粘接质量检测技术在计算机系统中的应用
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摘要：粘接结构具有比模量高，比强度高的优越性能，近些年来被越来越广泛的应用到各个领域中，这也使得粘接结构的质量要求越来越高，因此也对粘接质量的检测工作提出了新的要求，超声检测法是目前所有无损检测中最佳的粘接质量检测方法，文章对超声检测法的分类以及它们各自的特点进行了研究分析，此外，对非线性超声检测系统的工作原理以及其在计算机系统中的应用进行了重点阐述，为了更好的提升检测技术以及效率，计算机技术的合理应用是非常重要的手段之一。
关键词：粘接结构;粘接质量检测;计算机系统;超声检测法
中图分类号：TCA9
文献标识码：A
文章编号：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
将金属和金属，非金属和非金属或者金属和非金属用粘结剂粘接在一起的结构就是粘接结构，粘接结构具有优越的性能，如高强度，高模量，耐高温，抗疲劳，耐腐蚀等等，使得其在航天航空，兵器以及国防领域的应用越来越广泛。但是在粘接过程中，往往会由于粘接工艺过着过程控制等原因而造成粘接界面的某些缺陷，常见的粘接缺陷有气孔，粘接不稳固，以及局部脱落等，诸如这些缺陷都会在一定程度上破坏粘接结构的完整性，进而达不到所需要的粘接强度，大大降低产品的性能，因而产品的使用安全性能也无法得到保证，甚至会引发严重的事故，尤其是在航空航天领域，如果产品出现问题将会发生灾难性的后果，因此对产品粘接质量的把控显得尤为重要，这也就需要采用有效的无损检测技术来进行粘接界面的粘接质量进行检测，以确保产品的质量和使用安全。
对粘接结构的无损检测目前主要是集中在对胶层的界面缺陷以及内聚强度的检测，国内外有许多学者都对粘接结構的粘接质量检测比较进行了系统研究，就目前而言，粘接结构的粘接质量无损检测方法主要有红外热成像法，超声检测法，渗透法以及射线照相法等，这些检测方法有它们各白的优点和缺陷。红外热成像法的优点是检测精度高，非接触，图像直观以及范围广，缺点则是该方法应用成本高，并且对温度等环境因素较为敏感，因此在使用这种方法进行粘接质量检测时，需要对环境进行严格的控制[1]。射线检测法的检测方法是利用Y射线以及X射线对被检测试件进行远程拍片，判断粘接质量时就可以通过观察分析胶层的密度变化，这种检测方法的原理是透过不同的介质材料时射线会有不同程度的衰减，这样就会造成底片上呈现出不同的感光黑度的图像，根据这些图片特点就能很直观的对粘接的缺陷进行判断，由此可见该方法的优点就是得出的结果比较直观，检测人员能够很快的得出结果，并且还可以长期保存。其缺点则是对孔隙缺陷的检测不敏感[2]，也无法保证检测出界面处贴合脱粘。同超声法相比，这种方法的检测周期较长，且费用较高。效果直观是渗透法最突出的优势，并且检测出的不同表面缺陷可以同时显示，但是它也存在一个比较明显的缺点，就是渗透法不能对隐藏的粘接界面缺陷进行检测，只能够对粘接界面暴露的试件表面进行质量检测，所以这种方法存在一些局限性。
在目前所开发设计的无损检测方法中，超声法是被应用最为广泛的一种检测方法，超声法使用方便，灵敏度高，穿透力强，成本低，对人体也无损害，此外，这种方法的适用范围也非常广泛，适用于许多的检测对象，因此在粘接结构的无损检测中超声检测法得到了广泛的应用。 1超声检测法
超声检测法具有使用方便，灵敏度高，穿透力强，适用对象范围广，应用成本低，并且对人体无损害等优点，这也是为什么超声检测法在粘接结构、粘接质量检测领域有着非常广泛的应用范围，超声检测法目前主要有以下几种检测方法：斜射人法，脉冲回波法，波导法，声一超声法，超声相控阵法。
1.1脉冲回波法
