信号，本申请实施例在拉伸设备的凹槽设置了干耦合材料作为耦合剂，干耦合材料在凹槽内同时接触声发射传感器和飞机蒙皮，减小飞机蒙皮在拉伸过程中与声发射传感器因相互摩擦而产生的干扰信号，以使声发射传感器阵列能采集更为完整的声发射信号。干耦合材料也能能保证声发射传感器在飞机蒙皮拉伸过程中能够紧紧贴合飞机蒙皮，实时监测蒙皮中的弹性波信号。

所述干耦合材料用于保证所述声发射传感器阵列在所述蒙皮拉伸过程中贴合所述蒙皮；

所述干耦合材料还用于在所述蒙皮拉伸过程中，避免所述蒙皮和所述声发射传感器阵列因相互摩擦而产生干扰信号的影响，保证声发射传感器阵列在飞机拉伸过程中能采集更为完整的弹性波信号。

具体应用中可以用热熔胶作为干耦合材料，热熔胶等干耦合材料有对材料本身无污染的优点。而现有技术下，耦合剂的常规一般有水、甘油或机油，虽然无明显腐蚀作用，但对材料本身仍会造成一定的沾染，影响材料的物理和化学性能，破坏结构的完整性。

本申请实施例提供的蒙皮拉伸缺陷在线检测装置除了安装有声发射传感器阵列，和安装有声发射传感器阵列的拉伸设备外，还有信号处理系统和成形机构。

参考图1，图1是本申请实施例蒙皮拉伸缺陷在线检测装置的结构示意图。

所述装置包括：声发射传感器阵列1、拉伸设备2、信号处理系统4；

所述拉伸设备上设置有槽孔，所述拉伸设备用于拉伸所述蒙皮；

所述声发射传感器阵列安装在所述槽孔中，用于在所述拉伸设备对所述蒙皮进行拉伸的过程中，检测所述蒙皮产生的弹性波信号；

所述声发射传感器阵列将所述弹性波信号发送给所述信号处理系统；

所述信号处理系统通过VMD分解对所述弹性波信号进行分析，在所述弹性波信号的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

参考图2，图2是本申请实施例凹槽的结构示意图。

拉伸设备2可以是任意现有的拉伸设备，拉伸设备2的夹钳开有槽孔21，槽孔21装有声发射传感器阵列1，干耦合材料放置于槽孔中同时接触声发射传感器阵列1和夹钳22

所述夹钳22开有槽孔21；

所述夹钳用于夹住所述蒙皮的两侧，将所述蒙皮放置于所述模具的上表面，拉伸所述蒙皮；

所述夹钳和所述声发射传感器阵列间有干耦合材料，所述干耦合材料同时接触所述声发射传感器阵列和所述蒙皮。

参考图3，图3是本申请实施例成形机构的组成结构示意图。

所述装置还包括成形机构3；所述成形机构包括模具31；

在所述蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，所述蒙皮在所述模具31的作用下变成曲面；

其中，以所述模具最高点连接而成的直线作为分界线将所述蒙皮分为两个区域，两排所述声发射传感器阵列分别检测所述两个区域的缺陷情况。

安装在拉伸设备2平台上的垫板33用于减缓传递到工作台34的振动，振动是飞机蒙皮拉伸过程中产生的，安装在垫板33上的模具31通过固定件32与工作台相连，工作台34用于支撑模具31，当工作台34受振动影响不稳定时，也会影响模具31的稳定性，进而影响模具上方的飞机蒙皮的拉伸。

本申请实施例提供的蒙皮拉伸缺陷在线检测装置的拉伸设备采用通过自身的夹钳夹住飞机蒙皮的两侧的方式进行拉伸，在拉伸过程中，声发射传感器阵列的两端的阵元采集到自发射源Q(x,y)发出的、超过信噪阈值的弹性信号波f(x),声发射传感器阵列所有阵元开始工作，共同采集发射源Q(x,y)发出的弹性信号波f(x)，并发送给信号处理系统。

