CN111650217B - 一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，属于无损检测技术领域，解决了现有技术中变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量不好检测的问题。检测方法包括如下步骤：加工阶梯对比试块；将待测变厚度泡沫夹层构件划分检测区域，并依次编上序号S_i；确定阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M；将阶梯对比试块中的第s块至第M块挑选出来进行组合；采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数；采用与验证阶梯对比试块相同的检测参数，完成待测变厚度泡沫夹层构件S_i区域的检测。本发明的检测方法能够用来实现变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测。

Description

一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，特别涉及一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法。

背景技术

泡沫类材料因具备隔热、轻质等特点，作为隔热、透波等功能载体在航天飞行器的低温贮箱、天线罩透波材料、飞行器隔热材料等领域得到了广泛的应用。但是泡沫材料强度较低，为了增强泡沫材料的强度，泡沫一般与其他高强度材料粘接使用，泡沫主要起到功能材料作用。泡沫夹层构件为飞行器上常用的一种泡沫构件，通过胶膜/胶黏剂等将蒙皮、泡沫、基体等材料粘接在一起，蒙皮一般为玻璃纤维或者碳纤维复合材料，厚度一般为1-2mm，基体材料一般为厚度较大的金属材料或者复合材料，中间层为多孔泡沫，厚度可从几毫米到几十毫米。

泡沫夹层构件在成型的工艺过程中，通常先将蒙皮与泡沫粘接在一起，经过检测蒙皮与泡沫之间粘接质量无问题后，然后再粘贴在基体上。若泡沫夹层构件中泡沫与基体之间的粘接界面存在脱粘缺陷，在飞行过程中受到外界冲击载荷的影响，可能会产生泡沫材料脱落、损坏等状态，影响飞行器的安全，甚至可能导致严重的飞行事故，因此，需要对泡沫夹层构件的粘接质量进行无损检测。

泡沫夹层构件一般处于飞行器最外层，且基体材料内部往往还需要安装其他设备，故一般只适合从蒙皮外侧采用反射法进行检测。蒙皮通常为较薄的致密材料，可以采用常规的红外热波、超声波、敲击等传统方法检测蒙皮与泡沫之间的粘接质量，且可以在安装基体材料之前进行检测。而泡沫与基体材料之间的粘接缺陷只能在泡沫与基体粘接之后进行检测，且通常只能采用反射法检测，增加了检测难度。在对泡沫与基体粘接质量进行检测时，检测信号需要穿透泡沫并反射回来，由于泡沫材料的多孔、非导电、非铁磁性等特性，常规的超声波、渗透、磁粉、涡流、射线不适合检测泡沫与基体的粘接质量。由于泡沫材料一般具有良好的隔热性能，红外热波无法检测泡沫与基体的粘接缺陷。因此，常规的无损检测方法无法实现泡沫夹层构件中泡沫与基体之间的粘接质量，无法对粘接质量作出评价。目前有采用激光错位散斑技术来检测泡沫粘接质量的方法，但仅针对泡沫夹层平板构件开展了研究，研究对象均是厚度均匀的结构，且未涉及如何选择合适的激光错位散斑检测参数。而在很多领域中采用的泡沫夹层构件通常为非平板的异形结构，泡沫厚度为变厚度，并且不同区域或者不同泡沫厚度下检测的灵敏度要求也不同，目前针对变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法目前尚未研究，也没有涉及变厚度夹层泡沫构件检测参数选取方法的相关报告。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法。本发明的检测方法能够用来实现变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，检测方法包括如下步骤：

步骤1、加工阶梯对比试块；

步骤2、将待测的变厚度泡沫夹层构件划分检测区域，并依次编上序号S_i；其中，i为正整数；

步骤3、确定测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的验证阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M；

步骤4、将阶梯对比试块中的第s块至第M块挑选出来进行组合，作为Si区域检测的验证阶梯对比试块，其中，第s块的泡沫厚度为D_s，第M块的泡沫厚度为D_M；

步骤5、采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数；

步骤6、将验证阶梯对比试块从真空箱取出，将待测变厚度泡沫夹层构件放入真空箱内，保持与验证阶梯对比试块相同的焦距和检测参数，完成待测变厚度泡沫夹层构件S_i区域的检测；

步骤7、进行S_i+1区域的粘接质量检测。

进一步的，泡沫夹层构件粘接质量检测系统包括真空箱、CCD相机、计算机、激光源、真空管路、真空泵和真空表；真空泵通过真空管路与真空箱连接，真空泵为真空箱提供真空环境；CCD相机和激光源分别与计算机相连。

进一步的，步骤1中，阶梯对比试块自上而下包括蒙皮、泡沫及基体；泡沫与蒙皮、泡沫与基体之间采用胶膜或胶黏剂进行粘接；阶梯对比试块的数量为多个；基体上预置有脱粘缺陷；脱粘缺陷的数量为多个，脱粘缺陷的尺寸为多个。

