CN114577906A - 一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，包括建立幅值衰减补偿数据库；在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；根据幅值衰减补偿数据库对得到的的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；获取待检测的阳极铝箔的超声导波衰减后峰值并进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。本发明还提供一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，可以快速准确地实现对阳性腐蚀箔上的不同大小的穿孔缺陷进行检测，为后续的工程应用提供了基础。
Description
技术领域
本发明涉及电容器检测技术领域，特别是涉及一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法及系统。
背景技术
铝电解电容器是一种用铝材料制成的电性能好、适用范围宽、可靠性高的通用型电解电容器。阳极腐蚀箔是铝电解电容器的核心部件，其独特的表面结构使得铝电解电容器具有较大的比容量。对于此类电容器要提高比电容的有效途径就是增大阳极腐蚀箔的表面积。提高阳极箔的表面积的方法有机械方法、物理方法、化学方法以及电化学方法。目前生产中最常用的是电化学方法中的直流电解腐蚀的方法。但是，在电化学腐蚀过程中，由于铝箔的厚度较小，铝箔上可能会形成穿孔，造成阳极铝箔的报废。因此，除了不断改进电化学腐蚀工艺来降低铝箔穿孔风险外，对铝箔上微穿孔的检测也极为重要，这有助于降低铝箔出厂后的不良品率。目前，阳极腐蚀箔微穿孔的检测方法研究较少，鲜有报道。传统的检测手段是采用光测法，即通过透光程度对阳极铝箔进行判断。但该方法操作复杂，且依赖人工判断，存在较大的不确定性和一定的误检率。
现有技术还公开了一种基于半监督深度学习的铜箔基板表面缺陷检测方法，其通过将采集到的铜箔基板的缺陷图像输入到构建的最优的神经网络模型中，通过神经网络自动计算出铜箔基板的缺陷类别。但其仅能用于对表面缺陷进行检测，无法很好地适用于阳性腐蚀箔微穿孔缺陷的检测，同时，该方法需要构建特定的神经网络模型，计算量大，检测效率不高。
发明内容
本发明为了解决以上至少一种技术缺陷，提供一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法及系统，快速准确地实现对阳性腐蚀箔上的不同大小的穿孔缺陷进行检测。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，包括以下步骤：
S1：对超声导波在无穿孔缺陷的阳极铝箔传播中的衰减进行标定，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库；
S2：在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，并用超声导波进行检测，得到不同穿孔直径检测波列图，并根据不同穿孔直径检测波列图计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；
S3：根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；
S4：用超声导波对待检测的阳极铝箔进行检测，获取超声导波衰减后峰值并根据幅值衰减补偿数据库进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；
S5：根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。
上述方案中，可以快速准确地获取到相应的数据并构建出适用于阳极铝箔不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，仅需要将待检测的阳极铝箔通过超声导波进行扫查即可获取超声导波实际信号值，计算其实际的检测波谱峰值比并将其代入到回归关系中，便可得到最终的缺陷检测结果，无需繁杂的计算，检测效率高，为此方法后续的工程应用提供了基础。
其中，在执行步骤S4之前，通过获取不同位置不同直径穿孔缺陷对应的波谱峰值比，建立不同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，进而根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果，该缺陷检测结果包含了缺陷的位置信息。
在基础方案的基础上，可以进一步验证不同位置不同直径下穿孔缺陷对应的衰减值变化情况，以得到更全面的波谱峰值比关系，在实际检测过程中不仅可以实现对穿孔缺陷直径的检测，还可以得到穿孔缺陷所处的对应位置，使检测更加全面。
其中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：利用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与无穿孔缺陷的阳极铝箔上某个位点进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点；
S12：根据压电超声传感器位置选定标准点，利用激光测振仪在阳极铝箔同一直线不同位置进行扫查，获取各点的接收信号；
