● 摘要
玻璃钢、碳纤维模压复合材料因性能优越在航空航天领域应用广泛。模压成型工艺过程中对温度、压力控制不当会使得产品中包含裂纹、分层、金属夹杂等缺陷，直接影响其性能。对其检测不允许接触油、水等常用耦合剂，空气耦合超声检测技术作为一种非接触式无损检测技术，适用于该模压复合材料的检测。
由于声波在气固表面上的严重衰减以及在试样内部的散射，超声检测接收信号信噪比较差，检测图像对比度差，噪点较多。本文首先研究了数字信号滤噪技术，对接收信号进行滤噪处理。然后对扫描图像进行图像增强处理，最后进行缺陷量化方法研究。
首先，对空气耦合超声检测系统的软硬件基础条件作了简要介绍。在此基础上对小波滤噪技术以及图像增强和缺陷量化功能模块进行了设计开发。
其次，研究了数字信号滤噪技术。先对小波滤噪技术进行研究，然后简要介绍了脉冲压缩技术，最后研究了基于脉冲压缩的小波滤噪技术。通过对小波基、分解层数、阈值函数等关键参数进行选优，得到了最优工艺参数，接收信号信噪比获得了显著提升。
再次，针对模压复合材料的扫描结果进行图像增强方面的研究。建立了检测图像噪声模型并进行了实验验证，然后从图像滤波技术和灰度变换增强两方面进行了研究，以图像均方误差MSE和对比度作为量化指标对空间域滤波、频域滤波、小波域滤波、直接灰度变换和直方图均衡化等方法进行了研究。最后联合运用灰度变换和图像滤波两种图像增强方法，获得了较好的图像增强效果。
最后，对检测图像采用边缘检测技术、图像阈值分割和相对灵敏度测量技术进行缺陷量化。通过调整每种缺陷量化方法的参数，获得了每种方法得到的量化结果，然后比较3种缺陷量化方法的结果，选择出最适合该模压复合材料的缺陷量化方法。
研究工作表明，通过采用基于脉冲压缩的小波滤噪技术，接收信号信噪比获得了显著提升（由无法辨识有用信号到检测信号信噪比为16.31dB），有效解决了模压复合材料空气耦合超声检测接收信号信噪比差的问题。通过对空气耦合超声检测图像的噪声模型进行分析和验证，得出检测图像噪声为高斯噪声，然后对检测图像进行图像滤波和对比度变换，显著改善了检测图像视觉效果。最后对缺陷进行量化，以-3dB作为阈值的相对灵敏度测量技术能够对该材料中的缺陷进行更加准确的定量，除3mm缺陷量化误差较大外，其余尺寸缺陷量化结果较准确，最大误差为8.84%。