进一步的，阶梯对比试块中每种厚度的泡沫下预置的脱粘缺陷的最小尺寸不大于该种厚度泡沫下要求检测出的最小缺陷尺寸。

进一步的，步骤3中，确定测量变厚度泡沫夹层构件的Si区域的验证阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M的方法为：测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的泡沫厚度的最小厚度T₁和最大厚度T₂，根据T₁、T₂确定测试该区域检测灵敏度时阶梯对比试块上对应的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M，D_M为不小于T₂但是最接近T₂的值，D_s为不大于T1但是最接近T1的值。

进一步的，步骤5中，采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数的步骤包括：

S51、将组合后的验证阶梯对比试块放入真空箱中，将蒙皮一面朝向真空箱的上表面一侧，且蒙皮表面近似与真空箱的上表面平行，激光透过真空箱的上表面照射在蒙皮表面，调整好激光源，保证激光源覆盖验证阶梯对比试块的蒙皮上；

S52、采用真空泵缓慢抽取真空箱内的空气，同时CCD相机开始采集验证阶梯对比试块的蒙皮表面在真空度逐渐升高过程中的激光错位散斑图像，并将图像传送至计算机中，当真空箱内真空度为N₀Pa，停止抽取空气和图像采集；

S53、在计算机上观测激光错位散斑图像，确定能够检测出缺陷的检测参数。

进一步的，S52中，缓慢抽取的抽取速度是：真空箱内压强降低的速度不超过30Kpa/min。

进一步的，上述S53中，当检测图像上出现“蝴蝶斑”状干涉条纹，表明对应的蒙皮区域下的泡沫与基体之间存在检测缺陷；观测检测图像中验证阶梯对比试块中不同厚度下可检测出的最小缺陷，当检测出的最小缺陷不大于待测泡沫夹层构件中对应厚度下要求检测出的缺陷，则检测参数符合检测要求；否则调整真空度N₀Pa，直至阶梯对比试块中检测出的缺陷满足待测构件的检测要求。

进一步的，步骤7中，当S_i+1区域所采用的阶梯对比试块与S_i区域所用的对比试块相同时，直接将检测区域移至S_i+1区域，保持相同的检测参数，将真空度抽至N₀Pa完成S_i+1区域的粘接质量检测；当根据S_i+1区域泡沫的厚度范围确定的对比试块与S_i区域所用的对比试块不同时，重复步骤3至6完成S_i+1区域的粘接质量检测。

进一步的，步骤7中，在对待测变厚度泡沫夹层构件的不同区域的粘接质量进行检测时，每完成一个区域检测后，需要将真空箱内恢复至大气压并等待2min再进行下一个区域的检测。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)本发明设计了阶梯对比试块，阶梯对比试块的泡沫具有不同厚度，可以用于不同厚度的泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测，具有一定的通用性；阶梯对比试块不仅能用于固定厚度的泡沫夹层构件的粘接质量检测，还可以用于变厚度的泡沫夹层构件的粘接质量检测。

2)本发明的阶梯对比试块中含有不同尺寸的脱粘缺陷，可以满足不同检测灵敏度要求的泡沫夹层构件的粘接质量检测需求。

3)本发明通过探测蒙皮表面离面位移变化来检测泡沫与基体的粘接质量，检测信号无需穿透泡沫，适合于从飞行器外表面进行检测。

4)本发明设计的阶梯对比试块可以重复利用，方便对批量产品进行检测。

5)本发明对泡沫夹层构件进行检测时先采用含有缺陷的对比试块来验证检测灵敏度，可以保证实际构件检测结果的可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1为本发明的泡沫夹层构件粘接质量检测系统示意图；

图2为本发明的阶梯对比试块示意图；

图3为本发明的泡沫与基体粘接界面预置缺陷示意图；

图4为本发明的检测区域划分示意图；

图5为本发明的缺陷对比试块检测图像；

图6为本发明的泡沫夹层构件检测图像；

图7为本发明的激光散斑检测原理图之一；

图8为本发明的激光散斑检测原理图之二；

图9为对比例1的工业CT检测图像。

附图标记：

1-泡沫夹层构件；2-真空箱；3-CCD相机；4-计算机；5-激光源；6-真空管路；7-真空泵；8-真空表；9-蒙皮；10-泡沫；11-基体；12-胶膜或胶黏剂；13-脱粘缺陷。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

本发明中的变厚度泡沫夹层构件自上而下包括蒙皮、泡沫及基体材料。蒙皮为玻璃纤维或者碳纤维复合材料，基体材料为金属材料或者复合材料，泡沫为多孔泡沫。泡沫与蒙皮、泡沫与基体之间采用胶膜或胶黏剂进行粘接。

本发明还提供了一种泡沫夹层构件粘接质量检测系统，如图1所示，粘接质量检测系统包括真空箱2、CCD相机3、计算机4、激光源5、真空管路6、真空泵7和真空表8；真空泵7通过真空管路6与真空箱2连接，真空泵7为真空箱2提供真空环境；CCD相机3和激光源5分别与计算机4相连。真空箱2的上表面为玻璃。