超声脉冲回波法的检测原理是利用超声波的反射这一特性，该方法主要是指在被测构件表面入射持续时间极短的超声脉冲波，当这些超声脉冲波透过气泡，粘接不良等于被測材料不同的介质时就会发生反射，这些反射回来的脉冲波就被称之为缺陷波，另一部分没有遇到这些缺陷的波就会直接穿过直至被测介质底面然后才会反射回来，这种反射波称之为底波，最后分析这些反射波，缺陷波以及底波，通过观察它们在时间轴上的位置可以判断出粘接结构缺陷在被测构件中的大小以及位置。在粘接结构内，气孔或者脱粘缺陷有超声波穿过时会产生较大的回波[3]。金属-非金属粘接质量的检测中，脉冲回波法具有显著的效果，20世纪50年代就有学者对弹性波在分层介质中的传播过程进行了研究，到了70、80年代，人们已经开始利用超声脉冲回波法对粘接结构的粘接质量进行检测，到了90年代，有相关的研究人员利用脉冲回波法，与计算机系统相结合进行建模分析，最终实现了对粘接结构粘接质量的检测，成功判断了粘接结构的缺陷[4]。后来又有学者利用超声脉冲回波法对多层粘接结构的粘接质量进行了检测，利用不同界面缺陷的时间差来判断。
1.2斜入射法
利用超声斜入射法在对粘接结构进行质量检测时，主要是对不同入射角度的声波和粘接界面之间的关系和变化规律进行观察，粘接界面的缺陷就可以直接通过分析这些变化规律进行判断[5]。斜入射法比较明显的特点就是可以在不提超声波的频率的情况下提高界面弱化探测灵敏度。近些年有许多的研究人员对超声斜入射法进行了深入研究，有学者利用斜入射法对粘接结构的特征以及劣化程度进行了检测。还有研究人员对某种弹簧模型进行了检测研究，这种模型可以将粘接结构的厚度忽略，同时也对粘接相对较厚的结构进行了研究，例如铝-胶-铝等粘接结构，对其进行了超声反射频谱及其低频特性进行分析研究。此外，学者成功的建立了夹心复合材料构件的声学模型，利用的是反射回波的斜入射技术，在成功建立模型后对超声波斜入射角的变化对反射系数和吸声系数的硬性进行了分析。还有学者对多层高分子复合机构进行了研究，在超声波斜入射的情况下，观察了每一层材料的动力学参数及其具体变化，并且研究了吸声性能同几何参数之间的相互影响关系。
1.3超声相控阵法
超声相控阵技术的主要检测方法是将超声探头品片进行组合，它根据一定的时序以及规则控制激发由多个压电片组成的阵列，这些品片会发射出超声波，从而构成一个波面阵[6]。然后在对这些反射波进行接收时，也是根据一定的时序和规则来控制接收晶片，然后对这些信号进行合成，对这些信号进行处理分析后以适当的方式显示出来。超声相控阵技术的工作原理是观察声束的聚焦和偏转进行检测的，最开始这种技术主要被应用于医学领域。国内某些研究单位已经成功的利用超声相控阵技术实现了声波测井井下成像，还有学者使用超声相控阵技术，实现了对固体火箭发动机封头构件的粘接状态的仿真分析研究，结果证明超声相控阵检测法在界面粘接质量检测方面有非常广泛的应用前景。也有研究人员利用超声相控阵检测法对复合材料的粘接结构进行了检测，结果表明这种技术利用反射波能够很好的检测出粘接结构缺陷的位置[7]，这也说明这种检测方法在复合材料样板粘接结构检测领域的应用前景十分广泛。
1.4声-超声法
声-超声法（AU）最早是由美国宇航局于1976年提出的，后来这项检测技术在粘接接头，复合材料等方面得到了广泛的应用，这也使得更多的研究人员和研究单位对声-超声技术进行了更加深入的研究。声-超声检测法的使用性非常好，在进行检测时，它只需要使用两个超声转换器，然后采用一发一收的方式进行检测。声-超声法的检测方法是向复合材料内部利用激光照射的方法发射脉冲信号，这里也可以采用超声换能器进行发射信号，在复合材料的内部脉冲信号会发生多次多界面的反射以及折射，然后对这些脉冲信号进行模式的转换处理，进而产生横波和纵波，在复合材料内部粘接结构会与这些横波和纵波发生相互作用，最终会被放置在材料另一表面的接收装置接收，当这些声一超声信号接收完毕后，对其进行分析研究，研究被检测材料的内部各种力学性能的变化，从而可以对粘接结构的粘接质量进行评估。有学者应用声-超声技术，结合小波变换技术以及白适应滤波法，实现了对固体火箭发动机机构的粘接质量的成功检测[8]。也有研究人员利用这项技术对铝-胶-铝这种结构进行了粘接质量的检测研究，研究发现这种粘接结构的粘接层固化时间同声-超声技术的应力波因子有某种单调对应的关系，这也说明可以利用声信号和应力波因子的幅频特征来判断复合材料粘接结构的粘接质量。
