药柱脱粘超声检测方法研究

摘 要：为了能够准确检测出包覆层与推进剂的缺陷，针对药柱自身形状的特点，采用水浸式超声脉冲回波法，提取各部位的缺陷特征回波信号，并对其进行C扫描，获得了试件缺陷图像，并对图像去噪、二值化后得到缺陷的位置和面积信息。选取脱粘情况已知的试件与本系统检测情况进行比较，结果表明，本检测系统检测缺陷位置准确，且有很好的分辨率。
关键词：图像处理； 缺陷检测； 包覆层与推进剂； 超声脉冲回波法
       火药柱中的包覆层用于保护壳体，防止推进剂燃烧过程中壳体融化，包覆层与推进剂脱粘会使推进剂药柱燃烧表面增大，导致发动机因压力剧增而爆炸。脱粘是发动机报废的主要原因，因此是包覆层与推进剂研究的中心内容之一，其安全性至关重要[1]。目前，国内外对于粘贴质量的无损检测方法主要有X射线检测、红外检测、超声波检测等[2]，其中超声波检测法因其检测能力强、缺陷定位准确、性价比高等优点得到了广泛应用。而脉冲回波法是利用超声波在粘贴界面上的反射和投射来检测缺陷的一种特殊超声波检测方法，其检测效果明显且精度较高。结合实际应用情况，本文采用该方法实现对火药柱包覆层与推进剂粘贴质量的检测。
1 检测原理及方法
     采用超声波进行检测时，需要实现声能从探头向工件的传递。按照超声波的耦合方式，可以分为直接接触式和液浸式[3]。由于系统检测对象为圆筒状试件，直接接触法对试件外形尺寸要求较高，通用性较差，且容易对探头造成磨损，不便于自动检测的实现。本系统选用通用性强、超声波的发射和接收都较为稳定，且易于实现自动化检测的液浸式超声耦合方法，如图1所示。
   
       根据上述超声波检测原理设计检测方案，选取脱粘情况已知的试件比较检测效果，选用超声探头的频率为2.5 MHz。整个检测系统包括：工控一体化工作站作为整个系统的控制核心；动力及驱动部分的功能是控制超声探头的轴向移动及试件的圆周旋转，试件的圆周旋转通过变频电机带动主动支撑轮转动实现，轴向移动由伺服电机带动丝杠螺母实现；超声波模块由超声波发射卡和超声波传感器组成，发射卡根据数据采集间隔发射超声波信号，超声波传感器接收回波信号，并将信号传输到工控机进行数据处理；得到缺陷的位置和面积信息。
     超声探头选用聚焦探头，探头与试件之间通过流动喷水耦合。探头发射超声波入水后，在水与包覆层、包覆层与推进剂界面都有超声波返回，当包覆层与推进剂界面发生脱粘时，该界面处的回波比粘贴时的能量大，基于这一原理可以根据该界面回波的幅值判定检测处是否脱粘。检测时的超声回波信号如图2所示。