粘接質(zhì)量檢測技術(shù)在計算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：粘接結(jié)構(gòu)具有比模量高，比強(qiáng)度高的優(yōu)越性能，近些年來被越來越廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，這也使得粘接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求越來越高，因此也對粘接質(zhì)量的檢測工作提出了新的要求，超聲檢測法是目前所有無損檢測中最佳的粘接質(zhì)量檢測方法，文章對超聲檢測法的分類以及它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行了研究分析，此外，對非線性超聲檢測系統(tǒng)的工作原理以及其在計算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，為了更好的提升檢測技術(shù)以及效率，計算機(jī)技術(shù)的合理應(yīng)用是非常重要的手段之一。

關(guān)鍵詞：粘接結(jié)構(gòu);粘接質(zhì)量檢測;計算機(jī)系統(tǒng);超聲檢測法

中圖分類號：TCA9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0023-04

Application of Adhesive Quality Testing Technology inComputer System

XU Shuang-mei

（School of Economics and Management， Xi'an Vocational and Technical College，Xi'an Shaanxi 710077.China）

Abstract： Adhesive structure has the advantages of high specific modulus and high specific strength.ln recentyears，it has been more and more widely used in various fields.which also makes the quality requirements of adhe-sive structure higher and higher.Therefore，it also puts forward new requirements for the detection of adhesive quali-ty.At present，the most effective detection method of adhesive quality is ultrasonic detection.The paper introducesthe classification of ultrasonic testing and their respective characteristics.ln addition，ln this paper，the working prin-ciple of the nonlinear ultrasonic detection system and its application in the computer system are mainly introduced.In order to improve the detection technology and efficiency，the reasonable application of computer technology isone of the most important means.

Key words ： adhesive structure; adhesive quality testing; computer system; ultrasonic testing method

將金屬和金屬，非金屬和非金屬或者金屬和非金屬用粘結(jié)劑粘接在一起的結(jié)構(gòu)就是粘接結(jié)構(gòu)，粘接結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的性能，如高強(qiáng)度，高模量，耐高溫，抗疲勞，耐腐蝕等等，使得其在航天航空，兵器以及國防領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。但是在粘接過程中，往往會由于粘接工藝過著過程控制等原因而造成粘接界面的某些缺陷，常見的粘接缺陷有氣孔，粘接不穩(wěn)固，以及局部脫落等，諸如這些缺陷都會在一定程度上破壞粘接結(jié)構(gòu)的完整性，進(jìn)而達(dá)不到所需要的粘接強(qiáng)度，大大降低產(chǎn)品的性能，因而產(chǎn)品的使用安全性能也無法得到保證，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的事故，尤其是在航空航天領(lǐng)域，如果產(chǎn)品出現(xiàn)問題將會發(fā)生災(zāi)難性的后果，因此對產(chǎn)品粘接質(zhì)量的把控顯得尤為重要，這也就需要采用有效的無損檢測技術(shù)來進(jìn)行粘接界面的粘接質(zhì)量進(jìn)行檢測，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和使用安全。

對粘接結(jié)構(gòu)的無損檢測目前主要是集中在對膠層的界面缺陷以及內(nèi)聚強(qiáng)度的檢測，國內(nèi)外有許多學(xué)者都對粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量檢測比較進(jìn)行了系統(tǒng)研究，就目前而言，粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量無損檢測方法主要有紅外熱成像法，超聲檢測法，滲透法以及射線照相法等，這些檢測方法有它們各白的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。紅外熱成像法的優(yōu)點(diǎn)是檢測精度高，非接觸，圖像直觀以及范圍廣，缺點(diǎn)則是該方法應(yīng)用成本高，并且對溫度等環(huán)境因素較為敏感，因此在使用這種方法進(jìn)行粘接質(zhì)量檢測時，需要對環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的控制[1]。射線檢測法的檢測方法是利用Y射線以及X射線對被檢測試件進(jìn)行遠(yuǎn)程拍片，判斷粘接質(zhì)量時就可以通過觀察分析膠層的密度變化，這種檢測方法的原理是透過不同的介質(zhì)材料時射線會有不同程度的衰減，這樣就會造成底片上呈現(xiàn)出不同的感光黑度的圖像，根據(jù)這些圖片特點(diǎn)就能很直觀的對粘接的缺陷進(jìn)行判斷，由此可見該方法的優(yōu)點(diǎn)就是得出的結(jié)果比較直觀，檢測人員能夠很快的得出結(jié)果，并且還可以長期保存。其缺點(diǎn)則是對孔隙缺陷的檢測不敏感[2]，也無法保證檢測出界面處貼合脫粘。同超聲法相比，這種方法的檢測周期較長，且費(fèi)用較高。效果直觀是滲透法最突出的優(yōu)勢，并且檢測出的不同表面缺陷可以同時顯示，但是它也存在一個比較明顯的缺點(diǎn)，就是滲透法不能對隱藏的粘接界面缺陷進(jìn)行檢測，只能夠?qū)φ辰咏缑姹┞兜脑嚰砻孢M(jìn)行質(zhì)量檢測，所以這種方法存在一些局限性。