1.5超声波导法
超声波导法是一种十分有效的无损检测技术，在材料粘接结构质量检测领域的应用已经十分广泛。超声波在管状体或者板状体等不连续的界面发生多次的反射，干涉，叠加以及波形转换会产生超声导波，超声导波的主要特点是多模式和频散，通常情况先为了检测和评价材料的粘接质量主要是通过对导波的频散特征进行研究。波导法仅从单点机理就可以进行长距离的检测，检测速度快也是该方法的一大优点。国内外有许多研究人员对这种检测方法都进行了一定程度的研究，有学者针对固体火箭发动机的多层结构利用波导法进行了检测研究，同时对这种多层结构壳体利用全局阵法进行了公式推导，成功推导出它的波导频散公式，并且做出了频散曲线，研究了粘接质量同频散曲线的关系[9]。此外，有研究人员通过实验验证以及数值计算等方法，提出了一种新的超声导波法，这种新的方法主要是针对层状粘接复合结构的层间界面力学参数进行分析研究，进而实现对其粘接质量的检测。 2超声信号的处理方法
超声检测法凭借其检测速度快，被测对象范围广等优点被广泛应用于粘接结构的粘接质量无损检测领域中，为了确保检测的顺利实现，就需要分析和处理超声特征信号，在对超声检测信号进行处理之前，首先要了解超声波在被检测的材料中是如何进行传播的并且掌握其转播规律，然后选用合适的信号处理手段，对目标信号进行增强，消除噪声的影响，进而使采集到的信号质量得到提高，目前应用最为广泛的信号处理方法就是时频处理方法，现有的比较好的时频处理方法有小波变换，HHT技术以及人工神经网络。
2.1小波变换（WT）
小波变换信号处理方法是伸缩平移所获取活波信号，从而实现对信号的逐步细化，低频部分和高频部分分别作频率细分和时间细分，最终就能够保证信号任意细节聚焦的实现。有学者对多层粘接结构深层界面进行了检测研究，并获取了回波信号特征，然后利用小波变换进行分析，进而识别和定位这种多层粘接结构的脱粘缺陷。也有研究人员对薄板粘接结构进行可粘接质量检测，使用小波变换分析检测信号，对和粘接质量相关的特征值提出了假设，并且对被测粘接结构的粘接质量利用RBF神经网络作出了定量识别。此外，在对镁合金超声检测的应用中[10]，使用小波变换法可以有效去除噪声。
2.2 HHT技术
HHT技术最开始是由NASA于1998年提出的，该技术主要是应用于非线性系统的分析。这项技术是一种具有自适应性的时频局部化的分析技术，在对非稳定非线性的信号进行处理时，会对更高的时频分辨特性。HHT技术是由两个步骤组成的，即经验模式分解（EMD）和Hilbert谱分析。利用这种方法获得的Hil-bert谱能够在频域范围内，十分详细地描述被处理非平稳信号并且它还具有非常高的时频分辨率，然后使用EMD对其进行分解可以得到的单独IMF分量，这每一个IMF分量都具有十分明确的物理意义，对信号进行处理后可以很好的保留源信号的局部特征。有研究人员针对粗晶材料的超声检测信号使用HHT技术进行时频分析，同时对其进行噪声分解，能够获得效果良好的缺陷反射信号。还有学者提出了一种改进的HHT模态参数识别方法，使用该方法进行去噪，结果表明这种改进后的方法对识别缺陷信号更加精准。
2.3人工神经网络
神经网络是一种重要的无损检测信号处理和分析的手段，目前主要应用在超声检测的定量分析和定性分析，神经网络的优点是识别准确度高，能够有效地对各种类粘接缺陷进行分类，即使是针对不清晰，不完全的缺陷信息也能够保持较高的识别度。该技术主要是用过收集多种反映粘接质量的特征信息，然后在实验室内训练人工神经网络分析器，进而建立最理想的模式识别算法，最后进行实践应用，识别实际问题中的各种缺陷。此前，有研究人员应用神经网络用频谱为特征输入，以此来识别分类粘接接头。还有学者利用人工神经网络在实验室成功的完成了Φ1-10mm平底孔以及横穿孔的定量测量。
3在计算机系统中的应用
在对粘接结构的粘接质量进行检测时，我们首先需要选择最佳的检测方式，然后是最优的信号处理技术，而这几种检测信号的收集、分析以及处理都需要计算机系统的辅助，这里简要介绍了非线性超声检测系统以及其测量方法，可以比较直观的了解到其在计算机系统中的应用。
