[發(fā)明專利]一種基于信號相關(guān)分析的增材制造構(gòu)件在線檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810224121.2
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108444921B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡宏偉;曾慧婕;何緒暉;王向紅;尹來容;張明軍;劉文杰
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于信號相關(guān)分析的增材制造構(gòu)件在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：構(gòu)建激光超聲自動檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括運動掃查機構(gòu)、兩套激光超聲檢測裝置、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；其中運動掃查機構(gòu)包括X/Z軸自動掃查架、Y/Z軸自動掃查架、運動控制裝置，兩套激光超聲檢測裝置包括脈沖激光器和激光干涉儀，數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡和計算機；

步驟二：對增材制造過程中的構(gòu)件進(jìn)行激光超聲波信號激勵及信號采集，以基板表面中心為原點，基板表面為XOY面，建立空間直角坐標(biāo)系OXYZ，設(shè)置脈沖激光器和激光干涉儀的初始位置；根據(jù)構(gòu)件三維模型的整體高度H以及切片層的厚度ΔH，確定脈沖激光器以及激光干涉儀在Z方向上的移動步長；根據(jù)構(gòu)件三維模型的寬度、長度及檢測精度需求，確定脈沖激光器和激光干涉儀在X、Y方向上的移動步長；通過脈沖激光器激勵超聲波信號，激光干涉儀接收信號，數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)采集超聲波數(shù)據(jù)并保存至計算機，具體數(shù)據(jù)采集及處理步驟如下：

步驟1：設(shè)置脈沖激光器和激光干涉儀的初始位置，其中脈沖激光器距離基板表面的距離為d1，激光干涉儀距離基板表面的距離為d2，調(diào)整脈沖激光器和激光干涉儀的方位，保證激光入射點距離基板邊界距離d3，使激光干涉儀此時接收的超聲波信號為最大值；

步驟2：根據(jù)構(gòu)件三維模型的整體高度H以及切片層的厚度ΔH，確定脈沖激光器和激光干涉儀在Z方向上移動的距離h取值范圍[d1,h_z]，其中h_z＝H+d1，將H劃分為K-1等份，即選取K個Z方向的激光超聲波激勵位置，確定脈沖激光器和激光干涉儀Z方向上的移動步長ΔZ，ΔZ根據(jù)構(gòu)件具體高度以及檢測精度需求確定；

步驟3：根據(jù)構(gòu)件三維模型的寬度、長度以及檢測精度需求，將第k次檢測的二維平面模型沿X方向劃分為M-1等份，沿Y方向劃分為N-1等份，確定脈沖激光器以及激光干涉儀在X方向上的移動步長ΔX和在Y方向上的移動步長ΔY，控制兩套激光超聲檢測裝置在XY平面內(nèi)先后沿著X方向和Y方向運動，同時脈沖激光器實現(xiàn)激光超聲波信號激勵、激光干涉儀實現(xiàn)信號接收；第一次檢測時，計算機實時將X方向和Y方向上每個檢測點位置的超聲波信號進(jìn)行保存，獲得的信號記為S_1,m、E_1,n，信號保存后，脈沖激光器和激光干涉儀沿著Z方向上升一個步長ΔZ，當(dāng)所設(shè)定的新的一次加工層數(shù)完成后，開始第二次檢測，脈沖激光器和激光干涉儀繼續(xù)激勵和接收X和Y方向上的超聲波信號，獲得新的信號S_2,m、E_2,n，即依次獲得第k次檢測時X方向的信號S_k,m和Y方向的信號E_k,n，直到構(gòu)件加工完成，其中m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，k＝1,2,…,K；

步驟三：超聲波信號相異系數(shù)計算及缺陷識別定位，首先提取步驟二中X方向上和Y方向上所采集的超聲波數(shù)據(jù)，每一次激光超聲檢測完成后，先計算出X方向上不同位置點所采集信號之間的協(xié)方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差及所采集信號兩兩之間的相異系數(shù)，再計算出Y方向上不同位置點所采集信號之間的協(xié)方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差及所采集信號兩兩之間的相異系數(shù)，然后根據(jù)相異系數(shù)可得出X方向與Y方向上不同位置檢測點所累加的相異系數(shù)之和，再根據(jù)給定閾值得出存在缺陷的區(qū)域，最后由X和Y方向上存在缺陷的共同區(qū)域判定缺陷所在的位置，具體相異系數(shù)計算及缺陷識別定位算法步驟如下：

步驟1：超聲波信號相異系數(shù)計算，首先求出X方向不同位置點采集信號的兩兩之間的相異系數(shù)，即采集信號為S_k,m時，先求出S_k,i和S_k,j的相關(guān)系數(shù)ρ_k,i,j，其中i,j∈[1,M]，且i≠j，

再求出S_k,i和S_k,j的相異系數(shù)α_k,i,j：

α_k,i,j＝1-ρ_k,i,j

其次求出Y方向不同位置點采集信號的兩兩之間的相異系數(shù)，即采集信號為E_k,n時，先求出E_k,i和E_k,j的相關(guān)系數(shù)δ_k,i,j，其中i,j∈[1,N]，且i≠j，

再求出E_k,i和E_k,j的相異系數(shù)β_k,i,j：

β_k,i,j＝1-δ_k,i,j

步驟2：缺陷識別定位，提取步驟三中所儲存的相異系數(shù)α_k,i,j及β_k,i,j，分別對其進(jìn)行求和及平均計算：

設(shè)定閾值ε，當(dāng)γ_k,iε時，此時第k次檢測中X方向上i點所對應(yīng)的掃描路徑上存在缺陷，即第i行存在缺陷；當(dāng)σ_k,jε時，此時第k次檢測中Y方向上j點所對應(yīng)的掃描路徑上存在缺陷，即第j列存在缺陷；由此可以確定缺陷的具體位置為(S_k,i，E_k,j)，即第k次檢測中i行j列相交的位置。