在目前所開發(fā)設(shè)計的無損檢測方法中，超聲法是被應(yīng)用最為廣泛的一種檢測方法，超聲法使用方便，靈敏度高，穿透力強(qiáng)，成本低，對人體也無損害，此外，這種方法的適用范圍也非常廣泛，適用于許多的檢測對象，因此在粘接結(jié)構(gòu)的無損檢測中超聲檢測法得到了廣泛的應(yīng)用。

1超聲檢測法

超聲檢測法具有使用方便，靈敏度高，穿透力強(qiáng)，適用對象范圍廣，應(yīng)用成本低，并且對人體無損害等優(yōu)點(diǎn)，這也是為什么超聲檢測法在粘接結(jié)構(gòu)、粘接質(zhì)量檢測領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用范圍，超聲檢測法目前主要有以下幾種檢測方法：斜射人法，脈沖回波法，波導(dǎo)法，聲一超聲法，超聲相控陣法。

1.1脈沖回波法

超聲脈沖回波法的檢測原理是利用超聲波的反射這一特性，該方法主要是指在被測構(gòu)件表面入射持續(xù)時間極短的超聲脈沖波，當(dāng)這些超聲脈沖波透過氣泡，粘接不良等于被測材料不同的介質(zhì)時就會發(fā)生反射，這些反射回來的脈沖波就被稱之為缺陷波，另一部分沒有遇到這些缺陷的波就會直接穿過直至被測介質(zhì)底面然后才會反射回來，這種反射波稱之為底波，最后分析這些反射波，缺陷波以及底波，通過觀察它們在時間軸上的位置可以判斷出粘接結(jié)構(gòu)缺陷在被測構(gòu)件中的大小以及位置。在粘接結(jié)構(gòu)內(nèi)，氣孔或者脫粘缺陷有超聲波穿過時會產(chǎn)生較大的回波[3]。金屬-非金屬粘接質(zhì)量的檢測中，脈沖回波法具有顯著的效果，20世紀(jì)50年代就有學(xué)者對彈性波在分層介質(zhì)中的傳播過程進(jìn)行了研究，到了70、80年代，人們已經(jīng)開始利用超聲脈沖回波法對粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量進(jìn)行檢測，到了90年代，有相關(guān)的研究人員利用脈沖回波法，與計算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行建模分析，最終實(shí)現(xiàn)了對粘接結(jié)構(gòu)粘接質(zhì)量的檢測，成功判斷了粘接結(jié)構(gòu)的缺陷[4]。后來又有學(xué)者利用超聲脈沖回波法對多層粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量進(jìn)行了檢測，利用不同界面缺陷的時間差來判斷。

1.2斜入射法

利用超聲斜入射法在對粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測時，主要是對不同入射角度的聲波和粘接界面之間的關(guān)系和變化規(guī)律進(jìn)行觀察，粘接界面的缺陷就可以直接通過分析這些變化規(guī)律進(jìn)行判斷[5]。斜入射法比較明顯的特點(diǎn)就是可以在不提超聲波的頻率的情況下提高界面弱化探測靈敏度。近些年有許多的研究人員對超聲斜入射法進(jìn)行了深入研究，有學(xué)者利用斜入射法對粘接結(jié)構(gòu)的特征以及劣化程度進(jìn)行了檢測。還有研究人員對某種彈簧模型進(jìn)行了檢測研究，這種模型可以將粘接結(jié)構(gòu)的厚度忽略，同時也對粘接相對較厚的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，例如鋁-膠-鋁等粘接結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行了超聲反射頻譜及其低頻特性進(jìn)行分析研究。此外，學(xué)者成功的建立了夾心復(fù)合材料構(gòu)件的聲學(xué)模型，利用的是反射回波的斜入射技術(shù)，在成功建立模型后對超聲波斜入射角的變化對反射系數(shù)和吸聲系數(shù)的硬性進(jìn)行了分析。還有學(xué)者對多層高分子復(fù)合機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，在超聲波斜入射的情況下，觀察了每一層材料的動力學(xué)參數(shù)及其具體變化，并且研究了吸聲性能同幾何參數(shù)之間的相互影響關(guān)系。

