專利名稱：一種復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復合材料層合板制孔缺陷檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在復合材料制孔工藝實驗研究及工藝優(yōu)化中，孔壁分層損傷是衡量制孔質(zhì)量的主要指標之一，準確、高效并且低成本地檢測出每個層間的分層情況，對降低實驗研究成本、驗證工藝優(yōu)化方案的可行性有著重要意義。目前國內(nèi)外常用的復合材料層合板制孔分層檢測技術(shù)有SEM檢測法、光學顯微鏡檢測法、超聲波C掃描檢測法、工業(yè)CT檢測法等。這些分層檢測方法都有其局限性。SEM檢測法和光學顯微鏡檢測法只能檢測孔的進出口分層情況，超聲波C掃描檢測得到的是整個板厚的綜合分層情況，工業(yè)CT檢測一般得到的是若干個層間的綜合情況，都沒有得到每個層間的分層情況；其次，這幾種檢測方法對設備要求嚴格，實驗成本比較高。文獻“張厚江，陳五一，陳鼎昌，碳纖維復合材料鉆孔分層的滲透檢測，航空制造技術(shù)(2004)78— 80”公開了一種復合材料層合板制孔分層的氯化金(分子式AuCl3 · HCl · 4H20)滲透液檢測法，用氯化金的乙醚溶液對孔壁進行滲透染色，在保溫爐中加熱破壞基體將層合板各層分別剝離并測量染色區(qū)域，該方法的檢測結(jié)果反映了各個層間分層缺陷的具體情況，達到了較為理想的檢測效果。但由于氯化金熔點較低(250°C左右)，基體破壞前氯化金已經(jīng)熔化，可能會在加熱過程中造成染色區(qū)域變化；另一方面氯化金含金量較高(47. 8%以上)，價格較為昂貴，導致實驗成本較高。
綜上所述，常用SEM檢測法、光學顯微鏡檢測法、超聲波C掃描檢測法、工業(yè)CT檢測法等無損檢測方法實驗成本高，不能得到每個層間的分層情況；而氯化金滲透液檢測法雖然能基本滿足實驗中分層檢測要求，但存在著染色劑流動和實驗成本問題。因此有必要發(fā)明一種新的方法，能夠準確、高效并且低成本地檢測出復合材料層合板孔壁每個層間的分層情況。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種復合材料層合板制孔分層染色剝離檢測方法并建立相應系統(tǒng)，能夠準確地檢測出復合材料層合板制孔后每個層間的分層情況，建立孔壁分層損傷立體模型，同時降低分層檢測的實驗成本。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟( I)針對待檢測的復合材料層合板材料屬性，選擇無機染色物質(zhì)，要求無機染色物質(zhì)的顏色為白色或亮黃色、熔點高于基體破壞溫度、基體破壞溫度下與環(huán)氧樹脂不反應，一般選擇硫酸鹽，包括硫酸鋇(BaSO4)和硫酸鉛(PbSO4)。(2)將無機染色物質(zhì)研磨成粉末狀，篩選出納米級無機染色粉末。(3)按照Ig納米無機染色粉末對應20ml乙醚的比例，用超聲分散方法把無機染色粉末均勻分散到乙醚中，形成無機染色滲透液。
(4)將無機染色滲透液均勻涂覆在試板的孔壁上，室溫放置10分鐘以上，再次涂覆，重復涂覆操作5遍以上，室溫放置半小時以上，使乙醚自然揮發(fā)。(5)將滲透好的試板保持合適溫度(比基體破壞溫度高50°C 100°C，低于纖維破壞溫度)，待基體完全燃燒后將試板取出。(6)分別進行各層間的圖像數(shù)據(jù)采集。(7)進行圖像數(shù)據(jù)分析處理，采用閾值法分割圖像，并進行圖像輪廓提取，計算并存儲圖像輪廓的分層信息，包括最大直徑和輪廓面積。為實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還提供一個復合材料層合板制孔分層染色剝離檢測系統(tǒng)，包括納米級研磨平臺、超聲分散機、滲透液涂覆平臺、數(shù)控恒溫爐和電耦合圖像傳感器和圖像處理器。納米級研磨平臺將無機染色粉末制成納米級粉末，超聲分散機將納米級無機染色粉末均勻分散到乙醚中形成滲透液，滲透液涂覆平臺將滲透液涂覆在孔壁上，數(shù)控 恒溫爐將基體破壞，電耦合圖像傳感器將分層的圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并傳遞數(shù)據(jù)，圖像處理器完成分層數(shù)字信息的處理并生成孔壁分層立體化模型。所述納米級研磨平臺由顆粒研磨機、納米級濾布、燒杯組成，顆粒研磨機將無機染色物質(zhì)研磨成粉末狀，粉末放置在納米級濾布中央，納米級濾布放置在燒杯上方，使得濾過的粉末收集在燒杯中。