非线性超声检测系统的示意图如图1所示。该系统中包括了RAM-SNAP系统，衰减器，高能匹配电阻，信号取樣器，滤波器，粘接试件，铌酸锂晶片换能器，示波器，夹具以及计算机。整个系统的工作内容为：首先RAM-SNAP系统输出5MHz频率的高能量正弦脉冲信号，然后依次经过匹配电阻，衰减器，低通滤波器等转装置后加载到直径7mm，标称频率为5MHz的窄带纵波铌酸锂晶片上，在耦合剂的作用下脉冲信号垂直入射到被检测的构件上，脉冲信号在构件内部粘接界面上反射产生回波，然后经过信号取样器进入RAM-SNAP系统的CH1通道，另一部分脉冲会直接穿过粘接界面，然后被固定在构件的另一面的直径为6mm，标称频率为10MHz的窄带纵波铌酸锂品片R接收，在经过高通滤波器后进入RAM-SNAP系统的CH2通道。该系统中，衰减器的作用是用来检验非线性来源，此外还能够将输入电压衰减到发射换能器的有效电压值范围之内，低通滤波器则可以将输入信号中的高频谐波分量滤除，这样就能够很好的保证激励发射换能器的信号是单一频率的正弦波，信号中的基频信号则可以用高频滤波器滤除。
这些器件的正常工作运行离不开计算机系统的有效控制，经过相关装置的处理，信号最终会由计算机系统进行分析，然后形成对应的脉冲频谱图，然后观察分析不同的频谱能够发现被检测构件的粘接缺陷。
4结语
在对粘接结构进行质量检测时，有许多的方法可供选择，不同的检测方法有着不同的特点，目前应用最广泛的无损检测方法就是超声检测法，超声检测法根据原理不同又可以划分为几种不同的类型，但是无论选择哪一种检测方法进行检测，其信号处理及分析都是离不开计算机系统的应用，在整个检测系统中，计算机系统起到了重要的作用，
一方面控制整个检测过程的进程，另一方面还要对经过处理的信号进行成像分析，最后经过一定的算法得出最后的检测结果。随着粘接结构不断的被广泛应用，粘接质量检测也将成为十分重要的工作，因此更好的应用计算机系统对粘接质量检测技术以及效率的提高具有重要意义。
参考文献
[1]戴景民，汪子君.红外热成像无损检测技术及其应用现状[J].自动化技术与应用，2007，26（1）：2-8.
[2]刘福顺，汤明.无损检测基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002：5-106.
[3]袁红梅.粘接结构界面缺陷超声检测技术及其应用研究[J].北京工业大学，2010：2-19.
[4] Billson D R， Hutchins D A.Ultrasonic testing of adhe-sivelv bonded lavers using shear waves[J].Acoustics，2008，94（9）：4638-4635.
[5]袁华，王召巴.多厚度壳体发动机界面脱粘超声检测技术研究[J].弹簧与制导学报，2009，29（2）：150-160.
[6]卢超，邓丹，陈文生，等.钢轨气压焊接头的超声相控阵检测技术研究[J].失效分析与预防，2011，6（3）：138-145.
[7]李怀富，李业书，吕贵平，等.超声相控阵技术在复合材料检测上的应用[J].玻璃钢/复合材料，2010（2）：80-88.
[8]艾春安，刘瑜，赵文才，等.固体火箭发动机粘接结构粘接质量的声一超声检测[J].无损检测，2009，31（12）：290-299.
[9]艾春安，高利荣，吴安法.固体火箭发动机多层结构壳体的导波频散特性分析[J].火箭推进，2008，34（5）：10-19.
[10]陈阵华，赵二虎，胡怀辉.镁合金超声检测的相关增强小波去噪技术[J].内蒙古工业大学学报，2011，30（4）：505-510.
收稿日期：2020-01-13
作者简介：许霜梅（1964-），女，汉族，陕西西安人，硕士学位，副教授，研究方向：计算机技术。
基金项目：陕西省教育科学规划课题：融合商务类专业教学的高职创新创业教育研究（SGH17V063）
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