1.3超聲相控陣法

超聲相控陣技術(shù)的主要檢測方法是將超聲探頭品片進(jìn)行組合，它根據(jù)一定的時序以及規(guī)則控制激發(fā)由多個壓電片組成的陣列，這些品片會發(fā)射出超聲波，從而構(gòu)成一個波面陣[6]。然后在對這些反射波進(jìn)行接收時，也是根據(jù)一定的時序和規(guī)則來控制接收晶片，然后對這些信號進(jìn)行合成，對這些信號進(jìn)行處理分析后以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示出來。超聲相控陣技術(shù)的工作原理是觀察聲束的聚焦和偏轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測的，最開始這種技術(shù)主要被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。國內(nèi)某些研究單位已經(jīng)成功的利用超聲相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了聲波測井井下成像，還有學(xué)者使用超聲相控陣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對固體火箭發(fā)動機(jī)封頭構(gòu)件的粘接狀態(tài)的仿真分析研究，結(jié)果證明超聲相控陣檢測法在界面粘接質(zhì)量檢測方面有非常廣泛的應(yīng)用前景。也有研究人員利用超聲相控陣檢測法對復(fù)合材料的粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明這種技術(shù)利用反射波能夠很好的檢測出粘接結(jié)構(gòu)缺陷的位置[7]，這也說明這種檢測方法在復(fù)合材料樣板粘接結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣泛。

1.4聲-超聲法

聲-超聲法（AU）最早是由美國宇航局于1976年提出的，后來這項(xiàng)檢測技術(shù)在粘接接頭，復(fù)合材料等方面得到了廣泛的應(yīng)用，這也使得更多的研究人員和研究單位對聲-超聲技術(shù)進(jìn)行了更加深入的研究。聲-超聲檢測法的使用性非常好，在進(jìn)行檢測時，它只需要使用兩個超聲轉(zhuǎn)換器，然后采用一發(fā)一收的方式進(jìn)行檢測。聲-超聲法的檢測方法是向復(fù)合材料內(nèi)部利用激光照射的方法發(fā)射脈沖信號，這里也可以采用超聲換能器進(jìn)行發(fā)射信號，在復(fù)合材料的內(nèi)部脈沖信號會發(fā)生多次多界面的反射以及折射，然后對這些脈沖信號進(jìn)行模式的轉(zhuǎn)換處理，進(jìn)而產(chǎn)生橫波和縱波，在復(fù)合材料內(nèi)部粘接結(jié)構(gòu)會與這些橫波和縱波發(fā)生相互作用，最終會被放置在材料另一表面的接收裝置接收，當(dāng)這些聲一超聲信號接收完畢后，對其進(jìn)行分析研究，研究被檢測材料的內(nèi)部各種力學(xué)性能的變化，從而可以對粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量進(jìn)行評估。有學(xué)者應(yīng)用聲-超聲技術(shù)，結(jié)合小波變換技術(shù)以及白適應(yīng)濾波法，實(shí)現(xiàn)了對固體火箭發(fā)動機(jī)機(jī)構(gòu)的粘接質(zhì)量的成功檢測[8]。也有研究人員利用這項(xiàng)技術(shù)對鋁-膠-鋁這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了粘接質(zhì)量的檢測研究，研究發(fā)現(xiàn)這種粘接結(jié)構(gòu)的粘接層固化時間同聲-超聲技術(shù)的應(yīng)力波因子有某種單調(diào)對應(yīng)的關(guān)系，這也說明可以利用聲信號和應(yīng)力波因子的幅頻特征來判斷復(fù)合材料粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量。

