復合材料單向板超聲層析成像減少偽影的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲無損檢測技術領域，特別是涉及利用超聲導波層析成像的方法來 實現(xiàn)復合材料單向板中的缺陷檢測。
【背景技術】
[0002] 復合材料以其質量輕、強度高等特點被廣泛應用到于民用、軍用、工業(yè)、航天以及 超級跑車領域。碳纖維復合材料為復合材料常用的一種，有兩種復合形式，一種是碳纖維在 基體中呈同向排列，即每層的纖維方向相同，通常稱這種復合材料為單向纖維復合材料；一 種是各層纖維方向呈不同角度，通常稱為多向纖維復合材料。
[0003] 復合材料的缺陷檢測在復合材料的生產應用中起著非常重要的作用，常用于復合 材料缺陷檢測的技術有射線檢測技術和超聲C掃描技術，由于射線檢測技術對人體有害， 操作人員需要經(jīng)過專門的培訓，而超聲C掃描技術檢測效率較低。因此，近年來超聲層析成 像技術成為復合材料缺陷檢測的研究熱點。由于復合材料單向板的特殊鋪層方式和材料的 各向異性特性，使得超聲層析成像技術在單向板缺陷重建過程中產生大量的偽影。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種超聲層析成像技術在進行復合 材料單向板缺陷圖像重建的過程中減少偽影的方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案是：根據(jù)超聲導波在無缺陷單向板中沿各個方向的傳播 速度Ve (其中Θ為導波的傳播路徑與單向板纖維方向夾角）來修正超聲導波在有缺陷的 單向板中沿投影路徑的原始走時投影tOTlglnal，修正后的走時投ft
，其 中Ipath代表投影路徑的長度，V 4?代表投影路徑與單向板纖維方向的夾角。然后通過濾波反 投影算法將修正后的走時投影重建從而得到單向板缺陷圖像。
[0006] 本發(fā)明包括如下步驟，如圖1所示：
[0007] 1.選取合適頻率的超聲波作為激勵信號，并根據(jù)超聲波在單向板中的傳播特性選 取合適的模態(tài)作為分析對象。
[0008] 2.測出步驟1中選取的超聲信號在無缺陷單向板中沿多個方向傳播的速度，繪制 出速度隨方向變化的曲線，然后通過插值得到該信號在任意方向上的傳播速度Ve。
[0009] 3.根據(jù)被測試件參數(shù)選取合適的投影方式獲得單向板的走時投影數(shù)據(jù)tOTlginal。
[0010] 4.根據(jù)投影路徑的長度和步驟2得到的任意方向的傳播速度修正走時投影數(shù)據(jù) tOTlginal，由
'得到修正后的投影數(shù)據(jù)t_lsed其中Φ為投影路徑與纖維方 向夾角。
[0011] 5.以步驟4中修正后的投影數(shù)據(jù)作為輸入，利用濾波反投影算法得到單向板缺陷 的重建圖像。
[0012] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：在超聲層析成像技術應用到復合單向板缺陷 檢測的過程中，該方法能夠有效的減少圖像重建過程中由于材料的各向異性帶來的偽影， 從而得到更加清晰可視化的重建圖像。
【附圖說明】
[0013] 圖1為減少超聲層析成像技術在單向板缺陷重建過程中偽影產生的步驟框圖。
[0014] 圖2為測量AO模態(tài)超聲導波沿單向板不同方向傳播速度的建模示意圖。
[0015] 圖3為IOOkHz超聲導波的AO模態(tài)在T300/QY8911的復合單向板中傳播速度隨方 向變化曲線，橫坐標代表傳播方向與纖維方向夾角，縱坐標代表傳播速度。
[0016] 圖4為利用扇束投影方式獲得缺陷圓盤AO模態(tài)走時的建模示意圖。
[0017] 圖5為未經(jīng)修正的走時數(shù)據(jù)經(jīng)濾波反投影算法得到的重建圖像，其中（a)為中心 缺陷圓盤的重建圖像，（b)為缺陷偏離中心25mm圓盤的重建圖像。