S13：将各点的接收信号与标准点的接收信号进行比较，得到超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库。
其中，在所述步骤S3中，根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿的补偿过程具体为：
超声导波A0S(t)在带有穿孔缺陷的阳极铝箔中传播时，t0时间后将衰减为A1S(t-t0)，衰减部分为A0-A1＝B1+B2；其中，A0表示超声导波的A0模态，S(·)表示波的相位变化，A1表示直达波的幅值；B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量；因此，幅值衰减补偿数据库的建立实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值。
其中，在所述步骤S3中，不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系建立的过程具体为：
在确定的位置下，假定无穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'1，其波谱峰值比α的计算公式具体为：
基于此，根据补偿后不同直径穿孔缺陷的超声导波衰减后峰值逐一计算出不同直径穿孔缺陷下的波谱峰值比，从而得到波谱峰值比与穿孔直径大小的回归关系。
本方案还提供一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，包括实验台、压电超声传感器、阳极铝箔、信号发生器、示波器、激光测振仪和控制中心；其中：阳极铝箔平铺于实验台上，选用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与阳极铝箔某个位点进行耦合，并将耦合位点设定为坐标原点；耦合完成后将压电超声传感器接线端与信号发生器相连，由信号发生器向压电超声传感器发送激励信号；通过激光测振仪进行信号接收，激光测振仪的扫描控制端与所述控制中心电性连接，激光测振仪的信号输出端与示波器连接；所述系统具体执行以下步骤：
S1：对超声导波在无穿孔缺陷的阳极铝箔传播中的衰减进行标定，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库；
S2：在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，并用超声导波进行检测，得到不同穿孔直径检测波列图，并根据不同穿孔直径检测波列图计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；
S3：根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；
S4：用超声导波对待检测的阳极铝箔进行检测，获取超声导波衰减后峰值并根据幅值衰减补偿数据库进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；
S5：根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。
上述方案中，整套系统搭建简单，控制方便，可以快捷地获取到相应的数据并构建出适用于阳极铝箔不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系。在实际应用过程中，仅需要将待检测的阳极铝箔通过超声导波进行扫查即可获取超声导波实际信号值，计算其实际的检测波谱峰值比并将其代入到回归关系中，便可得到最终的缺陷检测结果，无需繁杂的计算，检测效率高，适用于工业化生产检测。
其中，所述系统在执行步骤S4之前，通过获取不同位置不同直径穿孔缺陷对应的波谱峰值比，建立不同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，进而根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果，该缺陷检测结果包含了缺陷的位置信息。
其中，在所述系统中，利用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与无穿孔缺陷的阳极铝箔上某个位点进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点；接着，根据压电超声传感器位置选定标准点，利用激光测振仪在阳极铝箔同一直线不同位置进行扫查，获取各点的接收信号；最后，将各点的接收信号与标准点的接收信号进行比较，得到超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库，由此完成步骤S1的操作。
其中，在所述系统中，根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿的补偿过程具体为：
超声导波A0S(t)在带有穿孔缺陷的阳极铝箔中传播时，t0时间后将衰减为A1S(t-t0)，衰减部分为A0-A1＝B1+B2；其中，A0表示超声导波的A0模态，S(·)表示波的相位变化，A1表示直达波的幅值；B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量；因此，幅值衰减补偿数据库的建立实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值。
