《電子技術(shù)應(yīng)用》
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藥柱脫粘超聲檢測(cè)方法研究
來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第3期
趙 鵬， 王召巴， 陳友興
中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山西 太原 030051
摘要： 為了能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出包覆層與推進(jìn)劑的缺陷，針對(duì)藥柱自身形狀的特點(diǎn)，采用水浸式超聲脈沖回波法，提取各部位的缺陷特征回波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行C掃描，獲得了試件缺陷圖像，并對(duì)圖像去噪、二值化后得到缺陷的位置和面積信息。選取脫粘情況已知的試件與本系統(tǒng)檢測(cè)情況進(jìn)行比較，結(jié)果表明，本檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)缺陷位置準(zhǔn)確，且有很好的分辨率。
中圖分類號(hào)： TJ410．6
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2012)03-0134-02
Study on the ultrasonic testing method of grain debonding
Zhao Peng, Wang Zhaoba, Chen Youxing
National Key Lab for Electronic Measurement Technology，North University of China，Taiyuan 030051，China
Abstract： According to the structure characteristics of grain, the ultrasonic impact-echo method of immersion was adopted to detect the cladding/propellant flaws accurately in this paper. By extracting various echo signals of defect characteristics, and then adopting the ultrasonic C-scan imaging technique, the flaw’s image of specimen was obtained. Finally information on defect location and size is achieved by image denoising, binarization. Specimens of the known debonding are selectd for comparing with the results of this system, and the result shows that the method can detect the precise location of defects and have a good resolution.
Key words : image processing; defect detection; the cladding/propellant; the ultrasonic impact-echo method

    火藥柱中的包覆層用于保護(hù)殼體，防止推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中殼體融化，包覆層與推進(jìn)劑脫粘會(huì)使推進(jìn)劑藥柱燃燒表面增大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因壓力劇增而爆炸。脫粘是發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢的主要原因，因此是包覆層與推進(jìn)劑研究的中心內(nèi)容之一，其安全性至關(guān)重要[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于粘貼質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)方法主要有X射線檢測(cè)、紅外檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等[2]，其中超聲波檢測(cè)法因其檢測(cè)能力強(qiáng)、缺陷定位準(zhǔn)確、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。而脈沖回波法是利用超聲波在粘貼界面上的反射和投射來(lái)檢測(cè)缺陷的一種特殊超聲波檢測(cè)方法，其檢測(cè)效果明顯且精度較高。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，本文采用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)火藥柱包覆層與推進(jìn)劑粘貼質(zhì)量的檢測(cè)。

1 檢測(cè)原理及方法
    采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)聲能從探頭向工件的傳遞。按照超聲波的耦合方式，可以分為直接接觸式和液浸式[3]。由于系統(tǒng)檢測(cè)對(duì)象為圓筒狀試件，直接接觸法對(duì)試件外形尺寸要求較高，通用性較差，且容易對(duì)探頭造成磨損，不便于自動(dòng)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)選用通用性強(qiáng)、超聲波的發(fā)射和接收都較為穩(wěn)定，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)的液浸式超聲耦合方法，如圖1所示。

    根據(jù)上述超聲波檢測(cè)原理設(shè)計(jì)檢測(cè)方案，選取脫粘情況已知的試件比較檢測(cè)效果，選用超聲探頭的頻率為2.5 MHz。整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)包括：工控一體化工作站作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心；動(dòng)力及驅(qū)動(dòng)部分的功能是控制超聲探頭的軸向移動(dòng)及試件的圓周旋轉(zhuǎn)，試件的圓周旋轉(zhuǎn)通過(guò)變頻電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，軸向移動(dòng)由伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母實(shí)現(xiàn)；超聲波模塊由超聲波發(fā)射卡和超聲波傳感器組成，發(fā)射卡根據(jù)數(shù)據(jù)采集間隔發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波傳感器接收回波信號(hào)，并將信號(hào)傳輸?shù)焦た貦C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；得到缺陷的位置和面積信息。
    超聲探頭選用聚焦探頭，探頭與試件之間通過(guò)流動(dòng)噴水耦合。探頭發(fā)射超聲波入水后，在水與包覆層、包覆層與推進(jìn)劑界面都有超聲波返回，當(dāng)包覆層與推進(jìn)劑界面發(fā)生脫粘時(shí)，該界面處的回波比粘貼時(shí)的能量大，基于這一原理可以根據(jù)該界面回波的幅值判定檢測(cè)處是否脫粘。檢測(cè)時(shí)的超聲回波信號(hào)如圖2所示。

 

 

 

    本文基于超聲波的檢測(cè)原理，針對(duì)火藥柱包覆層與推進(jìn)劑缺陷檢測(cè)的特殊要求，設(shè)計(jì)了水浸式超聲脈沖回波法缺陷檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)制作人工缺陷的火藥柱進(jìn)行整體檢測(cè)表明，本系統(tǒng)較為準(zhǔn)確地計(jì)算出人工缺陷的位置及面積，同時(shí)該檢測(cè)系統(tǒng)具有檢測(cè)通用性好、檢測(cè)過(guò)程高效、檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以縮短采樣間距進(jìn)一步提高檢測(cè)精度。缺點(diǎn)是不適合厚度要求一致的殼體，對(duì)一些異形試件的檢測(cè)還需要進(jìn)一步研究。
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