本发明的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法的原理是采用真空加载，利用压力差使得泡沫与基体脱粘处对应的蒙皮表面产生微小的离面位移，通过检测蒙皮表面的离面位移状态来解决泡沫与基体之间的粘接质量检测及评价问题。本发明根据泡沫夹层构件的泡沫厚度设计含有脱粘缺陷的阶梯对比试块，根据试块确定泡沫夹层构件的检测参数。将泡沫夹层构件放入真空箱2中并抽至一定真空度，粘接质量检测系统的激光源5发射激光照射在蒙皮表面，CCD相机3采集蒙皮表面反射的激光散斑干涉图像，泡沫与基体脱粘区域对应的蒙皮表面会产生离面位移，在产生离面位移过程中会形成散斑干涉条纹，根据条纹尺寸来判断泡沫与基体脱粘缺陷的大小。

需要说明的是，热加载不会引起表面变形，因为泡沫材料内部存在较多的微孔，热传导效果较差，泡沫材料具有较好的隔热效果，对温度不敏感，故不适用于泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测；内部加载一般适用于容器内的构件，就是在容器内加压力，使得容器壁内外压差不一样，该泡沫夹层构件无法采用；振动加载一般适用于薄壁金属或者复合材料叠层构件，需要采用专用振动源，加载方法复杂，且不适用于具有缓冲效果的泡沫材料，故不能采用振动加载。根据各种加载方法的特点及泡沫夹层构件的特点，选择真空加载。

本发明的阶梯对比试块，如图2所示，阶梯对比试块自上而下包括蒙皮9、泡沫10及基体11；蒙皮9为玻璃纤维或者碳纤维复合材料，基体11为金属材料或者复合材料，泡沫10为多孔泡沫；泡沫10与蒙皮9、泡沫10与基体11之间采用胶膜或胶黏剂13进行粘接；具体的，对比试块中泡沫的厚度应与泡沫夹层构件中的泡沫的厚度相同，但是考虑到大部分泡沫夹层构件为变厚度，所以阶梯对比试块的数量为多个，阶梯对比试块中的泡沫的厚度从小到大依次编号为D₁、D₂、D₃、D_N……，D_N表示第该阶梯对比试块中第N块对比试块中泡沫的厚度；基体11上预置有脱粘缺陷13。脱粘缺陷的数量为多个，脱粘缺陷的尺寸为不同的阶梯尺寸。

具体的，阶梯对比试块中的泡沫的厚度范围必须包含待测构件中泡沫的最大厚度及最小厚度，且包含验收要求中规定的缺陷尺寸临界值对应的泡沫厚度。

在一种可能的设计中，阶梯对比试块中第一块的泡沫的厚度为D₁，阶梯厚度差为d，则第N块对比试块厚度D_N可以为D₁+(N-1)×d。厚度D₁小于待测构件中泡沫的最小厚度，阶梯厚度差d根据待测构件中泡沫的最大厚度值与最小厚度值的差值T及阶梯对比试块数量N来确定。例如某泡沫夹层构件中泡沫厚度为6mm到17mm，验收要求中规定厚度为10mm的区域不能出现直径3mm的脱粘缺陷，厚度超过10mm的区域不能出现直径为4mm的脱粘缺陷，当阶梯厚度差为10-6＝4mm时，则需要加工厚度为6mm、10mm、14mm、18mm四种规格的阶梯对比试块，也可以将阶梯厚度差设置为7mm，则需要加工厚度为3mm、10mm、17mm三种规格的厚度；也可以将阶梯厚度设置为5mm，则需要加工5mm、10mm、15mm、20mm四种规格的厚度。

在一种可能的设计中，阶梯对比试块中第一块的泡沫的厚度为D₁，第N块对比试块厚度为D_N，D₁至D_N不按照等差数列来排布，验收要求中规定厚度为h的区域不能出现直径为d₁的脱粘缺陷，则阶梯对比试块中的泡沫的厚度范围包含待测构件中泡沫的最大厚度及最小厚度，且阶梯对比试块中存在D_i＝h。

值得注意的是，待测泡沫夹层构件中不同的泡沫厚度可能要求检测出的最小缺陷尺寸也不一样，一般说来，泡沫厚度越大，可检测出的脱粘缺陷尺寸也越大。比如10mm泡沫可能要求检测出直径为5mm的脱粘缺陷，而20mm泡沫下无法检测出直径为5mm的脱粘缺陷，可检测出的最小脱粘缺陷尺寸为10mm。因此，对比试块中泡沫与基体之间的脱粘缺陷尺寸也需要设计成不同的阶梯尺寸，泡沫夹层构件上不同部位对需要检测出的缺陷尺寸要求可能不一样，对比试块中设计阶梯缺陷尺寸以满足不同的缺陷检测要求。因此，脱粘缺陷的阶梯尺寸需包含验收要求中待测构件中所有需检测出的尺寸，并且包含多个必须检测出的尺寸略大以及略小的尺寸。例如某泡沫夹层构件中泡沫厚度为6mm到17mm，验收要求中规定厚度为10mm的区域不能出现直径3mm的脱粘缺陷，厚度超过10mm的区域不能出现直径为4mm的脱粘缺陷。那么在试块中预置缺陷时，必须同时包含直径为3mm、4mm的脱粘缺陷，同时为了表征该方法的检测能力，往往还需要加工一些比这些尺寸略大以及略小的尺寸，该系列对比试块中至少需要加工直径分别为2mm、3mm、4mm、5mm的缺陷。