其中，在所述系统中，不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系建立的过程具体为：
在确定的位置下，假定无穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'1，其波谱峰值比α的计算公式具体为：
基于此，根据补偿后不同直径穿孔缺陷的超声导波衰减后峰值逐一计算出不同直径穿孔缺陷下的波谱峰值比，从而得到波谱峰值比与穿孔直径大小的回归关系。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法及系统，可以快速准确地获取到相应的数据并构建出适用于阳极铝箔不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，仅需要将待检测的阳极铝箔通过超声导波进行扫查即可获取超声导波实际信号值，计算其实际的检测波谱峰值比并将其代入到回归关系中，便可得到最终的缺陷检测结果，无需繁杂的计算，检测效率高，为此方法后续的工程应用提供了基础。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图；
图2为本发明所述系统结构示意图；
图3为本发明一实施例中板结构中的超声导波传播示意图；
图4为本发明一实施例中超声导波的两种模态示意图；
图5为本发明一实施例中超声导波幅值衰减曲线；
图6为本发明一实施例中相同位置不同穿孔直径检测实验示意图；
图7为本发明一实施例中相同位置不同穿孔直径检测波列图；
图8为本发明一实施例中相同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系曲线图；
图9为本发明一实施例中不同相同位置不同穿孔直径检测实验示意图；
图10为本发明一实施例中不同相同位置不同穿孔直径检测波列图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，包括以下步骤：
S1：对超声导波在无穿孔缺陷的阳极铝箔传播中的衰减进行标定，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库；
S2：在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，并用超声导波进行检测，得到不同穿孔直径检测波列图，并根据不同穿孔直径检测波列图计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；
S3：根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；
S4：用超声导波对待检测的阳极铝箔进行检测，获取超声导波衰减后峰值并根据幅值衰减补偿数据库进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；
S5：根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。
在具体实施过程中，本实施例可以快速准确地获取到相应的数据并构建出适用于阳极铝箔不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，仅需要将待检测的阳极铝箔通过超声导波进行扫查即可获取超声导波实际信号值，计算其实际的检测波谱峰值比并将其代入到回归关系中，便可得到最终的缺陷检测结果，无需繁杂的计算，检测效率高，为此方法后续的工程应用提供了基础。
更具体的，在执行步骤S4之前，通过获取不同位置不同直径穿孔缺陷对应的波谱峰值比，建立不同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，进而根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果，该缺陷检测结果包含了缺陷的位置信息。
在基础方案的基础上，可以进一步验证不同位置不同直径下穿孔缺陷对应的衰减值变化情况，以得到更全面的波谱峰值比关系，在实际检测过程中不仅可以实现对穿孔缺陷直径的检测，还可以得到穿孔缺陷所处的对应位置，使检测更加全面。
更具体的，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：利用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与无穿孔缺陷的阳极铝箔上某个位点进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点；
S12：根据压电超声传感器位置选定标准点，利用激光测振仪在阳极铝箔同一直线不同位置进行扫查，获取各点的接收信号；
S13：将各点的接收信号与标准点的接收信号进行比较，得到超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库。
更具体的，在所述步骤S3中，根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿的补偿过程具体为：