信号处理系统通过VMD分解对弹性信号波f(x)进行分析，通过计算经分析后的弹性信号波f(x)的各参数值的参数信息，例如振幅幅度特征、功率谱特征、能量或时频特征，判断各参数值阈值宽度是否大于正常阈值，若大于正常阈值则发出报警信号。

振幅幅度特征、功率谱特征、能量或时频特征等参数值的正常阈值可通过任意现有方法确认，例如根据实验采集的，飞机蒙皮正常拉伸过程中弹性波信号的参数值的正常范围等方法。

本申请实施例信号处理系统采用的VMD分解法处理信号，具有抗干扰性强、安全系数高、自动化程度高、成本低廉的优点，VMD分解法处理信号还能定位飞机蒙皮在拉伸过程中出现的缺陷，及时维护补救，从而能提高飞机蒙皮成形质量。

参考图4，图4是本申请实施例信号处理系统的结构示意图，具体对信号处理系统4通过VMD分解对所述弹性波信号进行分析的过程详细说明。

所述信号处理系统包括信号提取模块和信号处理模块；

所述信号提取模块连接所述声发射传感器阵列，用于将接收的所述弹性波信号转换为数字信号，提取所述数字信号中的信号数据，并将所述信号数据发送给所述信号处理模块；

所述信号处理模块通过VMD分解对所述信号数据进行分析，在所述信号数据的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

所述信号处理模块包括报警模块、PC模块、存储模块和显示模块；

所述PC模块用于通过VMD分解对所述信号数据进行分析，判断所述信号数据的各参数值是否大于正常阈值；

所述报警模块用于在所述信号数据的任一所述参数值大于正常阈值时，发出报警信号；

所述存储模块用于当所述报警模块发出报警信号时，存储所述信号数据大于正常阈值的所述参数值的参数信息；

所述PC模块还用于根据所述存储模块存储的所述参数信息，生成关联图；

所述显示模块用于显示所述关联图，方便工作人员调整对所述蒙皮的拉伸方案。

声发射传感器阵列1的所有阵元的输出端都连接了信号提取模块的信号放大器41，信号放大器41将声发射传感器阵列1采集的微弱的弹性信号波f(x)进行放大处理。

信号放大器41的输出端连接信号提取模块的高通滤波器42，高通滤波器42将弹性信号波f(x)的干扰信号过滤掉，输入信号提取模块的A/D转换模块43，A/D转换模块43将弹性信号波f(x)转换为数字信号输入微控制器44，并由信号提取模块的微控制器44提取出各参数值的参数信息[A幅度；F频率；K能量；P相位]。

上述实施例中，飞机蒙皮的尺寸可以是220cm×100cm；A/D转换模块43可以是24位高精度A/D转化模块，输入电压9-24V，可测量24位高精度0-10V模拟量输入；微控制器44可以是32位处理器。

微控制器44的输出端连接信号处理模块的PC模块45，微控制器44将提取到的参数值的参数信息[A幅度；F频率；K能量；P相位]输入到PC模块45进行VMD分解处理。

PC模块45是信号处理系统中对弹性波信号参数值信息进行处理和分析的模块，相当于信息处理系统的“CPU”。

继续参考图4，信号处理模块的PC模块45连接了报警模块46、存储模块47和显示模块48。当PC模块45对参数值的参数信息[A幅度；F频率；K能量；P相位]经过分析计算后得到任一参数值大于其的正常阈值，报警模块46都会发出报警信号。

报警模块46支持8路报警信号，其主模块可连接多达六十四个扩展模块。使用一个主模块和若干个从模块可组成最多五百二十个报警点的报警器或报警系统，全方位对飞机蒙皮拉伸出现的缺陷进行提示。

PC模块45检测到从弹性信号波f(x)提取的参数值的参数信息[A幅度；F频率；K能量；P相位]超过其正常阈值时，存储模块47对超过正常阈值的参数值的参数信息[A幅度；F频率；K能量；P相位]包含的信号信息进行存储。