具体的，阶梯对比试块中采用的胶膜或胶黏剂的牌号与泡沫夹层构件中所用的胶膜或胶黏剂的牌号相同；阶梯对比试块中采用的胶膜或胶黏剂厚度与泡沫夹层构件中所用的胶膜或胶黏剂厚度相同；阶梯对比试块上的蒙皮材料与待测泡沫夹层构件中采用的蒙皮材料相同；阶梯对比试块上的蒙皮厚度与待测泡沫夹层构件中的蒙皮厚度相同；阶梯对比试块上的泡沫材料与待测泡沫夹层构件中采用的泡沫材料相同。

考虑到实际产品中，泡沫强度远小于基体强度，检测过程中泡沫会发生变形，基体一般不会发生变形，基体不发生变形时，只要基体强度足够即可。因此，阶梯对比试块上的基体与泡沫夹层构件中所用的基体材料相同或相似，具体的，基体材料采用强度较大的致密复合材料或者金属材料，并加工成平板形状，基体材料的强度大于泡沫及蒙皮强度。示例性的，对比试块中的基体材料为钢板或铝板。

需要说明的是，基体材料的强度必须大于泡沫及蒙皮强度，这是因为激光散斑检测原理如下图7所示，泡沫与基体之间存在一处脱粘，脱粘处的压强为P1，当将产品放置在真空箱内抽取真空时，真空箱内的压强为P0，P0小于P1，受到压差的影响，泡沫表面会产生变形。此时，如果基体的材料小于泡沫的材料，那么可能基体就先变形，泡沫表面就不会变形；如果基体材料的强度与泡沫接近时，基体和泡沫都产生同时变形，共同分摊变形量，那么泡沫表面变形量就不会很明显。如果基体材料的强度大于泡沫材料的强度，那么只有泡沫表面产生变形，变形比较明显，有利于缺陷的检测。如果基体材料的强度小于或等于泡沫及蒙皮强度，泡沫表面变形较小或者无变形，不利于缺陷检测。

本发明提供了一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，采用上述泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，检测方法包括如下步骤：

步骤1、加工阶梯对比试块；阶梯对比试块自上而下包括蒙皮9、泡沫10及基体11；泡沫10与蒙皮9、泡沫10与基体11之间采用胶膜或胶黏剂进行粘接；阶梯对比试块的数量为多个；基体11上预置有脱粘缺陷；脱粘缺陷的数量为多个，脱粘缺陷的尺寸为多个；

步骤2、将待测的变厚度泡沫夹层构件划分检测区域，并依次编上序号S_i；其中，i为正整数；

步骤3、确定测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的验证阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M；

步骤4、将阶梯对比试块中的第s块至第M块挑选出来进行组合，作为S_i区域检测灵敏度验证阶梯对比试块，其中，第s块的泡沫厚度为D_s，第M块的泡沫厚度为D_M；

步骤5、采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数；

步骤6、将验证阶梯对比试块从真空箱2取出，将待测变厚度泡沫夹层构件1放入真空箱2内，保持与验证阶梯对比试块相同的焦距和检测参数，抽取真空度至完成N₀Pa，完成待测变厚度泡沫夹层构件S_i区域的检测；

步骤7、进行S_i+1区域的粘接质量检测。

具体的，上述步骤1中，阶梯对比试块为上述阶梯对比试块；其中，阶梯对比试块上的泡沫材料厚度根据待测泡沫夹层构件中泡沫的厚度来确定，需覆盖待测泡沫夹层构件中的泡沫的厚度范围，阶梯对比试块中泡沫的最小厚度不大于待测泡沫夹层构件中泡沫的最小厚度，阶梯对比试块中泡沫的最大厚度不小于待测泡沫夹层构件中泡沫的最大厚度。

具体的，上述步骤1中，阶梯对比试块在泡沫10与基体11的粘接界面预置脱粘缺陷。

具体的，如图3所示，上述步骤1中，阶梯对比试块的脱粘缺陷通过在泡沫与基体之间的胶膜/胶黏剂层上加工一定形状的通孔再固化形成。

具体的，上述步骤1中，阶梯对比试块预置的脱粘缺陷的形状根据检测要求来确定，通常为长方形或者圆形。

具体的，上述步骤1中，阶梯对比试块中每种厚度的泡沫下预置几种不同尺寸的脱粘缺陷，预置的脱粘缺陷的尺寸根据该种厚度泡沫要求检测出的缺陷尺寸来确定，以满足不同检测要求的泡沫夹层构件的检测需求。

