一种实木家具超声检测方法及系统

技术领域

本发明涉及实木家具质量检测技术领域，尤其是涉及一种实木家具超声检测方法及系统。

背景技术

改革开放以来，随着市场经济的不断完善，我国家具行业得到了快速发展，特别是高档实木家具的市场需求稳中有升。实木家具以其清新自然的材质得到了众多消费者的认可，其中以紫檀木、花梨木、胡桃木和橡木等为主的高档树种，在家具市场上占有举足轻重的地位。不同材质的实木家具的价格存在较大差异，不良商家为了获取巨额利润，以次充好，造成了实木家具市场的混乱局面。许多市场上销售的实木家具不“实”，商家有意无意地把“实木框架”简称为“实木”，进而将仿实木、实木贴面家具以实木家具出售，损害了消费者利益。目前，对于实木家具的质量检测往往由质检中心或者其他一些社会性质的质检机构完成，而相应的检测方法大多数是破坏性的，造成了资源浪费。对于普通消费者而言，这种由权威部门执行的破坏性的检测方法耗费时间、精力和财力，且极其不方便，因而探索非破坏性的便携式的实木家具的检测方法具有重要的现实意义。

无损检测技术(NDT)利用声、光、电和磁等媒介，在不影响或不损坏被检对象的前提下，对材料的多种物理参数进行检测，是非破坏性检测技术。超声波检测的检测效果较好，具有便携性好、灵敏度高和穿透能力强等特点。超声无损评价是超声检测发展的趋势，能够给出材质的定量评价，包括对材料和缺陷的物理和力学性能的检测及其评价。基于超声波自身的优点及其在木材检测方面的适用性，对实木家具进行超声无损检测，辨识贴皮实木家具的材质，实现一种方便、快捷、非破坏性的实木家具检测方法，对于打击不良家具生产商，保护消费者利益，具有重要的意义。

发明内容

为实现上述目的,本发明提出了一种实木家具超声检测系统一种实木家具超声检测方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，提供一种实木家具超声检测系统的检测方法，所述方法包括以下步骤：

采集目标家具的超声检测数据；

对采集数据进行特征参数提取；

根据提取的特征参数，分析超声波形变化规律，判断目标家具板材类型。

进一步的，所述提取的特征参数包括声速、回波信号首波的最大幅值以及发生声时、回波信号次波的最大幅值以及发生声时、回波信号第三波的最大幅值以及发生声时和底面回波信号的最大幅值以及发生声时。

进一步的，所述判断目标家具板材类型包括单层板、贴皮板或夹层板；

当超声波形只存在首波波形和底面回波波形，判断家具板材为单层板；

当超声波形在首波波形和底面回波波形之间，还存在界面的反射回波时，判断家具板材为贴皮板或夹层板。

进一步的，当超声波形在首波波形和底面回波波形之间只有一个回波信号时，判断家具板材为贴皮板；

当超声波形在首波波形和底面回波波形之间具有两个及两个以上回波信号时，判断家具板材为夹层板。

进一步的，当所述目标家具板材为单层板时，基于板材的相关参数，通过模糊判别判断板材的种类，所述模糊判别的输入变量为回波信号的特征参数，输出变量为家具板材的种类。

进一步的，所述家具板材的相关参数包括板材的密度、声阻抗、弹性模量、屈服强度、阻尼、泊松比以及超声波在板材中的传播速度。

进一步的，所述采集目标家具的超声检测数据采用多点采样方式进行复测。

作为本发明的第二方面，提供一种采用如上所述的实木家具超声检测方法的检测系统，所述检测系统包括：

超声检测模块，包括超声探头、超声信号发射与接收装置以及用于超声信号的采集与发送的数据采集卡；

家具板材数据库，存储有家具板材的相关参数；

虚拟仪器模块，包括用于控制超声检测模块采集超声数据，通过对超声数据回波信号进行分析，并对比家具板材数据库中板材的相关参数，判定所用家具板材的种类以及是否为贴皮实木的软件部分和计算机。

进一步的，所述超声探头设置于家具表面，所示超声探头与家具表面之间涂抹有超声耦合剂。

进一步的，所述虚拟仪器包括：

主界面，接收采集参数和操作设置，显示采集波形、特征参数以及检测结果；

数据采集单元，基于采集参数和操作设置进行数据采集；

滤波单元，对采集数据进行采集信号进行滤波处理；

信号特征提取单元，对数据采集进行信号的特征参数提取；

模糊判别单元，基于信号的特征参数以及家具板材数据库中板材的相关参数，判定所用家具板材的种类。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所采用方案利用超声基于脉冲反射法进行家具板材种类的检测。该方法将超声探头作用于家具表面，超声探头首先发射持续时间非常短的脉冲声波，并接收来自试件反射回来的超声波，将该反射回波信号输入到计算机中进行分析、处理、判别、储存并结果显示。通过信号的传播时间和波形幅度等来判断材料的内部情况。利用超声检测家具板材实现无损检测具有采集速度快、测量结果实时显示、便携性好、灵敏度高和穿透能力强等优点。