1.5超聲波導(dǎo)法

超聲波導(dǎo)法是一種十分有效的無損檢測技術(shù)，在材料粘接結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。超聲波在管狀體或者板狀體等不連續(xù)的界面發(fā)生多次的反射，干涉，疊加以及波形轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，超聲導(dǎo)波的主要特點(diǎn)是多模式和頻散，通常情況先為了檢測和評價材料的粘接質(zhì)量主要是通過對導(dǎo)波的頻散特征進(jìn)行研究。波導(dǎo)法僅從單點(diǎn)機(jī)理就可以進(jìn)行長距離的檢測，檢測速度快也是該方法的一大優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外有許多研究人員對這種檢測方法都進(jìn)行了一定程度的研究，有學(xué)者針對固體火箭發(fā)動機(jī)的多層結(jié)構(gòu)利用波導(dǎo)法進(jìn)行了檢測研究，同時對這種多層結(jié)構(gòu)殼體利用全局陣法進(jìn)行了公式推導(dǎo)，成功推導(dǎo)出它的波導(dǎo)頻散公式，并且做出了頻散曲線，研究了粘接質(zhì)量同頻散曲線的關(guān)系[9]。此外，有研究人員通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及數(shù)值計算等方法，提出了一種新的超聲導(dǎo)波法，這種新的方法主要是針對層狀粘接復(fù)合結(jié)構(gòu)的層間界面力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對其粘接質(zhì)量的檢測。

2超聲信號的處理方法

超聲檢測法憑借其檢測速度快，被測對象范圍廣等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量無損檢測領(lǐng)域中，為了確保檢測的順利實(shí)現(xiàn)，就需要分析和處理超聲特征信號，在對超聲檢測信號進(jìn)行處理之前，首先要了解超聲波在被檢測的材料中是如何進(jìn)行傳播的并且掌握其轉(zhuǎn)播規(guī)律，然后選用合適的信號處理手段，對目標(biāo)信號進(jìn)行增強(qiáng)，消除噪聲的影響，進(jìn)而使采集到的信號質(zhì)量得到提高，目前應(yīng)用最為廣泛的信號處理方法就是時頻處理方法，現(xiàn)有的比較好的時頻處理方法有小波變換，HHT技術(shù)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

2.1小波變換（WT）

小波變換信號處理方法是伸縮平移所獲取活波信號，從而實(shí)現(xiàn)對信號的逐步細(xì)化，低頻部分和高頻部分分別作頻率細(xì)分和時間細(xì)分，最終就能夠保證信號任意細(xì)節(jié)聚焦的實(shí)現(xiàn)。有學(xué)者對多層粘接結(jié)構(gòu)深層界面進(jìn)行了檢測研究，并獲取了回波信號特征，然后利用小波變換進(jìn)行分析，進(jìn)而識別和定位這種多層粘接結(jié)構(gòu)的脫粘缺陷。也有研究人員對薄板粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行可粘接質(zhì)量檢測，使用小波變換分析檢測信號，對和粘接質(zhì)量相關(guān)的特征值提出了假設(shè)，并且對被測粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作出了定量識別。此外，在對鎂合金超聲檢測的應(yīng)用中[10]，使用小波變換法可以有效去除噪聲。

2.2 HHT技術(shù)

HHT技術(shù)最開始是由NASA于1998年提出的，該技術(shù)主要是應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的分析。這項(xiàng)技術(shù)是一種具有自適應(yīng)性的時頻局部化的分析技術(shù)，在對非穩(wěn)定非線性的信號進(jìn)行處理時，會對更高的時頻分辨特性。HHT技術(shù)是由兩個步驟組成的，即經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓‥MD）和Hilbert譜分析。利用這種方法獲得的Hil-bert譜能夠在頻域范圍內(nèi)，十分詳細(xì)地描述被處理非平穩(wěn)信號并且它還具有非常高的時頻分辨率，然后使用EMD對其進(jìn)行分解可以得到的單獨(dú)IMF分量，這每一個IMF分量都具有十分明確的物理意義，對信號進(jìn)行處理后可以很好的保留源信號的局部特征。有研究人員針對粗晶材料的超聲檢測信號使用HHT技術(shù)進(jìn)行時頻分析，同時對其進(jìn)行噪聲分解，能夠獲得效果良好的缺陷反射信號。還有學(xué)者提出了一種改進(jìn)的HHT模態(tài)參數(shù)識別方法，使用該方法進(jìn)行去噪，結(jié)果表明這種改進(jìn)后的方法對識別缺陷信號更加精準(zhǔn)。