具体的，上述步骤1中，阶梯对比试块中每种厚度的泡沫下预置的脱粘缺陷的最小尺寸不大于该种厚度泡沫下要求检测出的最小缺陷尺寸。

具体的，上述步骤2中，如图4所示，根据待测变厚度泡沫夹层构件的形状及粘接质量检测系统的单次有效检测面积，划分检测区域，并依次编上序号，划分的每一部分检测区域的面积均小于粘接质量检测系统的单次有效检测面积。对于厚度变化较大的构件，在划分区域时还需要考虑在每一区域内的所有厚度是否均能满足缺陷检测要求。

具体的，上述步骤3中，确定测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的验证阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M的方法为：测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的泡沫厚度的最小厚度T₁和最大厚度T₂，根据T₁、T₂确定测试该区域检测灵敏度时阶梯对比试块上对应的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M，D_M为不小于T₂但是最接近T₂的值，D_s为不大于T₁但是最接近T₁的值；若验收要求中规定厚度为h的区域不能出现直径为d₁的脱粘缺陷，则阶梯对比试块中存在D_i＝h。

具体的，确定对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M的原因为：对比试块的泡沫厚度必须尽量反映待测区域的泡沫厚度范围，不同厚度情况下，激光散斑能够检测出的最小缺陷尺寸是不一样的。一般说来，泡沫厚度越大，能够检测出的最小缺陷越大。例如，某区域泡沫厚度为5.7mm-11.3mm，而对比试块的厚度只有4mm、6mm、8mm、10mm、12mm几种规格，这时候需要选择4mm、6mm、8mm、10mm、12mm五种进行组合。如此能够确保选择的对比试块采用反映激光错位散斑检测时能够反映待测区域不同厚度泡沫下的缺陷检测能力，提高检测精度，防止检测时漏掉缺陷。

具体的，上述步骤4中，组合时将所挑选出来的试块相互紧贴在一起，蒙皮表面相互近似平行对齐，且近似在一个平面上。近似平行是为了保证对比试块中不同厚度泡沫表面的焦距近似相同，这样有利于得到清晰的检测图像，有利于提高检测精度。如果蒙皮表面不平，差异较大，必然有的蒙皮表面在最佳焦距下，有的蒙皮表面不在最佳焦距范围内，不在最佳焦距范围内的蒙皮在图像中就会不清晰。因此，当蒙皮表面近似平行且近似在一个平面，就能确保检测范围内的蒙皮均处于CCD相机最佳焦距范围内，从而获取高质量的检测图像。

具体的，上述步骤5中，采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数的步骤包括：

S51、将组合后的验证阶梯对比试块放入真空箱2中，将蒙皮一面朝向真空箱2的上表面一侧，且蒙皮表面近似与真空箱的上表面平行，激光透过真空箱的上表面照射在蒙皮表面，调整好激光源5，保证激光源5覆盖验证阶梯对比试块的蒙皮上；

S52、采用真空泵7缓慢抽取真空箱2内的空气，同时CCD相机3开始采集验证阶梯对比试块的蒙皮表面在真空度逐渐升高过程中的激光错位散斑图像，并将图像传送至计算机4中，当对比试块中需要检测出的缺陷均能清晰显示时，停止抽取空气和图像采集，记录此时的真空度N₀Pa，将N₀Pa作为实际构件该区域的检测真空度；

S53、在计算机4上观测激光错位散斑图像，确定能够检测出缺陷的检测参数。

具体的，上述S52中，激光散斑检测原理如下图8所示，未抽真空时的变形量为L0＝0，CCD相机采集0时刻的散斑图像T0，在抽取真空过程中，缺陷处的泡沫表面会发生变形，假设变形过程中第i时刻的变形量为Li，第i时刻CCD相机采集的散斑图像为Ti。以0时刻的散斑图像T0为基准，在数据采集过程中，用第i时刻的散斑图像去减T0，采集软件一直显示i时刻的散斑图像与0时刻散斑图的差值。当脱粘处的变形量Li刚好为激光半波长的整数倍时，采集软件上会显示清晰的干涉条纹。缺陷尺寸越大，可能越早出现干涉条纹。因此，真空度缓慢升高的过程中不断采集图像是为了观测蒙皮表面不同缺陷的干涉条纹变化情况，以确定选择合适的检测真空度。缓慢抽取的好处是为了保证蒙皮表面缓慢变形，CCD相机需要采集变形过程中的散斑图像，如果变形过程太快，CCD相机采集的变形图像太少，采集软件可能观测不到干涉条纹的散斑图像。

具体的，上述S52中，缓慢抽取的抽取速度是：以真空箱内压强降低的速度来定义抽取速度，真空箱内压强降低的速度不超过30Kpa/min。

具体的，上述S51中，真空箱中的对比试块应固定牢靠，保证检测过程中对比试块不能产生晃动；同时固定对比试块时不能使蒙皮待测表面产生挤压变形，避免在检测过程中由于蒙皮受到挤压应力的作用而产生逐渐变形。示例性的，当待测构件重量较重，可以放置在真空箱内即可；当待测构件重量较轻时，可以在真空箱内放置辅助支架，辅助支架通过磁力座吸附在真空箱上，然后辅助支架上有夹持工装，通过夹持工装将待测构件夹住。