例如，A幅度信号信息可以是时刻信息t，相对于当前时刻信息t的幅度值等；F频率信号信息可以Δt内弹性波信号f(x)传输的距离l等。

报警模块46发出报警后，PC模块45根据存储模块47存储的关于弹性波信号f(x)的参数值的信号信息，生成弹性波信号f(x)的波形图，和A幅度、F频率、K能量和P相位关于持续时间、上升时间等的历程图，以及A幅度、F频率、K能量和P相位关于持续时间、上升时间等的关联图。并将波形图、历程图和关联图通过显示模块48显示出来，以使工作人员观察波形图、历程图和关联图，以判断拉伸的飞机蒙皮是否存在裂纹、起皱等安全隐患，便于在出现较小的缺陷时，适当调整拉伸工艺，或者在出现较大的缺陷时，对飞机蒙皮进行适当的裁剪或弃用等。

另外也可以在PC模块45外接打印机，将波形图、历程图和关联图打印出来，进行分析。

实际应用中，PC模块45具体可设置数据分析单元和阈值判定单元，数据分析单元通过VMD分解对参数值的参数信息[A幅度；F频率；K能量；P相位]进行分析，阈值判定单元分别对A幅度、F频率、K能量、P相位等参数值的参数信息进行判定。正常阈值根据不同参数的实际情况，和飞机蒙皮的实际拉伸状态，利用任意现有方法进行测定得到。

本申请实施例提供的蒙皮拉伸缺陷在线检测装置，在检测到拉伸的飞机蒙皮存在缺陷的情况下，进一步对缺陷位置进行定位。而对产生弹性信号波f(x)的发射源Q(x,y)位置定位，可完成对飞机蒙皮的缺陷位置的定位。

飞机蒙皮拉伸阶段主要分为预拉伸过程、包覆过程和补拉伸过程三个阶段。飞机蒙皮拉伸阶段在拉伸之前在拉伸设备进行设置，具体可以将预拉伸过程设置在T时间段，包覆过程设置在P时间段，补拉伸过程设置在R时间段。

根据本申请实施例可知，在飞机蒙皮不同拉伸过程中，通过成形机构3的模具31可以控制飞机蒙皮的拉伸轨迹。模具32作用于飞机蒙皮的下表面，通过作用力控制飞机蒙皮的拉伸轨迹。

参考图5，图5是本申请实施例模具控制飞机蒙皮拉伸的示意图。

预拉伸过程飞机蒙皮为平面，两排声发射传感器阵列作用于飞机蒙皮。

而在蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，飞机蒙皮在模具31的作用下变成曲面；以模具31最高点连接而成的直线作为分界线将分机蒙皮分为两个区域，两排声发射传感器阵列分别检测两个区域飞机蒙皮的缺陷情况，极大地提高了检测的精准度。

飞机蒙皮的预拉伸过程具体的定位方法是，所述声发射传感器阵列用于记录接收到所述弹性波信号的时刻信息；

根据声发射传感器阵列采集到弹性波信号f(x)记录的时刻信息，判断当前飞机蒙皮所处的拉伸阶段。若采集到的时刻信息t1处于T时间段内，信号处理系统的PC处理器45采取第一种计算方法，利用TDOA算法，定位弹性波信号f(x)发射源Q(x,y)的位置。

第一种计算方法：在所述蒙皮预拉伸过程中，任取一排所述声发射传感器阵列的任意阵元S1与阵元S3，得到所述弹性波信号分别到达所述阵元S1和所述阵元S3的所述时刻信息t1和所述时刻信息t3；

再取另一排所述声发射传感器阵列的任意阵元S2，得到所述弹性波信号到达所述阵元S2的所述时刻信息t2；

计算得到所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S3的时间差：t13＝|t1-t3|，以及所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S2的时间差t12＝|t1-t2|；

利用TDOA算法，定位所述缺陷位置。

参考图6，图6是本申请实施例飞机蒙皮预拉伸过程缺陷定位原理图。

阵元S1和S3是两排声发射传感器阵列中任意一排中任取的两个阵元，阵元S2是两排声发射传感器阵列的另一排中任取的一个阵元。声发射传感器阵列的阵元S1、S2、S3接收到Q(x,y)产生的弹性波信号f(x)时，会记录当前的时刻信息t1、t2、t3。