附图说明

图1所示为本发明的一实施例中实木家具超声检测方法的流程示意图；

图2所示为本发明的一实施例中实木家具超声检测系统的结构示意框图；

图3所示为本发明的一实施例中虚拟仪器主界面的示意图；

图4所示为中单层板的波形图；

图5所示为贴皮板的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种实木家具超声检测系统，其包括：超声检测模块、虚拟仪器模块以及家具板材数据库。

超声检测模块包括超声探头和超声数据采集部分，超声探头作用于家具表面；超声数据采集部分包括超声信号发射与接收装置实现超声波的发射与接收，数据采集卡实现超声信号的采集并将之输送到计算机。

计算机及相应的软件作为虚拟仪器对采集到的数据进行分析、处理、储存和显示。由于超声波在不同材料中的传播速度不同，超声波在不同材料界面处传播时发生透射和反射现象，界面两侧的材料的差异大小决定了反射能量和透射能量的比例，通过对回波信号进行分析，并对比家具板材数据库中不同板材的参数，判定所用家具板材是否为贴皮实木以及所用板材的种类。

所述虚拟仪器由通信单元、小波去噪单元、信号特征提取单元、家具板材判别单元及主界面组成。

所述虚拟仪器模块的数据处理功能主要包括信号的数据截取和滤波、信号特征提取、信号存储与显示等。

所述家具板材的数据库，由各种常用家具板材的相关参数组成，包括板材的密度、声阻抗、弹性模量、屈服强度、阻尼、和泊松比以及超声波在该类板材中的传播速度等。

所述家具板材的种类判别可采用模糊判别，其中模糊判别的输入变量为回波信号特征参数，包括声速、振幅以及波形等，输出变量为家具板材的种类。

图2所示为本发明的实木家具超声检测系统结构框图，实木家具超声检测系统由超声探头、超声信号发射与接收模块、数据采集卡、虚拟仪器模块构成，其中虚拟仪器模块由便携式计算机及相应的软件组成，包括数据采集单元、小波去噪单元、信号特征提取单元、模糊判别单元及主界面。

图3所示为本发明的虚拟仪器主界面图，主要用于进行采集参数以及操作设置并显示提取的特征参数与家具检测的结果。

如图1所示本实施例还提供一种技术上述检测系统的实木家具超声检测方法，包括如下步骤：

1)将超声检测装置与计算机相连，并启动虚拟仪器主界面；

2)在虚拟仪器主界面中设置参数，包括木材纹理方向选择、通道选择、采样周期设置、发射电压设置等。

3)在超声探头与家具表面之间涂抹超声耦合剂后，将超声探头置于家具表面。

4)在虚拟仪器主界面中点击启动按钮，开始发射超声波并采样，采集的数据经过小波去噪处理后在波形显示区域实时显示，波形稳定后点击停止按钮以停止发射和采样。

5)采样完毕后，点击保存按钮将数据存储到设置的文件中，存储的波形曲线信息继续在波形显示区显示。测试完成后可以调用该数据文件进一步对数据进行分析。

6)对采集数据进行特征参数提取并在结果显示区域显示。超声波在不同材料中的声速不同，可以据此大致判断一下材料；也可根据波形等其他因素进一步判断。提取的特征参数包括声速、回波信号首波的最大幅值及发生声时、可能的回波信号次波的最大幅值及发生声时、可能的回波信号第三波的最大幅值及发生声时，底面回波信号的最大幅值及发生声时。

7)根据采集数据的特征参数，综合分析波形变化规律，判断家具板材为单层板、贴皮板或者夹层板并显示。如图4所示，无缺陷单层木质板材，只存在首波波形和底面回波波形，当家具板材为贴皮板或夹层板时，在激励波和底面回波之间，还存在界面的反射回波，回波幅度大小与界面两侧的介质差异有关，差异越大，回波幅度越大。如图5所示，贴皮板回波波形有首波和底面波回波波形，中间界面也会有一个回波信号；夹层板等于三层或多层板，除了首波和底面波回波波形，中间应该有2个及2个以上回波信号。

进一步的，如果为单层板，基于家具板材的数据库中常用家具板材的相关参数，通过模糊判别判断可能的板材类型并给出显示。

8)测试过程中可以采用多点采样方式进行复测，以避开可能存在的板材内部缺陷，以保障测量结果的准确性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。