具体的，上述S51中，调整CCD相机位置，保证CCD相机尽量位于待测区域法线上，CCD相机的镜头正对着采集区域；调整CCD相机的焦距，确保CCD相机可以透过玻璃采集蒙皮表面清晰的激光干涉散斑图像。

具体的，上述S53中，当检测图像上出现“蝴蝶斑”状干涉条纹，表明对应的蒙皮区域下的泡沫与基体之间存在检测缺陷；观测检测图像中验证阶梯对比试块中不同厚度下可检测出的最小缺陷，当检测出的最小缺陷不大于待测泡沫夹层构件中对应厚度下要求检测出的缺陷，则检测参数符合检测要求，该参数可以用于待测泡沫夹层构件S_i区域的粘接质量检测，且检测结果可以用于评定泡沫与基体的粘接质量，否则需要调整真空度N₀Pa，直至阶梯对比试块中检测出的缺陷满足待测构件的检测要求。

具体的，上述步骤7中，当完成S_i区域的泡沫与基体粘接质量检测后，测量S_i+1区域泡沫的厚度范围，根据S_i+1区域泡沫的厚度范围确定对比试块上对应的泡沫厚度最小值、最大值分别为D_N、D_M。当S_i+1区域所采用的阶梯对比试块与S_i区域所用的对比试块相同时，则可以直接将检测区域移至S_i+1区域，保持相同的检测参数，将真空度抽至N₀Pa完成Si+1区域的粘接质量检测。当根据Si+1区域泡沫的厚度范围确定的对比试块与S_i区域所用的对比试块不相同时，则需要重复步骤3、4、5完成S_i+1区域的粘接质量检测。

具体的，上述步骤7中，在对待测变厚度泡沫夹层构件的不同区域的粘接质量进行检测时，每完成一个区域检测后，需要将真空箱2内恢复至大气压并等待2min再进行下一个区域的检测。

具体的，完成待测变厚度泡沫夹层构件的所有区域检测后，根据泡沫夹层构件的检测要求对泡沫夹层构件的粘接质量做出评判。

实施例1

本实施例提供了一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，采用上述泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，泡沫夹层构件为平板构件，自上而下包括蒙皮、泡沫及基体；其中，蒙皮为玻璃纤维复合材料，厚度为1mm；基体的材料为不锈钢；中间层为泡沫，厚度为17mm，要求检测出泡沫与基体之间尺寸不小于40×40mm的缺陷。泡沫与蒙皮、泡沫与基体之间采用胶膜进行粘接。

检测方法包括如下步骤：

步骤1：根据待测泡沫夹层构件的结构特点加工缺陷对比试块，因为是平板构件，泡沫厚度均为为17mm，故只需要设计一个厚度的缺陷对比试块。

缺陷对比试块由蒙皮、泡沫、钢板组成；蒙皮采用与平板构件相同的蒙皮，厚度为1mm；钢板厚度为3mm；对比试块中泡沫采用与构件相同的泡沫，泡沫厚度为17mm；在对比试块的泡沫一面贴上胶膜并粘上蒙皮进行固化，采用红外或者敲击等方法对蒙皮与泡沫的粘接质量进行检测，确保粘接界面无脱粘缺陷；对胶膜按照图4进行加工，形成四块无胶膜的方形区域，方形区域的尺寸分别为20mm×20mm、30mm×30mm、40mm×40mm、50mm×50mm。将加工后的胶膜贴在钢板上，然后将无脱粘的蒙皮及泡沫粘接在钢板上进行固化得到缺陷对比试块，无胶膜区域在固化后形成脱粘区域。

步骤2：将缺陷对比试块放入真空箱中，蒙皮一侧朝向真空箱的玻璃窗口，且蒙皮表面近似平行于玻璃；将对比试块在真空内固定好，确保检测过程中不会晃动，且蒙皮表面未产生挤压变形。

步骤3：调整激光源的方向和位置，使激光均匀照射在对比试块表面。

步骤4：调整CCD相机的位置，CCD相机镜头到蒙皮表面的距离为300mm，同时确保相机镜头可以垂直采集蒙皮的表面图像；调整相机的焦距，使得CCD相机采集到清晰的图像。

步骤5：关闭真空箱侧门，同时打开图像采集软件；启动真空泵，抽取真空箱内空气，同时采集蒙皮表面的错位散斑干涉图像；当真空箱内真空度达到0.003Mpa时，停止抽取真空，图像采集结束。

步骤6：观测对比试块的缺陷检测结果，检测结果见图5，图中出现错位的“蝴蝶”斑图像区域即为泡沫与基体的脱粘缺陷区域。从图中可以观测到尺寸为30mm×30mm、40mm×40mm、50mm×50mm三个缺陷，可观测到的最小缺陷为30mm×30mm，而平板构件要求能检测出不小于40mm×40mm的脱粘缺陷，故满足平板构件的检测要求。

