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专利名称：一种复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合材料层合板制孔缺陷检测领域。
背景技术：
在复合材料制孔工艺实验研究及工艺优化中，孔壁分层损伤是衡量制孔质量的主要指标之一，准确、高效并且低成本地检测出每个层间的分层情况，对降低实验研究成本、验证工艺优化方案的可行性有着重要意义。目前国内外常用的复合材料层合板制孔分层检测技术有SEM检测法、光学显微镜检测法、超声波C扫描检测法、工业CT检测法等。这些分层检测方法都有其局限性。SEM检测法和光学显微镜检测法只能检测孔的进出口分层情况，超声波C扫描检测得到的是整个板厚的综合分层情况，工业CT检测一般得到的是若干个层间的综合情况，都没有得到每个层间的分层情况；其次，这几种检测方法对设备要求严格，实验成本比较高。文献“张厚江，陈五一，陈鼎昌，碳纤维复合材料钻孔分层的渗透检测，航空制造技术(2004)78— 80”公开了一种复合材料层合板制孔分层的氯化金(分子式AuCl3 · HCl · 4H20)渗透液检测法，用氯化金的乙醚溶液对孔壁进行渗透染色，在保温炉中加热破坏基体将层合板各层分别剥离并测量染色区域，该方法的检测结果反映了各个层间分层缺陷的具体情况，达到了较为理想的检测效果。但由于氯化金熔点较低(250°C左右)，基体破坏前氯化金已经熔化，可能会在加热过程中造成染色区域变化；另一方面氯化金含金量较高(47. 8%以上)，价格较为昂贵，导致实验成本较高。
综上所述，常用SEM检测法、光学显微镜检测法、超声波C扫描检测法、工业CT检测法等无损检测方法实验成本高，不能得到每个层间的分层情况；而氯化金渗透液检测法虽然能基本满足实验中分层检测要求，但存在着染色剂流动和实验成本问题。因此有必要发明一种新的方法，能够准确、高效并且低成本地检测出复合材料层合板孔壁每个层间的分层情况。

发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种复合材料层合板制孔分层染色剥离检测方法并建立相应系统，能够准确地检测出复合材料层合板制孔后每个层间的分层情况，建立孔壁分层损伤立体模型，同时降低分层检测的实验成本。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤( I)针对待检测的复合材料层合板材料属性，选择无机染色物质，要求无机染色物质的颜色为白色或亮黄色、熔点高于基体破坏温度、基体破坏温度下与环氧树脂不反应，一般选择硫酸盐，包括硫酸钡(BaSO4)和硫酸铅(PbSO4)。(2)将无机染色物质研磨成粉末状，筛选出纳米级无机染色粉末。(3)按照Ig纳米无机染色粉末对应20ml乙醚的比例，用超声分散方法把无机染色粉末均匀分散到乙醚中，形成无机染色渗透液。
(4)将无机染色渗透液均匀涂覆在试板的孔壁上，室温放置10分钟以上，再次涂覆，重复涂覆操作5遍以上，室温放置半小时以上，使乙醚自然挥发。(5)将渗透好的试板保持合适温度(比基体破坏温度高50°C 100°C，低于纤维破坏温度)，待基体完全燃烧后将试板取出。(6)分别进行各层间的图像数据采集。(7)进行图像数据分析处理，采用阈值法分割图像，并进行图像轮廓提取，计算并存储图像轮廓的分层信息，包括最大直径和轮廓面积。为实现上述方法，本发明还提供一个复合材料层合板制孔分层染色剥离检测系统，包括纳米级研磨平台、超声分散机、渗透液涂覆平台、数控恒温炉和电耦合图像传感器和图像处理器。纳米级研磨平台将无机染色粉末制成纳米级粉末，超声分散机将纳米级无机染色粉末均匀分散到乙醚中形成渗透液，渗透液涂覆平台将渗透液涂覆在孔壁上，数控 恒温炉将基体破坏，电耦合图像传感器将分层的图像信息转换成数字信息并传递数据，图像处理器完成分层数字信息的处理并生成孔壁分层立体化模型。所述纳米级研磨平台由颗粒研磨机、纳米级滤布、烧杯组成，颗粒研磨机将无机染色物质研磨成粉末状，粉末放置在纳米级滤布中央，纳米级滤布放置在烧杯上方，使得滤过的粉末收集在烧杯中。