CN114354620B - 一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，属于无损检测技术领域，解决了现有技术中对于复杂型面大体积大重量零件，检测过程复杂，需定位多次，位置调整多次，才能完整完成太赫兹检测的技术问题。本发明的检测方法包括：步骤1、粘接前，对预置脱粘布或金属片的尺寸进行测量并记录，随后在筒形样件上进行预置缺陷位置标记；步骤2、根据步骤1确定的预置脱粘布或金属片尺寸以及筒形样件上的预置缺陷位置标记，在筒形样件上制备不同半径、不同厚度的预置缺陷；步骤3、对筒形样件进行位置标定，并确定检测路径；步骤4：采集检测数据；步骤5、对采集的检测数据进检测数据分析。本发明实现了对复杂型面产品粘接质量的检测评价。

Description

一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法。

背景技术

热防护多层复合材料具有优良的隔热性能，广泛应用于多种飞行器的外隔热结构中以保护成件，热防护多层复合材料的敷设采用最适合的方式是胶接，多层复合材料的粘接存在粘接性能控制困难、胶层力学性能检测难度大、有效粘接面积检测异常困难等问题。

太赫兹时域光谱技术是一种由飞秒激光激发产生太赫兹脉冲的新型光谱技术，通过宽频带的太赫兹脉冲发射和接收检测前后的振幅变化及其飞行时间等参量来携带太程中，太赫兹检测系统灵敏度随着太赫兹检测系统设备参数及材料种类的变化有所改变，太赫兹检测系统能够对热防护材料粘接面进行内部质量检测，对于平板类材料，通过太赫兹检测机械臂能够通过轴调整进行检测，但是检测的范围有一定的限制，对于复杂型面大体积大重量零件，尤其是无明显特征的圆筒类零件，检测过程复杂，需定位多次，位置调整多次，才能完整完成太赫兹检测，检测准备时间较长。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，用以解决现有技术对于复杂型面大体积大重量零件，尤其是无明显特征的圆筒类零件，检测过程复杂，需定位多次，位置调整多次，才能完整完成太赫兹检测，检测准备时间较长的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，该检测方法包括以下步骤：

步骤1、粘接前，对预置脱粘布或金属片的尺寸进行测量并记录，随后在筒形样件上进行预置缺陷位置标记；

步骤2、根据步骤1确定的预置脱粘布或金属片尺寸以及筒形样件上的预置缺陷位置标记，在筒形样件上制备不同半径、不同厚度的预置缺陷；

步骤3、对筒形样件进行位置标定，并确定检测路径；

步骤4：采集检测数据；

步骤5、对采集的检测数据进检测数据分析。

进一步地，在步骤3中，筒形样件位置标定过程为：将步骤2得到设的含有预置缺陷的筒形样件放置于转台中心，筒形样件的圆心与转台中心重合，对筒形样件的曲面分四段进行检测，先对第一段曲面定位，在第一段曲面上选取ABC三点，ABC三点对应的定位坐标输入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中，进行确定检测路径。

进一步地，在步骤3中，确定检测路径的过程包括以下子步骤为：

步骤31、首先根据步骤2的筒形样件建立筒形样件模型，然后将筒形样件模型导入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中；

步骤32、通过机械臂对筒形样件进行三点坐标标定，标定后在筒形样件模型上建立坐标系；

步骤33、根据筒形样件的预置缺陷的厚度，确定机械臂的控制手柄上的探头伸出长度；

步骤34、确定检测面、检测起点及检测终点；

步骤35、确定加工工法、检测间距；

步骤36、确定检测路径，生成检测路径。

进一步地，在步骤4中，将步骤3生成的检测路径导入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中，并生成机器人离线程序，将机器人离线程序导入机器人控制柜中，对机器人离线程序进行检测，得到检测数据。

进一步地，在步骤4中，机器人控制柜能够控制机器人的机械臂及与机械臂连接的控制手柄，控制手柄上设有机械探头；

将步骤3生成的机器人离线程序导入机器人的机械臂的控制手柄中，机械手柄控制机械探头对筒形样件进行检测，得到太赫兹检测时域波形数据图，通过太赫兹时域光谱无损检测数据采集软件，经过反卷积后的太赫兹检测时域波形反卷积图像，得到检测数据。