所述超聲分散機包括超聲發(fā)射器和試管，試管置于超聲發(fā)射器覆蓋區(qū)，試管中裝有乙醚和無機染色粉末的混合物。所述滲透液涂覆平臺包括蒸發(fā)皿及毛刷、玻璃杯，玻璃杯置于試板下方，用于支撐試板并接收多余滲透液。所述數(shù)控恒溫爐包括恒溫爐和微型計算機，在恒溫爐中的溫度傳感器將溫度信號傳遞給計算機，計算機的控制程序根據(jù)溫度信號生成控制指令傳遞給恒溫爐。所述圖像處理器是一個包含圖像處理軟件的計算機，圖像處理軟件可以實現(xiàn)圖像閾值法分割、圖像輪廓提取、區(qū)域面積計算、最大直徑提取和圖像信息管理等功能。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明對設備要求低，系統(tǒng)所使用的設備都是常見儀器或裝置，檢測成本低；可以檢測復合材料層合板每個層間的分層損傷情況，能夠建立立體化分層模型。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖I是復合材料層合板制孔分層染色剝離檢測系統(tǒng)示意圖；圖2是分層染色區(qū)域示意圖；圖中，I-納米級研磨平臺；2_顆粒研磨機；3_納米級濾布；4-燒杯；5_超聲分散機；6_超聲發(fā)射器；7-試管；8_滲透液涂覆平臺；9_蒸發(fā)皿及毛刷；10_試板；11_玻璃杯；12-數(shù)控恒溫爐；13_恒溫爐；14_微型計算機；15_電耦合圖像傳感器；16_圖像處理器；17-纖維束；18_孔；19-分層染色區(qū)域。
具體實施例方式本發(fā)明屬于復合材料層合板制孔缺陷檢測領(lǐng)域，涉及一種針對復合材料層合板制孔分層的染色剝離檢測方法及系統(tǒng)，適用于復合材料制孔工藝實驗研究中的分層檢測。方法實施實例(I)待檢測CFRP試板材料為T300/E-44，尺寸為125mm X 30mm X 5mm，板中央位置有直徑為6mm的孔，根據(jù)試板材料，選擇硫酸鋇(分子式BaSO4)作為染色物質(zhì)。(2)在顆粒研磨機中將硫酸鋇(分子式BaSO4)研磨成粉末狀，用納米級濾布進行篩選，得到硫酸鋇納米級粉末。(3)把Ig硫酸鋇粉末投入裝有20ml乙醚溶液的試管中，在超聲分散機中將硫酸鋇均勻分散到乙醚中，形成硫酸鋇粉末滲透液。(4)將硫酸鋇粉末滲透液涂覆在試板的孔壁上，放置十分鐘以上，再次涂覆，重復涂覆操作5次以上，將試板置于通風陰涼處一個小時。
(5)將滲透好的試板置于恒溫爐中加熱，保持400°C二十分鐘，待基體完全燃燒后將試板取出。(6)根據(jù)纖維的排列方式分辨每個纖維層，用鑷子依次剝開每一層，并分別進行層間的圖像數(shù)據(jù)采集。(7)進行圖像數(shù)據(jù)分析處理，計算分層區(qū)域面積、提取最大分層直徑、確定最大分層直徑的角度，建立每層數(shù)據(jù)標識，存儲管理各層的分層數(shù)據(jù)，建立孔壁分層損傷立體模型。系統(tǒng)實施實例一個復合材料層合板制孔分層染色剝離檢測系統(tǒng)，包括納米級研磨平臺I、超聲分散機5、滲透液涂覆平臺8、數(shù)控恒溫爐12、電耦合圖像傳感器15和圖像處理器16六個部分。納米級研磨平臺I用于將硫酸鋇制成納米級粉末，超聲分散機5用于將硫酸鋇粉末均勻分散到乙醚中形成滲透液，滲透液涂覆平臺8用于將滲透液涂覆在孔壁上，數(shù)控恒溫爐12用于將基體破壞，電耦合圖像傳感器15用于將分層的圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并傳遞數(shù)據(jù)，圖像處理器16用于分層數(shù)字信息的處理并生成孔壁分層立體化模型。所述納米級研磨平臺I由顆粒研磨機2、納米級濾布3、燒杯4組成，納米級濾布3放置在燒杯4上方，使得濾過的粉末收集在燒杯4中。所述超聲分散機5主要包括超聲發(fā)射器6和試管7，試管7置于超聲發(fā)射器6的超聲覆蓋區(qū)，試管7中裝有乙醚和無機染色粉末的混合物。所述滲透液涂覆平臺8包括蒸發(fā)皿及毛刷9、玻璃杯11，玻璃杯11置于試板10下方，用于支撐試板10并接收多余滲透液。所述數(shù)控恒溫爐12包括恒溫爐13和微型計算機14，在恒溫爐13中的溫度傳感器將溫度信號傳遞給微型計算機14，微型計算機14的控制程序根據(jù)溫度信號生成控制指令傳遞給恒溫爐13。所述圖像處理器16是一個包含圖像處理軟件的計算機，圖像處理軟件可以實現(xiàn)圖像閾值法分割、圖像輪廓提取、區(qū)域面積計算、最大直徑提取和圖像信息管理等功能。