超声导波A0S(t)在带有穿孔缺陷的阳极铝箔中传播时，t0时间后将衰减为A1S(t-t0)，衰减部分为A0-A1＝B1+B2；其中，A0表示超声导波的A0模态，S(·)表示波的相位变化，A1表示直达波的幅值；B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量；因此，幅值衰减补偿数据库的建立实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值。
更具体的，在所述步骤S3中，不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系建立的过程具体为：
在确定的位置下，假定无穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'1，其波谱峰值比α的计算公式具体为：
基于此，根据补偿后不同直径穿孔缺陷的超声导波衰减后峰值逐一计算出不同直径穿孔缺陷下的波谱峰值比，从而得到波谱峰值比与穿孔直径大小的回归关系。
实施例2
更具体的，本方案还提供一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，如图2所示，包括实验台、压电超声传感器、阳极铝箔、信号发生器、示波器、激光测振仪和控制中心；其中：阳极铝箔平铺于实验台上，选用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与阳极铝箔某个位点进行耦合，并将耦合位点设定为坐标原点；耦合完成后将压电超声传感器接线端与信号发生器相连，由信号发生器向压电超声传感器发送激励信号；通过激光测振仪进行信号接收，激光测振仪的扫描控制端与所述控制中心电性连接，激光测振仪的信号输出端与示波器连接；所述系统具体执行以下步骤：
S1：对超声导波在无穿孔缺陷的阳极铝箔传播中的衰减进行标定，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库；
S2：在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，并用超声导波进行检测，得到不同穿孔直径检测波列图，并根据不同穿孔直径检测波列图计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；
S3：根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；
S4：用超声导波对待检测的阳极铝箔进行检测，获取超声导波衰减后峰值并根据幅值衰减补偿数据库进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；
S5：根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。
在具体实施过程中，整套系统搭建简单，控制方便，可以快捷地获取到相应的数据并构建出适用于阳极铝箔不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系。在实际应用过程中，仅需要将待检测的阳极铝箔通过超声导波进行扫查即可获取超声导波实际信号值，计算其实际的检测波谱峰值比并将其代入到回归关系中，便可得到最终的缺陷检测结果，无需繁杂的计算，检测效率高，适用于工业化生产检测。
更具体的，所述系统在执行步骤S4之前，通过获取不同位置不同直径穿孔缺陷对应的波谱峰值比，建立不同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，进而根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果，该缺陷检测结果包含了缺陷的位置信息。
更具体的，在所述系统中，利用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与无穿孔缺陷的阳极铝箔上某个位点进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点；接着，根据压电超声传感器位置选定标准点，利用激光测振仪在阳极铝箔同一直线不同位置进行扫查，获取各点的接收信号；最后，将各点的接收信号与标准点的接收信号进行比较，得到超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库，由此完成步骤S1的操作。
更具体的，在所述系统中，根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿的补偿过程具体为：
超声导波A0S(t)在带有穿孔缺陷的阳极铝箔中传播时，t0时间后将衰减为A1S(t-t0)，衰减部分为A0-A1＝B1+B2；其中，A0表示超声导波的A0模态，S(·)表示波的相位变化，A1表示直达波的幅值；B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量；因此，幅值衰减补偿数据库的建立实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值。
更具体的，在所述系统中，不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系建立的过程具体为：
在确定的位置下，假定无穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'1，其波谱峰值比α的计算公式具体为：
基于此，根据补偿后不同直径穿孔缺陷的超声导波衰减后峰值逐一计算出不同直径穿孔缺陷下的波谱峰值比，从而得到波谱峰值比与穿孔直径大小的回归关系。