进一步地，在步骤5中，将采集的检测数据导入智能太赫兹无损检测数据分析软件进行检测数据分析，并生成检测报告；

分析过程包括：根据不同区域特征不同，进一步分析不同区域的特征波形，对比正常粘接缺陷的波形，对存在异常区域通过选取感兴趣区，筛选同类特征区域，得到缺陷部分的分析图像，通过缺陷尺寸测量，得到缺陷的尺寸。

进一步地，上述太赫兹检测方法还包括步骤6；

步骤6、对筒形样件的第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面分别进行检测，筒形样件的第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面的检测过程与第一段曲面的检测过程相同；

第二段曲面的三个定位点的确定过程为：通过遥控控制转台旋转90°，筒形样件第一段曲面的三个定位点(A,B,C)沿着同一方向旋转90°，A点坐标旋转后为原B点坐标，得到A’，B点坐标旋转后为原A点坐标沿X轴正向增加直径长度，得到B’，C点坐标旋转后为B点旋转后减去筒形样件的筒高度，得到C’；按照空间90°旋转获得第二段曲面的检测的三个定位点坐标(A’,B’，C’)，对样件的第2～4段进行太赫兹检测，对后续的部分重复以上步骤；

第三段曲面和第四段曲面的三个定位点的确定过程与第二段曲面上三个定位点的确定过程相同。

进一步地，在步骤2中，制备不同半径和不同厚度的预置缺陷的过程为：

选用不同厚度、不同半径的圆形脱粘布或金属片并预埋到筒形样件的粘接胶层中，加压固化后，从筒形样件的粘结胶层中抽出脱粘布或金属片，脱粘布或金属片在粘结胶层中形成的空腔形成预置缺陷。

进一步地，在步骤1中，筒形样件的半径分别为100、150和200mm；

进一步地，在步骤2中，预置缺陷为半圆形缺陷；半圆型缺陷的厚度分别为0.1mm、0.15mm、0.2mm和0.25mm，半圆型缺陷的半径分别为2mm、5mm、10mm和15mm。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明提供的用于复杂型面热防护粘结层的太赫兹检测方法，适用于筒形样件，该方法利用机械臂对筒形样件进行调整，检测范围不受限，尤其对于复杂型面大体积大重量零件，检测过程简单不复杂，仅仅通过少数次的定位调整和位置调整就能完成太赫兹检测，另外，太赫兹检测准备时间也比较短。

(2)本发明能够对100t及以上的筒形样件进行太赫兹检测，本发明实现了对复杂型面产品粘接质量的检测评价。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点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说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

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，相同的参考符号表示相同的部件。

图1预置缺陷试块制作示意图；

图2为检测方法具体步骤示意图；

图3为三点坐标系创建示意图；

图4为对产品的分区示意图一；

图5为对产品的分区示意图二；

图6为检测图像。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，如图1和图2所示，具体包括以下步骤：

步骤1、粘接前，对预置脱粘布或金属片的尺寸进行测量并记录，随后在筒形样件上进行预置缺陷位置标记；

步骤2、根据步骤1确定的预置脱粘布或金属片尺寸以及筒形样件上的预置缺陷位置标记，在筒形样件上制备不同半径、不同厚度的预置缺陷；

步骤3、对筒形样件进行位置标定，并确定检测路径；

步骤4：采集检测数据；

步骤5、对采集的检测数据进检测数据分析。

与现有技术相比，本发明提供的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，该方法能够提高检测复杂型面热防护层的效率及精度。

在上述步骤1中，筒形样件的半径分别为100、150和200mm；

在上述步骤2中，制备不同半径和不同厚度的预置缺陷的过程为：选用不同厚度、不同半径的圆形脱粘布或金属片并预埋到筒形样件的粘接胶层中，加压固化后，从筒形样件的粘结胶层中抽出脱粘布或金属片，脱粘布或金属片在粘结胶层中形成的空腔形成预置缺陷。例如，预置缺陷为半圆形缺陷；半圆型缺陷的厚度分别为0.1mm、0.15mm、0.2mm和0.25mm，半圆型缺陷的半径分别为2mm、5mm、10mm和15mm。