所述超声分散机包括超声发射器和试管，试管置于超声发射器覆盖区，试管中装有乙醚和无机染色粉末的混合物。所述渗透液涂覆平台包括蒸发皿及毛刷、玻璃杯，玻璃杯置于试板下方，用于支撑试板并接收多余渗透液。所述数控恒温炉包括恒温炉和微型计算机，在恒温炉中的温度传感器将温度信号传递给计算机，计算机的控制程序根据温度信号生成控制指令传递给恒温炉。所述图像处理器是一个包含图像处理软件的计算机，图像处理软件可以实现图像阈值法分割、图像轮廓提取、区域面积计算、最大直径提取和图像信息管理等功能。本发明的有益效果是本发明对设备要求低，系统所使用的设备都是常见仪器或装置，检测成本低；可以检测复合材料层合板每个层间的分层损伤情况，能够建立立体化分层模型。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。


图I是复合材料层合板制孔分层染色剥离检测系统示意图；图2是分层染色区域示意图；图中，I-纳米级研磨平台；2_颗粒研磨机；3_纳米级滤布；4-烧杯；5_超声分散机；6_超声发射器；7-试管；8_渗透液涂覆平台；9_蒸发皿及毛刷；10_试板；11_玻璃杯；12-数控恒温炉；13_恒温炉；14_微型计算机；15_电耦合图像传感器；16_图像处理器；17-纤维束；18_孔；19-分层染色区域。
具体实施例方式本发明属于复合材料层合板制孔缺陷检测领域，涉及一种针对复合材料层合板制孔分层的染色剥离检测方法及系统，适用于复合材料制孔工艺实验研究中的分层检测。方法实施实例(I)待检测CFRP试板材料为T300/E-44，尺寸为125mm X 30mm X 5mm，板中央位置有直径为6mm的孔，根据试板材料，选择硫酸钡(分子式BaSO4)作为染色物质。(2)在颗粒研磨机中将硫酸钡(分子式BaSO4)研磨成粉末状，用纳米级滤布进行筛�。玫搅蛩岜的擅准斗勰�。(3)把Ig硫酸钡粉末投入装有20ml乙醚溶液的试管中，在超声分散机中将硫酸钡均匀分散到乙醚中，形成硫酸钡粉末渗透液。(4)将硫酸钡粉末渗透液涂覆在试板的孔壁上，放置十分钟以上，再次涂覆，重复涂覆操作5次以上，将试板置于通风阴凉处一个小时。
(5)将渗透好的试板置于恒温炉中加热，保持400°C二十分钟，待基体完全燃烧后将试板取出。(6)根据纤维的排列方式分辨每个纤维层，用镊子依次剥开每一层，并分别进行层间的图像数据采集。(7)进行图像数据分析处理，计算分层区域面积、提取最大分层直径、确定最大分层直径的角度，建立每层数据标识，存储管理各层的分层数据，建立孔壁分层损伤立体模型。系统实施实例一个复合材料层合板制孔分层染色剥离检测系统，包括纳米级研磨平台I、超声分散机5、渗透液涂覆平台8、数控恒温炉12、电耦合图像传感器15和图像处理器16六个部分。纳米级研磨平台I用于将硫酸钡制成纳米级粉末，超声分散机5用于将硫酸钡粉末均匀分散到乙醚中形成渗透液，渗透液涂覆平台8用于将渗透液涂覆在孔壁上，数控恒温炉12用于将基体破坏，电耦合图像传感器15用于将分层的图像信息转换成数字信息并传递数据，图像处理器16用于分层数字信息的处理并生成孔壁分层立体化模型。所述纳米级研磨平台I由颗粒研磨机2、纳米级滤布3、烧杯4组成，纳米级滤布3放置在烧杯4上方，使得滤过的粉末收集在烧杯4中。所述超声分散机5主要包括超声发射器6和试管7，试管7置于超声发射器6的超声覆盖区，试管7中装有乙醚和无机染色粉末的混合物。所述渗透液涂覆平台8包括蒸发皿及毛刷9、玻璃杯11，玻璃杯11置于试板10下方，用于支撑试板10并接收多余渗透液。所述数控恒温炉12包括恒温炉13和微型计算机14，在恒温炉13中的温度传感器将温度信号传递给微型计算机14，微型计算机14的控制程序根据温度信号生成控制指令传递给恒温炉13。所述图像处理器16是一个包含图像处理软件的计算机，图像处理软件可以实现图像阈值法分割、图像轮廓提取、区域面积计算、最大直径提取和图像信息管理等功能。
权利要求