对于任意两个阵元S1和S3，因为Q(x,y)与两个阵元S1和S3之间的距离的差值一定，所以Q(x,y)产生的弹性波信号f(x)到达的时刻的差值t13是一定的。差值t13的固定值的大小决定于Q(x,y)到阵元S1和阵元S3的距离的差值。

已知t13＝|t1-t3|的情况下，确定双曲线1，双曲线1由到阵元S1和到阵元S3的距离的差值都是ΔL的点组成。假设弹性波信号f(x)在飞机蒙皮介质中传播的速度是v，那么ΔL＝|t1-t3|×v。

同理已知t12＝|t1-t2|，确定双曲线2，根据几何原理可知，双曲线1和双曲线2的交点就是弹性波信号f(x)的发射源Q(x,y)。

具体计算公式可以是：

其中(x₁,y₁)是阵元S1的坐标，(x₂,y₂)是阵元S2的坐标，(x₃,y₃)是阵元S3的坐标。以公式t₁₃＝|t1-t3|和t₁₂＝|t1-t2|计算可已知t₁₂和t₁₃。

通过上述公式计算得到Q(x,y)，完成对飞机蒙皮缺陷位置的定位。

若采集到的时刻信息t1处于P时间段或R时间段内，信号处理系统的PC处理器45采取第二种计算方法，利用TDOA算法，定位弹性波信号f(x)发射源Q(x,y)的位置。

参考图7，图7是本申请实施例飞机蒙皮包覆过程和补拉伸过程缺陷定位原理图。

两排所述声发射传感器阵列分别记录在所述两个区域中接收到所述弹性波信号的时刻信息；

在所述蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，在同一排所述声发射传感器阵列中取任意四个阵元S1、S2、S3、S4,得到所述弹性波信号分别到达所述阵元S1、所述阵元S2、所述阵元S3和所述阵元S4的所述时刻信息t1、所述时刻信息t2、所述时刻信息t3和所述时刻信息t4；

计算得到所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S3的时间差：t13＝|t1-t3|，以及所述弹性波信号达到所述阵元S2和所述阵元S4的时间差t24＝|t2-t4|；

利用TDOA算法，定位所述缺陷位置。

以曲面的两个区域的其中一个区域对第二种定位方法进行说明。

阵元S1、S2、S3、S4是检测当前区域的同一排声发射传感器阵列的任意四个阵元。

根据弹性波信号f(x)到达阵元S1和阵元S3的时刻信息t1和t3可以确定双曲线1,以同样的方式确定双曲线2，双曲线1和双曲线2在飞机蒙皮上的交点M(x,y)即是飞机蒙皮的缺陷位置。为区分于预拉伸过程对Q(x,y)的定位，飞机蒙皮的包覆过程或补拉伸过程以M(x,y)表示弹性波信号f(x)的发射源，也是飞机蒙皮的缺陷位置。

具体计算公式可以是：

其中其中(x₁,y₁)是阵元S1的坐标，(x₂,y₂)是阵元S2的坐标，(x₃,y₃)是阵元S3的坐标，(x₄,y₄)是阵元S4的坐标。以公式t₁₂＝|t1-t2|和t₃₄＝|t3-t4|计算阵元记录的时刻信息，可以已知t₁₂和t₃₄。

通过上述公式计算得到M(x,y)的位置。

具体的计算原理与飞机蒙皮的预拉伸过程相似，第二种计算方法对此不再多作赘述。

本申请实施例在飞机蒙皮的拉伸设备上设置两排对称的声发射传感器阵列，用声发射传感器阵列接收拉伸蒙皮过程中产生的弹性波信号，通过判断弹性波信号的各参数值来检测拉伸的蒙皮是否有缺陷，完成对蒙皮拉伸缺陷在线检测；同时利用声发射传感器阵列记录接收弹性波信号的时刻信息，利用TDOA算法，定位生成弹性波信号的发射源，完成对蒙皮拉伸缺陷的在线定位，并且操作简单。

以上对本申请所提供的一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种蒙皮拉伸缺陷在线检测装置，其特征在于，所述装置包括：声发射传感器阵列、拉伸设备、信号处理系统；