權(quán)利要求
1.一種復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離方法，其特征在于包括下述步驟 (1)針對待檢測的復合材料層合板材料屬性，選擇無機染色物質(zhì)，要求無機染色物質(zhì)的顏色為白色或亮黃色、熔點高于基體破壞溫度、基體破壞溫度下與環(huán)氧樹脂不反應； (2)將無機染色物質(zhì)研磨成粉末狀，篩選出納米級無機染色粉末； (3)按照Ig納米無機染色粉末對應20ml乙醚的比例，用超聲分散方法把無機染色粉末均勻分散到乙醚中，形成無機染色滲透液； (4)將無機染色滲透液均勻涂覆在試板的孔壁上，室溫放置10分鐘以上，再次涂覆，重復涂覆操作5遍以上，室溫放置半小時以上，使乙醚自然揮發(fā)； (5)將滲透好的試板保持合適溫度，所述合適溫度是指比基體破壞溫度高50°C^lOO0C且低于纖維破壞溫度，待基體完全燃燒后將試板取出； (6)分別進行各層間的圖像數(shù)據(jù)采集； (7)進行圖像數(shù)據(jù)分析處理，采用閾值法分割圖像，并進行圖像輪廓提取，計算并存儲圖像輪廓的分層信息，包括最大直徑和輪廓面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離方法，其特征在于所述的無機染色物質(zhì)選擇硫酸鹽，包括硫酸鋇和硫酸鉛。
3.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離方法的裝置，包括納米級研磨平臺、超聲分散機、滲透液涂覆平臺、數(shù)控恒溫爐和電耦合圖像傳感器和圖像處理器，其特征在于納米級研磨平臺將無機染色粉末制成納米級粉末，超聲分散機將納米級無機染色粉末均勻分散到乙醚中形成滲透液，滲透液涂覆平臺將滲透液涂覆在孔壁上，數(shù)控恒溫爐將基體破壞，電耦合圖像傳感器將分層的圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并傳遞數(shù)據(jù)，圖像處理器完成分層數(shù)字信息的處理并生成孔壁分層立體化模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離裝置，其特征在于所述納米級研磨平臺由顆粒研磨機、納米級濾布和燒杯組成，顆粒研磨機將無機染色物質(zhì)研磨成粉末狀，粉末放置在納米級濾布中央，納米級濾布放置在燒杯上方，使得濾過的粉末收集在燒杯中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離裝置，其特征在于所述超聲分散機包括超聲發(fā)射器和試管，試管置于超聲發(fā)射器覆蓋區(qū)，試管中裝有乙醚和無機染色粉末的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離裝置，其特征在于所述滲透液涂覆平臺包括蒸發(fā)皿及毛刷、玻璃杯，玻璃杯置于試板下方，用于支撐試板并接收多余滲透液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離裝置，其特征在于所述數(shù)控恒溫爐包括恒溫爐和微型計算機，在恒溫爐中的溫度傳感器將溫度信號傳遞給計算機，計算機的控制程序根據(jù)溫度信號生成控制指令傳遞給恒溫爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合材料層合板制孔分層檢測的染色剝離裝置，納米級研磨平臺將硫酸鋇制成納米級粉末，超聲分散機將硫酸鋇粉末均勻分散到乙醚中形成滲透液，滲透液涂覆平臺將滲透液涂覆在孔壁上，數(shù)控恒溫爐將基體破壞，電耦合圖像傳感器將分層的圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并傳遞數(shù)據(jù)，圖像處理器完成分層數(shù)字信息的處理并生成孔壁分層立體化模型。本發(fā)明對設備要求低，系統(tǒng)所使用的設備都是常見儀器或裝置，檢測成本低；可以檢測復合材料層合板每個層間的分層損傷情況，能夠建立立體化分層模型。
文檔編號G01N1/30GK102866159SQ20121026931
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者張開富, 齊振超, 程暉, 孟慶勛, 李原 申請人:西北工業(yè)大學