在上述步骤3中，如图3至图4所示，筒形样件位置标定过程为：将步骤2得到的含有预置缺陷的筒形样件放置于转台中心，筒形样件的圆心与转台中心重合，对筒形样件的曲面分四段进行检测，优选地，沿筒形样件周向均匀分为四段，即周向的四分之一为一段，先对第一段曲面定位，在第一段曲面上选取ABC三点，根据ABC三点对应的定位坐标，确定检测路径。

需要说明的是，采用三点定位法选取ABC三点，先选取一个点A，再选取点B，点B距离点A具有50mm以上的距离，再选1个都不平行的点C。

进一步地，在上述步骤3中，确定检测路径的过程包括以下子步骤为：

步骤31、首先根据步骤2的筒形样件建立筒形样件模型，然后将筒形样件模型导入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中；

步骤32、通过机械臂对筒形样件进行三点坐标标定，标定后在筒形样件模型上建立坐标系；

步骤33、根据筒形样件的预置缺陷的厚度，确定机械臂的控制手柄上的探头伸出长度；

步骤34、确定检测面、检测起点及检测终点；

步骤35、确定加工工法、检测间距；

步骤36、根据预置缺陷确定检测路径，生成检测路径。

需要说明的是，在上述步骤33中，预置缺陷的厚度与探头伸出长度之间的对应关系式为：

针对3英寸镜头，探头的伸出长度为：

L1＝76-d1 (1)

其中，L1为探头伸出长度，mm；d1为筒形样件厚度，mm。

针对4.5英寸镜头，探头的伸出长度为：

L2＝115-d1 (2)

其中，L2为探头伸出长度，mm；d1为筒形样件厚度，mm。

在上述步骤4中，如图2所示，将步骤3生成的检测路径导入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中，并生成机器人离线程序，将机器人离线程序导入机器人控制柜中，对机器人离线程序进行检测，得到检测数据。机器人控制柜能够控制机器人的机械臂及与机械臂连接的控制手柄，控制手柄上设有机械探头；将步骤3生成的机器人离线程序导入机器人的机械臂的控制手柄中，机械手柄控制机械探头对筒形样件进行检测，得到太赫兹检测时域波形数据图，通过太赫兹时域光谱无损检测数据采集软件，经过反卷积后的太赫兹检测时域波形反卷积图像，得到检测数据。

在上述步骤5中，将采集的检测数据进行检测数据分析，并生成检测报告；检测数据分析过程包括：根据不同区域特征不同，进一步分析不同区域的特征波形，对比正常粘接缺陷的波形，对存在异常区域通过选取感兴趣区，筛选同类特征区域，得到缺陷部分的分析图像，通过缺陷尺寸测量，得到缺陷的尺寸。示例性地，将采集的检测数据导入智能太赫兹无损检测数据分析软件进行检测数据分析。

还需强调的是，本发明的太赫兹检测方法还包括步骤6；

步骤6、对筒形样件的第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面分别进行检测；筒形样件的第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面的检测过程与第一段曲面的检测过程相同；

第二段曲面的三个定位点的确定过程为：如图4所示，通过遥控控制转台旋转90°，筒形样件第一段曲面的三个定位点(A,B,C)沿着同一方向旋转90°，A点坐标旋转后为原B点坐标，得到A’，B点坐标旋转后为原A点坐标沿X轴正向增加直径长度，得到B’，C点坐标旋转后为B点旋转后减去筒形样件的筒高度，得到C’；按照空间90°旋转获得第二段曲面的检测的三个定位点坐标(A’,B’，C’)，对样件的第2～4段进行太赫兹检测，对后续的部分重复以上步骤；

第三段曲面和第四段曲面的三个定位点的确定过程与第二段曲面上三个定位点的确定过程相同。

需要说明的是，采用三点定位法选取ABC三点，先选取一个点A，再选取点B，点B距离点A具有50mm以上的距离，再选1个都不平行的点C。其中，点A为基坐标系(工件坐标系)的原点；点B为正向X轴上的点，点C为XY平面上的一个带有正Y值的点。