步骤7：打开真空箱侧门，将对比试块取出，将待测泡沫夹层构件放入真空箱内，固定好待测泡沫夹层构件，并将蒙皮表面对着真空箱玻璃一侧，关好真空箱。

步骤8：启动真空泵，抽取真空箱内空气至0.003Mpa，同时采集抽取真空过程的蒙皮表面散斑干涉图像。

步骤9：观测蒙皮表面的检测图像，如图6所示，蒙皮表面未发现错位的“蝴蝶斑”图像，该泡沫夹层构件的泡沫与基体粘接界面无尺寸超过40mm×40mm的脱粘缺陷，产品质量合格。

实施例2

本实施例提供了一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，采用上述泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，泡沫夹层构件为变厚度泡沫夹层构件，自上而下包括蒙皮、泡沫及基体；其中，蒙皮为玻璃纤维复合材料，厚度为1mm；基体的材料为不锈钢，厚度为3mm；中间为泡沫，厚度为6到19mm，检测要求为泡沫厚度不超过10mm区域不能出现尺寸超过30mm×30mm的脱粘缺陷，泡沫厚度不超过15mm区域不能出现尺寸超过40mm×40mm的脱粘缺陷，泡沫厚度不超过20mm区域不能出现尺寸超过50mm×50mm的脱粘缺陷。

检测方法包括如下步骤：

步骤1：根据待测泡沫夹层构件的结构特点加工缺陷对比试块，因为是变厚度构件，泡沫厚度为6到19mm，故对比试块中需包含几种不同厚度泡沫。

缺陷对比试块由蒙皮、PMI泡沫、钢板组成；蒙皮采用与平板构件相同的蒙皮，厚度为1mm；钢板厚度为3mm；对比试块中泡沫采用与构件相同的PMI泡沫，制作4种不同厚度的对比试块，分别命名为D₁、D₂、D₃、D₄，对比试块中泡沫厚度分别为5mm、10mm、15mm、20mm。

在对比试块的泡沫与钢板之间的胶膜上预置不同尺寸的方形缺陷，区域的尺寸分别为10mm×10mm、20mm×20mm、30mm×30mm、40mm×40mm、50mm×50mm，通过固化等工艺获取脱粘缺陷对比试块，采用红外或者敲击、DR等方法对对比试块内部质量进行检测，确保蒙皮粘接界面无脱粘缺陷，脱粘缺陷均处于泡沫与钢板之间的界面。

步骤2：将待测的变厚度泡沫夹层构件划分检测区域，并依次编上序号S_i；其中，i为正整数；i＝2，选定检测区域S₂。

步骤3、检测区域S₂泡沫的厚度范围为7到14mm，故变厚度泡沫夹层构件的S₂区域的阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D₁为5mm，最大值D₃为15mm。

步骤4、将阶梯对比试块中的第1块至第3块挑选出来进行组合，作为S₂区域检测的验证阶梯对比试块；阶梯对比试块中泡沫厚度分别为5mm、10mm、15mm。

步骤5、将挑选出来的阶梯对比试块放入真空箱内，蒙皮一侧朝向真空箱的玻璃窗口，且蒙皮表面近似平行于玻璃；将对比试块在真空内固定好，确保检测过程中不会晃动，且蒙皮表面未产生挤压变形。

步骤6：调整CCD相机的位置，确保相机镜头可以垂直采集蒙皮的表面图像；调整相机的焦距，使得CCD相机采集到清晰的图像。

步骤7：关闭真空箱，同时打开图像采集软件；启动真空泵，抽取真空箱内空气，同时采集蒙皮表面的错位散斑干涉图像，观测对比试块中脱粘缺陷的散斑图像。当真空箱内的气压达到0.003Mpa时，可以观测到尺寸不超过20mm×20mm的脱粘缺陷，停止抽取真空，图像采集结束。

步骤8：观测对比试块的缺陷检测结果，阶梯对比试块中泡沫厚度为5mm区域可以观测到尺寸为20mm×20mm脱粘缺陷，厚度为10mm区域可以观测到尺寸30mm×30mm脱粘缺陷，厚度为15mm区域可以观测到尺寸为40mm×40mm脱粘缺陷，故该对比试块的检测结果满足该变厚度泡沫构件的缺陷检测要求，可以采用相同的检测参数对S₂区域的泡沫与基体粘接质量进行检测。

步骤9：打开真空箱侧门，将对比试块取出，将待测泡沫夹层构件放入真空箱内，并将蒙皮表面对着真空箱玻璃一侧，保持与对比试块相同的焦距和参数，调整构件位置，固定好待测泡沫夹层构件，关好真空箱。

步骤10：启动真空泵，抽取真空箱内空气至0.003Mpa，同时采集抽取真空过程的蒙皮表面散斑干涉图像。

步骤11：观测蒙皮表面的检测图像，蒙皮表面未发现错位的“蝴蝶斑”图像，该泡沫夹层构件的S₂区域内不存在尺寸超标的脱粘缺陷，S₂区域产品质量合格。

步骤12：重复步骤2-步骤11，完成所有区域的检测，所有检测区域内均未发现尺寸超标缺陷，该件产品质量合格。

检测方法包括如下步骤：

对比例1

对于实施例1中，我们尝试过采用超声、工业CT、红外、敲击等方法进行检测，均无法检测出脱粘缺陷，采用真空加载的激光错位散斑可以有效检测出脱粘缺陷。

以工业CT为例，其检测图像如下图9，由于泡沫为低密度多孔材料，其在工业CT图像中无法有效识别，无法判断泡沫与钢板的粘接状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，检测方法包括如下步骤：