[0018] 圖6為經(jīng)過修正的走時數(shù)據(jù)經(jīng)濾波反投影算法得到的重建圖像，其中（a)為中心 缺陷圓盤的重建圖像，（b)為缺陷偏離中心25mm圓盤的重建圖像。
【具體實施方式】
[0019] 結合本發(fā)明的內容提供以下單向板缺陷圖像重建減少偽影的實例，具體步驟如 下：
[0020] 1.選取材料為T300/QY8911的復合單向板為研究對象，并利用ABAQUS仿真軟件建 立半徑為100mm，厚度為4mm的圓盤模型。
[0021] 2.選擇頻率為IOOkHz的5周期漢寧窗調制正弦信號作為超聲激勵信號，考慮到超 聲波在板中傳播的多模態(tài)性，由于AO模態(tài)衰減慢，傳播距離遠，選擇AO模態(tài)為研究對象。
[0022] 3.為了測得AO模態(tài)的在單向板中沿各個方向傳播的速度，以圓盤中心作為激勵 點，為了防止邊界反射波的干擾，64個接收點均勻的分布在離圓盤中心半徑為50mm的圓周 上，示意圖如圖2所示。
[0023] 4.提取步驟3中64個接收點信號的AO模態(tài)走時，利用MATLAB計算并繪制出AO 模態(tài)速度隨方向變化的曲線如圖3所示。
[0024] 5.分別在圓盤中心和偏離中心25mm處建立半徑為5mm，深度為2mm的圓孔來模擬 缺陷。并利用扇束投影方式來獲得兩個缺陷圓盤的AO模態(tài)走時投影數(shù)據(jù)t" lginal，投影示意 圖如圖4所示，當圓周上其中一個點為信號發(fā)射點時，另外63個點則作為信號接收點。
[0025] 6.運用濾波反投影算法處理步驟5得到的投影數(shù)據(jù)得到重建圖像，如圖5所示。
[0026] 7.由公式
得到修正后的投影數(shù)據(jù)travlMd，再次運用濾波反投 影算法得到重建圖像如圖6所示。
[0027] 8.為了對比圖5、圖6中偽影的變化情況，分別求取重建圖像的均方誤差（MSE)和 平均梯度（Mean Gradient)，結果如表1所示。
[0028] 表 1
[0029] CN 105136906 A ~P 3/3 頁
[0030] 9.由表1結果可知圖6的均方誤差和平均梯度較圖5均有明顯下降，說明本發(fā)明 方法能夠減少超聲層析成像技術在單向板缺陷圖像重建過程中產生的偽影。
【主權項】
1.復合材料單向板超聲層析成像減少偽影的方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 選取合適頻率的超聲波作為激勵信號，并根據(jù)超聲波在單向板中的傳播特性選取合 適的模態(tài)作為分析對象。 2) 測出步驟1中選取的超聲信號在無缺陷單向板中沿多個方向傳播的速度，繪制出速 度隨方向變化的曲線，然后通過插值得到該信號在任意方向上的傳播速度Ve。 3) 根據(jù)被測試件參數(shù)選取合適的投影方式獲得單向板的走時投影數(shù)據(jù)t"lginal。 4) 根據(jù)投影路徑的長度和步驟2得到的任意方向的傳播速度修正走時投影數(shù)據(jù)方向夾角。 5) 以步驟4中修正后的投影數(shù)據(jù)作為輸入，利用濾波反投影算法得到單向板缺陷的重 建圖像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復合材料單向板超聲層析成像減少偽影的方法，由于復合材料的各向異性特性，使得超聲導波在單向板中的傳播速度隨著方向變化而變化，這種變化在超聲層析成像過程中會帶來偽影。本發(fā)明首先測得超聲導波沿單向板各個方向的傳播速度，然后根據(jù)超聲層析成像的投影路徑和各個方向的速度修正投影數(shù)據(jù)，從而減少圖像重建偽影的產生。本發(fā)明簡單可行，為超聲層析成像技術應用到復合材料無損檢測領域奠定了基礎。
【IPC分類】G01N29/06, G01N29/32
【公開號】CN105136906
【申請?zhí)枴緾N201510537485
【發(fā)明人】陳亮, 肖強, 鄒行江, 洪敬賢, 吳舒嫻
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月28日