需要说明的是，本发明的筒形样件的重量为100t及以上。

需要解释的是，上述用的机器人为KUKA机器人，另外，用到的智能太赫兹无损检测路径离线规划软件、KUKA机器人控制柜、太赫兹时域光谱无损检测数据采集软件、智能太赫兹无损检测数据分析软件均未现有软件，其具体组成不再赘述。

实施例1

本实施例提供了一种复杂型面热防护粘接结构太赫兹检测方法，具体过程如下：

步骤1、如表1所示，制备半径分别为100、150、200mm的筒形样件，分别在筒形样件的复合材料与铝合金粘接层分别通过脱模布或金属片预置厚度为0.1、0.15、0.2、0.25mm，半径为2、5、10、15mm的半圆型缺陷，如图1所示，从而得到粘接样件，模拟不同曲率的复杂型面产品。

表1半圆型预置缺陷粘接样件规格系列

步骤2、将筒形样件的圆心与转台中心重合，根据机械臂的活动范围及检测稳定性，对筒形样件的曲面分为四段进行检测，即每四分之一为一段，对第一段进行定位，选取ABC三点，定位坐标输入路径规划系统，通过路径规划，检测步距，采样点数，设置检测路径，通过模拟检测检查危险点，然后检测路径规划数据通过采样软件传输到机器人程序中，太赫兹探头选择向前进行检测，启动检测机械臂对筒形样件进行太赫兹扫描成像检测，利用太赫兹时域光谱系统，采用太赫兹时域光谱扫描采样、时域及频域波形分析、建模成像的方法，检测步距0.5mm，检测速度为30mm/s，通过调整太赫兹设备的检测参数，根据样件的粘接厚度，确定机械臂的探头伸出长度，通过太赫兹检测系统，分析波形，分辨前波后波，使得太赫兹检测探头焦点聚于待检测粘接层面，探头沿预置检测路径进行扫查，采集回波信号得到第一段曲面的检测数据。

步骤3、如图3至图4所示，通过遥控控制转台旋转90度，样件第一段的三个定位点沿着同一方向旋转90度，如图4所示，A点坐标旋转后即为原B点坐标，B点坐标旋转后为原A点坐标X轴正向增加直径长度，C点坐标旋转后为B点旋转后减去筒高度。按照空间90°获得第二段检测的三个定位点坐标，对样件的第二段至第四段进行太赫兹检测，对后续的第二段至第四段重复步骤3的第一段的检测过程，最终得到第一段至第四段的太赫兹检测数据；

步骤4、将筒形样件曲面的第一段曲面、第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面的检测数据分别输入智能太赫兹光谱检测数据分析软件中，对应的生成各自的检测图像，并利用该分析软件对生成的四个检测图像分别进行分析处理，最终得到缺陷图像。

确定缺陷图像的具体过程为：分析检测图像，根据不同区域特征不同，进一步分析不同区域的特征波形，对比正常粘接试块波形，对存在异常区域通过选取感兴趣区，筛选同类特征区域，得到缺陷部分的分析图像，见图5中所示，通过缺陷尺寸测量，得到缺陷的尺寸，图5中红色部分为缺陷图像，数字代表缺陷面积。

需要强调的是，第一段曲面至第四段曲面的检测过程是分开进行的，其检测数据的处理及分析均是各自独立进行的。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于复杂型面热防护粘接层太赫兹的检测方法，该方法通过转台及机械臂辅助，提高检测复杂型面热防护材料的效率及精度。

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 (8)

1.一种用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

步骤1、粘接前，对预置脱粘布或金属片的尺寸进行测量并记录，随后在筒形样件上进行预置缺陷位置标记；

步骤2、根据步骤1确定的预置脱粘布或金属片尺寸以及所述筒形样件上的预置缺陷位置标记，在筒形样件上制备不同半径、不同厚度的预置缺陷；

步骤3、对筒形样件进行位置标定，所述筒形样件位置标定过程为：将步骤2得到的含有预置缺陷的筒形样件放置于转台中心，所述筒形样件的圆心与转台中心重合，对筒形样件的曲面分四段进行检测，先对第一段曲面定位，在第一段曲面上选取ABC三点，ABC三点对应的定位坐标输入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中，确定检测路径；