步骤1、加工阶梯对比试块；

步骤2、将待测的变厚度泡沫夹层构件划分检测区域，并依次编上序号S_i；其中，i为正整数；

步骤3、确定测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的验证阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M；

步骤4、将阶梯对比试块中的第s块至第M块挑选出来进行组合，作为S_i区域检测的验证阶梯对比试块，其中，第s块的泡沫厚度为D_s，第M块的泡沫厚度为D_M；

步骤5、采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数；

步骤6、将验证阶梯对比试块从真空箱(2)取出，将待测变厚度泡沫夹层构件(1)放入真空箱(2)内，保持与验证阶梯对比试块相同的焦距和检测参数，完成待测变厚度泡沫夹层构件S_i区域的检测；

步骤7、进行S_i+1区域的粘接质量检测。

2.根据权利要求1所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述泡沫夹层构件粘接质量检测系统包括真空箱(2)、CCD相机(3)、计算机(4)、激光源(5)、真空管路(6)、真空泵(7)和真空表(8)；真空泵(7)通过真空管路(6)与真空箱(2)连接，真空泵(7)为真空箱(2)提供真空环境；CCD相机(3)和激光源(5)分别与计算机(4)相连。

3.根据权利要求1或2所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述步骤1中，阶梯对比试块自上而下包括蒙皮(9)、泡沫(10)及基体(11)；泡沫(10)与蒙皮(9)、泡沫(10)与基体(11)之间采用胶膜或胶黏剂进行粘接；阶梯对比试块的数量为多个；基体(11)上预置有脱粘缺陷；脱粘缺陷的数量为多个，脱粘缺陷的尺寸为多个。

4.根据权利要求3所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述阶梯对比试块中每种厚度的泡沫下预置的脱粘缺陷的最小尺寸不大于该种厚度泡沫下要求检测出的最小缺陷尺寸。

5.根据权利要求4所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述步骤3中，确定测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的验证阶梯对比试块的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M的方法为：测量变厚度泡沫夹层构件的S_i区域的泡沫厚度的最小厚度T₁和最大厚度T₂，根据T₁、T₂确定测试该区域检测灵敏度时阶梯对比试块上对应的泡沫厚度最小值D_s和最大值D_M，D_M为不小于T₂但是最接近T₂的值，D_s为不大于T₁但是最接近T₁的值。

6.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述步骤5中，采用泡沫夹层构件粘接质量检测系统进行检测，确定能够检测出缺陷的检测参数的步骤包括：

S51、将组合后的验证阶梯对比试块放入真空箱(2)中，将蒙皮一面朝向真空箱(2)的上表面一侧，且蒙皮表面近似与真空箱的上表面平行，激光透过真空箱的上表面照射在蒙皮表面，调整好激光源(5)，保证激光源(5)覆盖验证阶梯对比试块的蒙皮上；

S52、采用真空泵(7)缓慢抽取真空箱(2)内的空气，同时CCD相机(3)开始采集验证阶梯对比试块的蒙皮表面在真空度逐渐升高过程中的激光错位散斑图像，并将图像传送至计算机(4)中，当真空箱内真空度为N₀Pa，停止抽取空气和图像采集；

S53、在计算机(4)上观测激光错位散斑图像，确定能够检测出缺陷的检测参数。

7.根据权利要求6所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述S52中，缓慢抽取的抽取速度是：真空箱内压强降低的速度不超过30Kpa/min。

8.根据权利要求7所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，上述S53中，当检测图像上出现“蝴蝶斑”状干涉条纹，表明对应的蒙皮区域下的泡沫与基体之间存在检测缺陷；观测检测图像中验证阶梯对比试块中不同厚度下可检测出的最小缺陷，当检测出的最小缺陷不大于待测泡沫夹层构件中对应厚度下要求检测出的缺陷，则检测参数符合检测要求；否则调整真空度N₀Pa，直至阶梯对比试块中检测出的缺陷满足待测构件的检测要求。

9.根据权利要求8所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述步骤7中，当S_i+1区域所采用的阶梯对比试块与S_i区域所用的对比试块相同时，直接将检测区域移至S_i+1区域，保持相同的检测参数，将真空度抽至N₀Pa完成S_i+1区域的粘接质量检测；当根据S_i+1区域泡沫的厚度范围确定的对比试块与S_i区域所用的对比试块不同时，重复步骤3至6完成S_i+1区域的粘接质量检测。

10.根据权利要求9所述的变厚度泡沫夹层构件的泡沫粘接质量检测方法，其特征在于，所述步骤7中，在对待测变厚度泡沫夹层构件的不同区域的粘接质量进行检测时，每完成一个区域检测后，需要将真空箱(2)内恢复至大气压并等待2min再进行下一个区域的检测。

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