实施例3
为了验证本方案的可行性，本实施例通过原理性阐述与实验验证过程进行描述。具体操作步骤和参数并不唯一，仅是对于方案某一实现过程进行具体阐述。
在实际应用过程中，根据质点振动方向不同，板结构中的超声导波分为两大类，一类是质点振动方向在波的传播方向与板的厚度方向所组成的平面内，成为兰姆波(Lamb波)，如图3所示，Lamb波的质点位移表达式中与该平面垂直的位移分量为零(u3＝0)；另一类是质点振动方向与该平面垂直，称为水平剪切波(SH波)，这类导波的质点位移表达式中在该平面内的两个位移分量为零(u1＝u2＝0)。
Lamb波由于其更容易被激励，所以应用广泛。根据板中Lamb波的结构特性，Lamb波可以划分为对称模态(S模态)和反对称模态(A模态)，如图4所示。S模态质点的振动形式关于板中面完全对称，沿着波的传播方向不断拉伸和压缩，而A模态则相反，其质点振动关于板中面相同。Lamb波按模态的阶数不同，又可细分成多个模态，如A0、S0、A1、S1等。不同模态的导波由于其波结构和能量分布不同，对不同类型缺陷的敏感程度也不同，如S0模态对板厚方向的缺陷比较敏感，而A0模态对分层和横向铺层裂纹等缺陷比较敏感。并且在同一频率点处，S0模态的传播速度最快、频散小，有利于缺陷信号的识别，而A0模态以离面位移为主且波长远小于S0模态，所以对结构中的微小缺陷更为敏感。
板结构中超声导波质点传播与振动方向如图3所示，假设超声导波沿x1方向传播，则板中Lamb波沿x3方向的位移分量为零，而沿x1和x2方向位移仅与坐标x1、x2有关，与坐标x3无关；板中SH波沿x1方向和x2方向的位移分量为零，而沿x3方向位移仅与坐标x1、x2有关，与坐标x3无关。
Lamb波位移的矢量表达形式为：
u＝(u1(x1，x2，t)，u2(x1，x2，t)，0} (1)
取
Ψ＝{0，0，Ψ3(x1，x2，t)}，则位移和应力的表达式为：
波动控制方程可表示为：
其中，
和Ψ分别为标量势函数和矢量势函数，u1和u2分别为x1和x2方向上的位移，σ表示应力，λ和μ为拉梅常数，
表示纵波波速；
表示横波波速；ρ为介质密度，至此，可以得到通解为：
其中，
ω为圆频率，k为波数，A1、A2表示幅值，B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量，e表示自然常数，i为虚数单位；因此，在本实验中首先需要建立幅值衰减补偿数据库，实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值，并建立“穿孔—波谱峰值比”对应关系，可以根据实际测量的衰减确定穿孔大小。
在此原理的基础上，实验选用尺寸为长700mm，宽500mm，厚度为120um的阳极铝箔。将预处理后的阳极铝箔试样平铺在实验台上，选用中心频率为100kHz压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与阳极铝箔某点位进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点。耦合完成后将压电超声传感器接线端与信号发生器相连，对信号发生器设置三周期频率为100kHz汉宁窗调制的正弦信号作为激励信号，设定峰峰值为3V，对压电超声传感器进行激励。用多普勒激光测振仪进行信号接收，多普勒激光测振仪控制器型号为Polytec OFV-5000，探头型号为Polytec OFV-505，设定采样频率为300MHz进行实验。
首先，进行无穿孔缺陷的阳极铝箔超声导波幅值衰减标定：
激光测振仪的扫查范围为400mm，选定距离声源20mm处作为标准点，其后各点接收信号与该点所得信号幅值进行比较，得出超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，并得出超声导波幅值衰减曲线。图5为无穿孔缺陷情况下对阳极铝箔试样进行400mm超声导波幅值衰减曲线。
对所测样本点运用MATLAB进行数据处理计算出各点相对于标准点的最大幅值衰减。计算公式为：
其中，NA表示衰减倍数，单位dB；uA表示接收点信号幅值；u0A表示标准点信号幅值。由图中曲线可以看出，随着距离的增大，衰减倍数不断增加，400mm处衰减倍数超过了15dB。说明随着超声导波在阳极铝箔中的传播距离的增大，超声导波的幅值迅速衰减，且衰减倍数随着超声导波传播距离的增大也不断增大，因此最大幅值的衰减越来越快，与理论预期一致。需要说明的是，在每一次的测试中，如果所选用的换能器频率和模态有变化，都需要对衰减曲线重新进行标定。
其次，进行相同位置不同直径穿孔缺陷的检测：
如图6选定距离坐标原点为200mm的直线上一点，按穿孔缺陷尺寸从小到大依次检测0.1mm-0.7mm的穿孔缺陷，扫查位置为距离坐标原点400mm的直线，得出穿孔缺陷的波列图如图7所示。
图7为同一位置不同穿孔缺陷尺寸下超声导波信号的波列图，可以看出在有无缺陷情况下相同位置不同穿孔缺陷直径信号的衰减关系。由图中信号波形可以看出，随着穿孔缺陷尺寸的增大，信号的幅值出现了不同幅度的衰减，且穿孔直径越大，信号衰减越大。
根据以上样本点数据，规定无穿孔缺陷情况下信号最大峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下信号的最大峰值为A'1，按照波谱峰值比计算公式：