1.一种复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离方法，其特征在于包括下述步骤 (1)针对待检测的复合材料层合板材料属性，选择无机染色物质，要求无机染色物质的颜色为白色或亮黄色、熔点高于基体破坏温度、基体破坏温度下与环氧树脂不反应； (2)将无机染色物质研磨成粉末状，筛选出纳米级无机染色粉末； (3)按照Ig纳米无机染色粉末对应20ml乙醚的比例，用超声分散方法把无机染色粉末均匀分散到乙醚中，形成无机染色渗透液； (4)将无机染色渗透液均匀涂覆在试板的孔壁上，室温放置10分钟以上，再次涂覆，重复涂覆操作5遍以上，室温放置半小时以上，使乙醚自然挥发； (5)将渗透好的试板保持合适温度，所述合适温度是指比基体破坏温度高50°C^lOO0C且低于纤维破坏温度，待基体完全燃烧后将试板取出； (6)分别进行各层间的图像数据采集； (7)进行图像数据分析处理，采用阈值法分割图像，并进行图像轮廓提�。扑悴⒋娲⑼枷衤掷姆植阈畔ⅲㄗ畲笾本逗吐掷婊�。
2.根据权利要求I所述的复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离方法，其特征在于所述的无机染色物质选择硫酸盐，包括硫酸钡和硫酸铅。
3.一种实现权利要求I所述复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离方法的装置，包括纳米级研磨平台、超声分散机、渗透液涂覆平台、数控恒温炉和电耦合图像传感器和图像处理器，其特征在于纳米级研磨平台将无机染色粉末制成纳米级粉末，超声分散机将纳米级无机染色粉末均匀分散到乙醚中形成渗透液，渗透液涂覆平台将渗透液涂覆在孔壁上，数控恒温炉将基体破坏，电耦合图像传感器将分层的图像信息转换成数字信息并传递数据，图像处理器完成分层数字信息的处理并生成孔壁分层立体化模型。
4.根据权利要求3所述的复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离装置，其特征在于所述纳米级研磨平台由颗粒研磨机、纳米级滤布和烧杯组成，颗粒研磨机将无机染色物质研磨成粉末状，粉末放置在纳米级滤布中央，纳米级滤布放置在烧杯上方，使得滤过的粉末收集在烧杯中。
5.根据权利要求3所述的复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离装置，其特征在于所述超声分散机包括超声发射器和试管，试管置于超声发射器覆盖区，试管中装有乙醚和无机染色粉末的混合物。
6.根据权利要求3所述的复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离装置，其特征在于所述渗透液涂覆平台包括蒸发皿及毛刷、玻璃杯，玻璃杯置于试板下方，用于支撑试板并接收多余渗透液。
7.根据权利要求3所述的复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离装置，其特征在于所述数控恒温炉包括恒温炉和微型计算机，在恒温炉中的温度传感器将温度信号传递给计算机，计算机的控制程序根据温度信号生成控制指令传递给恒温炉。
全文摘要
本发明公开了一种复合材料层合板制孔分层检测的染色剥离装置，纳米级研磨平台将硫酸钡制成纳米级粉末，超声分散机将硫酸钡粉末均匀分散到乙醚中形成渗透液，渗透液涂覆平台将渗透液涂覆在孔壁上，数控恒温炉将基体破坏，电耦合图像传感器将分层的图像信息转换成数字信息并传递数据，图像处理器完成分层数字信息的处理并生成孔壁分层立体化模型。本发明对设备要求低，系统所使用的设备都是常见仪器或装置，检测成本低；可以检测复合材料层合板每个层间的分层损伤情况，能够建立立体化分层模型。
文档编号G01N1/30GK102866159SQ20121026931
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者张开富, 齐振超, 程晖, 孟庆勋, 李原 申请人:西北工业大学