2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種重要的無損檢測信號處理和分析的手段，目前主要應(yīng)用在超聲檢測的定量分析和定性分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是識別準(zhǔn)確度高，能夠有效地對各種類粘接缺陷進(jìn)行分類，即使是針對不清晰，不完全的缺陷信息也能夠保持較高的識別度。該技術(shù)主要是用過收集多種反映粘接質(zhì)量的特征信息，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析器，進(jìn)而建立最理想的模式識別算法，最后進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，識別實(shí)際問題中的各種缺陷。此前，有研究人員應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用頻譜為特征輸入，以此來識別分類粘接接頭。還有學(xué)者利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)驗(yàn)室成功的完成了Φ1-10mm平底孔以及橫穿孔的定量測量。

3在計算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在對粘接結(jié)構(gòu)的粘接質(zhì)量進(jìn)行檢測時，我們首先需要選擇最佳的檢測方式，然后是最優(yōu)的信號處理技術(shù)，而這幾種檢測信號的收集、分析以及處理都需要計算機(jī)系統(tǒng)的輔助，這里簡要介紹了非線性超聲檢測系統(tǒng)以及其測量方法，可以比較直觀的了解到其在計算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

非線性超聲檢測系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)中包括了RAM-SNAP系統(tǒng)，衰減器，高能匹配電阻，信號取樣器，濾波器，粘接試件，鈮酸鋰晶片換能器，示波器，夾具以及計算機(jī)。整個系統(tǒng)的工作內(nèi)容為：首先RAM-SNAP系統(tǒng)輸出5MHz頻率的高能量正弦脈沖信號，然后依次經(jīng)過匹配電阻，衰減器，低通濾波器等轉(zhuǎn)裝置后加載到直徑7mm，標(biāo)稱頻率為5MHz的窄帶縱波鈮酸鋰晶片上，在耦合劑的作用下脈沖信號垂直入射到被檢測的構(gòu)件上，脈沖信號在構(gòu)件內(nèi)部粘接界面上反射產(chǎn)生回波，然后經(jīng)過信號取樣器進(jìn)入RAM-SNAP系統(tǒng)的CH1通道，另一部分脈沖會直接穿過粘接界面，然后被固定在構(gòu)件的另一面的直徑為6mm，標(biāo)稱頻率為10MHz的窄帶縱波鈮酸鋰品片R接收，在經(jīng)過高通濾波器后進(jìn)入RAM-SNAP系統(tǒng)的CH2通道。該系統(tǒng)中，衰減器的作用是用來檢驗(yàn)非線性來源，此外還能夠?qū)⑤斎腚妷核p到發(fā)射換能器的有效電壓值范圍之內(nèi)，低通濾波器則可以將輸入信號中的高頻諧波分量濾除，這樣就能夠很好的保證激勵發(fā)射換能器的信號是單一頻率的正弦波，信號中的基頻信號則可以用高頻濾波器濾除。

這些器件的正常工作運(yùn)行離不開計算機(jī)系統(tǒng)的有效控制，經(jīng)過相關(guān)裝置的處理，信號最終會由計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，然后形成對應(yīng)的脈沖頻譜圖，然后觀察分析不同的頻譜能夠發(fā)現(xiàn)被檢測構(gòu)件的粘接缺陷。

4結(jié)語

在對粘接結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測時，有許多的方法可供選擇，不同的檢測方法有著不同的特點(diǎn)，目前應(yīng)用最廣泛的無損檢測方法就是超聲檢測法，超聲檢測法根據(jù)原理不同又可以劃分為幾種不同的類型，但是無論選擇哪一種檢測方法進(jìn)行檢測，其信號處理及分析都是離不開計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，在整個檢測系統(tǒng)中，計算機(jī)系統(tǒng)起到了重要的作用，

一方面控制整個檢測過程的進(jìn)程，另一方面還要對經(jīng)過處理的信號進(jìn)行成像分析，最后經(jīng)過一定的算法得出最后的檢測結(jié)果。隨著粘接結(jié)構(gòu)不斷的被廣泛應(yīng)用，粘接質(zhì)量檢測也將成為十分重要的工作，因此更好的應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)對粘接質(zhì)量檢測技術(shù)以及效率的提高具有重要意義。

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收稿日期：2020-01-13

作者簡介：許霜梅（1964-），女，漢族，陜西西安人，碩士學(xué)位，副教授，研究方向：計算機(jī)技術(shù)。

基金項(xiàng)目：陜西省教育科學(xué)規(guī)劃課題：融合商務(wù)類專業(yè)教學(xué)的高職創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究（SGH17V063）