得出波谱峰值比与孔洞直径尺寸的回归关系如图8所示。对穿孔缺陷所在传播路径与扫查直线交点及附近20个样本点的波形数据取峰值并进行平均，得出在有无穿孔缺陷情况下相同位置不同直径的穿孔缺陷信号的衰减关系。由图8可以看出，当穿孔缺陷直径为0.1mm时，最大峰值比为0.27，说明在有穿孔缺陷的情况下，超声导波的峰值损失超过70％。这表明了这种方法对缺陷的很敏感，在即使穿孔比较小，也可检出。当穿孔缺陷直径在0.5mm以上时，最大峰值比小于0.1，且随着穿孔缺陷直径达到0.7mm时，最大峰值比小于0.1。在对距离引起的衰减进行数据补偿，排除与穿孔距离相关的信号衰减后，超声导波信号衰减与缺陷大小有关，穿孔缺陷越大，信号的衰减比例越大。
至此，验证了超声导波检测穿孔缺陷的原理，即当超声导波在阳极铝箔中传播时，如果传播路径上存在穿孔缺陷，将直接破坏接收源接收到的超声导波信号，主要表现为能量的泄露以及幅值的快速衰减。由此证明，运用超声导波的这一特性可以很好的检测出阳极铝箔中的穿孔缺陷。
第三，进行不同位置不同直径的穿孔缺陷检测：
在前述实验的基础上，在原本的缺陷所在直线不同位置上，设置不同直径的穿孔缺陷。再一次在距离坐标原点400mm处直线进行扫查。通过这次实验来验证此方法的有效性。
如图9所示，在距离坐标原点400mm处对距离坐标原点200mm处直线上不同直径的穿孔缺陷进行扫查，缺陷直径分别为1.0mm，0.5mm，0.3mm，0.1mm，0.1mm。并与无穿孔缺陷情况下的扫查数据进行对比，计算出最大峰值比。
样本点的信号波形在图10中所示。对穿孔缺陷所在传播路径与扫查直线交点及附近20个样本点的波形数据取峰值并进行阳极铝箔中超声导波固有衰减补偿与位置相关补偿，计算出在有无穿孔缺陷情况下不同位置不同直径的穿孔缺陷信号的衰减关系。
经计算，坐标分别为(200，-85)mm和(200，-100)mm的直径0.1mm的穿孔缺陷对应的波谱峰值比分别为0.2923和0.2747，直径0.5mm穿孔缺陷对应的波谱峰值比为0.1542，直径接近1mm的穿孔缺陷，波谱峰值比0.0924，远小于0.1。结果说明，本方案可以确定穿孔缺陷的直径与大致位置，进一步验证了本方案运用超声导波检测阳极腐蚀箔穿孔缺陷的可行性。
本方案在具体实施过程中，首先对超声导波在阳极铝箔传播中的衰减进行了标定，绘制了铝箔中的超声导波幅值衰减曲线，并建立了距离相关的幅值衰减补偿数据库。其次对阳极铝箔上相同位置不同直径穿孔缺陷进行检测，计算出不同穿孔缺陷直径对应的超声导波衰减后峰值，建立不同直径穿孔缺陷于超声导波衰减后峰值的回归关系。最后，对阳极铝箔上不同位置不同直径的穿孔缺陷进行检测，成功检测出了缺陷，并判断了缺陷大小。
本方案首次将超声导波应用到阳极铝箔微穿孔的缺陷检测中，并取得了较好的效果，为此方法后续的工程应用提供了基础。由于条件的限制仍然有些问题需要进一步研究，后续将继续研究不同激励模态，不同激发频率等等影响因素对检测结果的影响。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对超声导波在无穿孔缺陷的阳极铝箔传播中的衰减进行标定，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库；
S2：在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，并用超声导波进行检测，得到不同穿孔直径检测波列图，并根据不同穿孔直径检测波列图计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；
S3：根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；
S4：用超声导波对待检测的阳极铝箔进行检测，获取超声导波衰减后峰值并根据幅值衰减补偿数据库进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；
S5：根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，其特征在于，在执行步骤S4之前，通过获取不同位置不同直径穿孔缺陷对应的波谱峰值比，建立不同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，进而根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果，该缺陷检测结果包含了缺陷的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：利用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与无穿孔缺陷的阳极铝箔上某个位点进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点；
S12：根据压电超声传感器位置选定标准点，利用激光测振仪在阳极铝箔同一直线不同位置进行扫查，获取各点的接收信号；
S13：将各点的接收信号与标准点的接收信号进行比较，得到超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库。
4.根据权利要求1所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿的补偿过程具体为：