所述拉伸设备上设置有槽孔，所述拉伸设备用于拉伸所述蒙皮；

所述声发射传感器阵列安装在所述槽孔中，用于在所述拉伸设备对所述蒙皮进行拉伸的过程中，检测所述蒙皮产生的弹性波信号；

所述声发射传感器阵列将所述弹性波信号发送给所述信号处理系统；

所述信号处理系统通过VMD分解对所述弹性波信号进行分析，在所述弹性波信号的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置有两排所述声发射传感器阵列，两排所述声发射传感器阵列相对于所述拉伸设备的中心线水平对称分布；

任一所述声发射传感器阵列包含9个阵元，9个阵元按照固定间距直线排列。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述声发射传感器阵列用于记录接收到所述弹性波信号的时刻信息；

在所述蒙皮预拉伸过程中，任取一排所述声发射传感器阵列的任意阵元S1与阵元S3，得到所述弹性波信号分别到达所述阵元S1和所述阵元S3的所述时刻信息t1和所述时刻信息t3；

再取另一排所述声发射传感器阵列的任意阵元S2，得到所述弹性波信号到达所述阵元S2的所述时刻信息t2；

计算得到所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S3的时间差：t13＝|t1-t3|，以及所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S2的时间差t12＝|t1-t2|；

利用TDOA算法，定位所述缺陷位置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括成形机构；所述成形机构包括模具；

在所述蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，所述蒙皮在所述模具的作用下变成曲面；

其中，以所述模具最高点连接而成的直线作为分界线将所述蒙皮分为两个区域，两排所述声发射传感器阵列分别检测所述两个区域的缺陷情况。

5.根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于，两排所述声发射传感器阵列分别记录在所述两个区域中接收到所述弹性波信号的时刻信息；

在所述蒙皮的包覆过程或补拉伸过程中，在同一排所述声发射传感器阵列中取任意四个阵元S1、S2、S3、S4,得到所述弹性波信号分别到达所述阵元S1、所述阵元S2、所述阵元S3和所述阵元S4的所述时刻信息t1、所述时刻信息t2、所述时刻信息t3和所述时刻信息t4；

计算得到所述弹性波信号达到所述阵元S1和所述阵元S3的时间差：t13＝|t1-t3|，以及所述弹性波信号达到所述阵元S2和所述阵元S4的时间差t24＝|t2-t4|；

利用TDOA算法，定位所述缺陷位置。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述夹钳开有槽孔；

所述夹钳用于夹住所述蒙皮的两侧，将所述蒙皮放置于所述模具的上表面，拉伸所述蒙皮；

所述夹钳和所述声发射传感器阵列间有干耦合材料，所述干耦合材料同时接触所述声发射传感器阵列和所述蒙皮。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述干耦合材料用于保证所述声发射传感器阵列在所述蒙皮拉伸过程中贴合所述蒙皮；

所述干耦合材料还用于在所述蒙皮拉伸过程中，避免所述蒙皮和所述声发射传感器阵列因相互摩擦而产生干扰信号。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述声发射传感器阵列中两端的两个阵元一直处于工作状态，其余阵元处于待机状态；

当任意阵元采集到过信噪阈值的信号，所述其余阵元启动开始工作。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理系统包括信号提取模块和信号处理模块；

所述信号提取模块连接所述声发射传感器阵列，用于将接收的所述弹性波信号转换为数字信号，提取所述数字信号中的信号数据，并将所述信号数据发送给所述信号处理模块；

所述信号处理模块通过VMD分解对所述信号数据进行分析，在所述信号数据的参数值大于正常阈值时，发出报警信号，以提示用户所述蒙皮存在缺陷。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括报警模块、PC模块、存储模块和显示模块；

所述PC模块用于通过VMD分解对所述信号数据进行分析，判断所述信号数据的各参数值是否大于正常阈值；

所述报警模块用于在所述信号数据的任一所述参数值大于正常阈值时，发出报警信号；

所述存储模块用于当所述报警模块发出报警信号时，存储所述信号数据大于正常阈值的所述参数值的参数信息；

所述PC模块还用于根据所述存储模块存储的所述参数信息，生成关联图；

所述显示模块用于显示所述关联图，方便工作人员调整对所述蒙皮的拉伸方案。