步骤4、采集检测数据；

步骤5、对采集的检测数据进检测数据分析；

步骤6、对筒形样件的第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面分别进行检测；所述筒形样件的第二段曲面、第三段曲面和第四段曲面的检测过程与所述第一段曲面的检测过程相同；

第二段曲面的三个定位点的确定过程为：通过遥控控制转台旋转90°，筒形样件第一段曲面的三个定位点(A,B,C)沿着同一方向旋转90°，A点坐标旋转后为原B点坐标，得到A’，B点坐标旋转后为原A点坐标沿X轴正向增加直径长度，得到B’，C点坐标旋转后为B点旋转后减去筒形样件的筒高度，得到C’；按照空间90°旋转获得第二段曲面的检测的三个定位点坐标(A’,B’，C’)，对筒形样件的第2～4段进行太赫兹检测，对后续的部分重复以上步骤；

所述第三段曲面和第四段曲面的三个定位点的确定过程与所述第二段曲面上三个定位点的确定过程相同；

其中，采用三点定位法选取ABC三点，先选取一个点A，再选取点B，点B距离点A具有50mm以上的距离，再选1个都不平行的点C，其中，点A为基坐标系的原点；点B为正向X轴上的点，点C为XY平面上的一个带有正Y值的点。

2.根据权利要求1所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤3中，确定检测路径的过程包括以下子步骤为：

步骤31、首先根据步骤2的筒形样件建立筒形样件模型，然后将筒形样件模型导入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中；

步骤32、通过机械臂对筒形样件进行三点坐标标定，标定后在筒形样件模型上建立坐标系；

步骤33、根据筒形样件的预置缺陷的厚度，确定机械臂的控制手柄上的探头伸出长度；

步骤34、确定检测面、检测起点及检测终点；

步骤35、确定加工工法、检测间距；

步骤36、确定预置缺陷的检测路径，然后生成检测路径。

3.根据权利要求2所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，将步骤3生成的检测路径导入智能太赫兹无损检测路径离线规划软件中，并生成机器人离线程序，将机器人离线程序导入机器人控制柜中，对机器人离线程序进行检测，得到检测数据。

4.根据权利要求3所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述机器人控制柜能够控制机器人的机械臂及与机械臂连接的控制手柄，所述控制手柄上设有机械探头；

将步骤3生成的机器人离线程序导入机器人的机械臂的控制手柄中，机械手柄控制机械探头对筒形样件进行检测，得到太赫兹检测时域波形数据图，通过太赫兹时域光谱无损检测数据采集软件，经过反卷积后的太赫兹检测时域波形反卷积图像，得到检测数据。

5.根据权利要求4所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤5中，将采集的检测数据导入智能太赫兹无损检测数据分析软件进行检测数据分析，并生成检测报告；

分析过程包括：根据不同区域特征不同，进一步分析不同区域的特征波形，对比正常粘接缺陷的波形，对存在异常区域通过选取感兴趣区，筛选同类特征区域，得到缺陷部分的分析图像，通过缺陷尺寸测量，得到缺陷的尺寸。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤2中，制备不同半径和不同厚度的预置缺陷的过程为：

选用不同厚度、不同半径的圆形脱粘布或金属片并预埋到筒形样件的粘接胶层中，加压固化后，从筒形样件的粘结胶层中抽出脱粘布或金属片，脱粘布或金属片在粘结胶层中形成的空腔形成预置缺陷。

7.根据权利要求6所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述筒形样件的半径分别为100、150和200mm。

8.根据权利要求7所述的用于复杂型面热防护粘接层的太赫兹检测方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述预置缺陷为半圆形缺陷；

所述半圆形缺陷的厚度分别为0.1mm、0.15mm、0.2mm和0.25mm，所述半圆形缺陷的半径分别为2mm、5mm、10mm和15mm。