[发明专利]用于蜂窝夹层结构的红外锁相热成像缺陷识别方法

说明书

本发明提供了一种用于蜂窝夹层结构的红外锁相热成像缺陷识别方法，其包括：S1、采用红外锁相热成像检测方法，构建试件温度变化与分布的解析模型；S2、采用数字锁相方法提取温度信号中稳态或准稳态过程的幅值与相位信息，利用缺陷对所述相位信息的影响获得缺陷特征；S3、构建热传导过程的有限差分模型，推导考虑辐射和对流作用的试件加热表面温度；S4、建立热传导过程的热与电等效模型，确认缺陷的存在。本发明充分考虑常量热流和交流热流及在蜂窝夹层结构中横向热扩散影响，针对不同类型、不同深度缺陷的检测工艺范围及对不同缺陷的检测有效。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，特别是一种用于蜂窝夹层结构的红外锁相热成像缺陷识别方法。

背景技术

蜂窝夹层结构问世并迅速在各个领域得到了广泛的应用，与传统材料及结构相比要轻得多且刚性更大，对产品减重效果极为明显。由于制造过程中各种工艺参数难以进行精确控制，蜂窝夹层结构容易造成质量不稳定、离散性大，出现脱粘、分层、胶接不良、气孔、夹杂和蜂窝芯变形等多种缺陷类型，而传统射线、超声等检测方法的检测效果及效率不佳且亟待提升。在此背景下，红外热成像检测方法得以推广应用，其中红外锁相热成像缺陷识别方法采用能量按正弦规律变化的外部激励源对构件或材料进行激励加载，将红外热成像技术与数字锁相信号处理技术相结合，将有用信号从噪声信号中分离出来。该方法主动地对试件加载特定调制频率的热激励信号，使试件内部的损伤处与基体产生不同的周期性响应，而这种响应会影响到试件表面的温度场分布，通过利用软硬件对该特定锁相频率的信号进行提取，进而通过分析可以得出试件内部是否存在损伤及损伤特征。

红外锁相热成像检测时，采用正弦规律热流进行激励，温度历程随时间按正弦规律变化振荡，而沿着热流传递方向，随着传递深度增加，温度逐渐衰减，即能量在不断衰减，若试件内部缺陷深度较深而能量传递不到缺陷深度时，则温度信号中将不会包含缺陷对温度变化的影响信息，此时将无法进行缺陷检测。试件在热流激励过程中点温度历程与分布是很复杂的，但这些温度信号中包含了大量的信息，采用锁相方法可提取这些温度信号中稳态或准稳态过程的幅值与相位信息，利用缺陷对这些信息的影响可准确确定缺陷特征，实现无损检测。根据红外锁相热成像检测原理分析，检测过程中的工艺参数包括波段范围、积分时间、热灵敏度、加载幅值、加载频率、加载周期、锁相频率、相位值、环境影响和加载距离等众多影响因素，采用传统工艺试验方法难以有效确定不同结构、厚度、尺寸产品的检测工艺。

如前所述，蜂窝夹层结构的缺陷类型众多，红外锁相热成像缺陷识别方法的工艺影响因素也众多。工艺影响因素是一个多因素集合，各个因素之间存在一定耦合关系；不同缺陷检测时各工艺因素的权重也不尽相同，故而蜂窝夹层结构内部缺陷红外锁相热成像检测是一个复杂的非线性关系。因此，针对不同类型、不同深度缺陷的检测工艺范围及对不同缺陷的检测有效性，寻求一种用于蜂窝夹层结构的红外锁相热成像缺陷识别方法是十分迫切且必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出一种用于蜂窝夹层结构的红外锁相热成像缺陷识别方法。该方法包括采用红外锁相热成像检测技术，基于傅立叶一维热传导模型分析，构建试件温度变化与分布的解析模型；采用数字锁相方法提取温度信号中稳态或准稳态过程的幅值与相位信息，获得缺陷特征；构建热传导过程的有限差分模型，推导考虑辐射和对流作用的试件加热表面温度；建立热传导热与电等效模型；开展蜂窝夹层结构红外锁相热成像检测有限元分析，确定是否能根据红外锁相热成像检测技术的幅值图和相位图进行缺陷检测，并确定合理的检测参数范围。本发明充分考虑常量热流和交流热流及在蜂窝夹层结构中横向热扩散影响，针对不同类型、不同深度缺陷的检测工艺范围及对不同缺陷的检测十分有效。

本发明提供一种用于蜂窝夹层结构的红外锁相热成像缺陷识别方法，所述方法包括以下步骤：

S1、采用红外锁相热成像检测方法，基于傅立叶一维热传导模型分析，构建蜂窝夹层结构缺陷试件温度变化与分布的解析模型；