超声导波A0S(t)在带有穿孔缺陷的阳极铝箔中传播时，t0时间后将衰减为A1S(t-t0)，衰减部分为A0-A1＝B1+B2；其中，A0表示超声导波的A0模态，S(·)表示波的相位变化，A1表示直达波的幅值；B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量；因此，幅值衰减补偿数据库的建立实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值。
5.根据权利要求4所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系建立的过程具体为：
在确定的位置下，假定无穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A1'，其波谱峰值比α的计算公式具体为：
基于此，根据补偿后不同直径穿孔缺陷的超声导波衰减后峰值逐一计算出不同直径穿孔缺陷下的波谱峰值比，从而得到波谱峰值比与穿孔直径大小的回归关系。
6.一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，其特征在于，包括实验台、压电超声传感器、阳极铝箔、信号发生器、示波器、激光测振仪和控制中心；其中：阳极铝箔平铺于实验台上，选用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与阳极铝箔某个位点进行耦合，并将耦合位点设定为坐标原点；耦合完成后将压电超声传感器接线端与信号发生器相连，由信号发生器向压电超声传感器发送激励信号；通过激光测振仪进行信号接收，激光测振仪的扫描控制端与所述控制中心电性连接，激光测振仪的信号输出端与示波器连接；所述系统具体执行以下步骤：
S1：对超声导波在无穿孔缺陷的阳极铝箔传播中的衰减进行标定，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库；
S2：在无穿孔缺陷的阳极铝箔的相同位置设置不同直径穿孔缺陷，并用超声导波进行检测，得到不同穿孔直径检测波列图，并根据不同穿孔直径检测波列图计算出不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值；
S3：根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿，计算波谱峰值比并建立不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系；
S4：用超声导波对待检测的阳极铝箔进行检测，获取超声导波衰减后峰值并根据幅值衰减补偿数据库进行补偿，得到检测衰减值并计算得到检测波谱峰值比；
S5：根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果。
7.根据权利要求6所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，其特征在于，所述系统在执行步骤S4之前，通过获取不同位置不同直径穿孔缺陷对应的波谱峰值比，建立不同位置不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系，进而根据检测波谱峰值比与回归关系，得到最终的缺陷检测结果，该缺陷检测结果包含了缺陷的位置信息。
8.根据权利要求6所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，其特征在于，在所述系统中，利用压电超声传感器作为激励声源，将压电超声传感器与无穿孔缺陷的阳极铝箔上某个位点进行耦合，并将耦合点位设定为坐标原点；接着，根据压电超声传感器位置选定标准点，利用激光测振仪在阳极铝箔同一直线不同位置进行扫查，获取各点的接收信号；最后，将各点的接收信号与标准点的接收信号进行比较，得到超声导波在阳极铝箔中的衰减规律，拟合出超声导波幅值衰减曲线，并建立距离相关的幅值衰减补偿数据库，由此完成步骤S1的操作。
9.根据权利要求6所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，其特征在于，在所述系统中，根据幅值衰减补偿数据库对不同直径穿孔缺陷对应的超声导波衰减后峰值进行补偿的补偿过程具体为：
超声导波A0S(t)在带有穿孔缺陷的阳极铝箔中传播时，t0时间后将衰减为A1S(t-t0)，衰减部分为A0-A1＝B1+B2；其中，A0表示超声导波的A0模态，S(·)表示波的相位变化，A1表示直达波的幅值；B1为超声导波在阳极铝箔传播过程中的固有衰减，B2为超声导波在遇到穿孔缺陷时的衰减量；因此，幅值衰减补偿数据库的建立实质是建立了超声导波在阳极铝箔中传播的固有衰减量的数据库，在此基础上实现了对计算出的直达波的幅值A1进行补偿，从而计算出超声导波在阳极铝箔穿孔缺陷中的实际衰减值。
10.根据权利要求9所述的一种阳性腐蚀箔微穿孔缺陷超声导波检测系统，其特征在于，在所述系统中，不同直径穿孔缺陷与波谱峰值比的回归关系建立的过程具体为：
在确定的位置下，假定无穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'0，存在穿孔缺陷情况下扫查的信号峰值为A'1，其波谱峰值比α的计算公式具体为：
基于此，根据补偿后不同直径穿孔缺陷的超声导波衰减后峰值逐一计算出不同直径穿孔缺陷下的波谱峰值比，从而得到波谱峰值比与穿孔直径大小的回归关系。
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