[發明專利]用于精密部件厚度測量的信號處理方法及測量方法

有效

• 申請號: 202010362443.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111486804B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 熊麗萍;陳曉寧;卞建勇;袁從貴
• 申請（專利權）人: 東莞職業技術學院
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 東莞市十方專利代理事務所(普通合伙) 44391
• 代理人: 羅偉平

本發明涉及精密部件測量技術領域，尤其涉及用于精密部件厚度測量的信號處理方法及測量方法；本發明包括有以下步驟：A、采集包含多次回波的初始射頻信號；B、提取自身的特征回波信號；C、根據波動趨勢特征對采集的初始射頻信號進行篩選，獲得相似性曲線；D、根據幅度特征對采集的初始射頻信號進行篩選，得到最佳匹配曲線；E、采用預期壁厚值來剔除最佳匹配曲線中的異常點，得到校正匹配曲線；F、基于校正匹配曲線采用線性回歸方式計算其回歸直線的斜率，即得到被測工件兩壁回波時間差的平均值；通過本發明的方法能夠準確提取到高噪聲環境中的高次回波信號，在保證信號分析速度的同時提高信號周期測量精度，提高精密部件壁厚的測量精度。

技術領域：

本發明涉及精密部件測量技術領域，尤其涉及用于精密部件厚度測量的信號處理方法及測量方法。

背景技術：

高精密薄壁部件被廣泛應用于航空航天和核電領域的核心部件中，實際應用中對這類部件的厚度精度要求極高，通常為微米級。為了保證這類核心部件的尺寸精度，常采用超聲測厚法進行高精密部件的全范圍測量。探頭發射的超聲波脈沖穿過被檢物體的表面后，在物體底面與表面之間來回反射，逐步衰減直到淹沒在噪聲信號中。來回反射的超聲波被超聲儀探測到，并以時間和幅度的方式顯示出來。當超聲波信號在被檢物體里的傳播速度v恒定時，通過檢測反射波之間的時間差ΔT來計算被檢物體的厚度S＝v*ΔT/2。為了保證部件厚度的測量效率，業內多采用自動掃查的方式對其進行高速掃查，即用超聲波探頭在被檢部件表面不斷掃查，并對獲取的射頻信號進行處理的方式來測量厚度。但是實際測量環境多為高噪聲環境，檢測系統從空間耦合進來的電磁噪聲、工廠供電電源噪聲、高頻控制器產生的串擾均會給采集信號帶來干擾，采集到的高次回波易被淹沒而難以自動捕捉，影響壁厚的測量精度。

發明內容：

本發明的目的就是針對現有技術存在的不足而提供一種能夠準確提取高噪聲環境中的高次回波信號并計算回波間隔時間、從而提高信號周期的測量精度、提高微米級精密部件壁厚測量精度和效率的用于精密部件厚度測量的信號處理方法，本發明還提供一種采用上述信號處理方法的用于精密部件厚度測量的測量方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

用于精密部件厚度測量的信號處理方法，其特征在于，包括有以下步驟：

A、對被測工件發射超聲波信號，采集被測工件兩壁反射的包含多次回波的初始射頻信號；

B、采用自適應的方式，提取初始射頻信號自身的特征回波信號；

C、根據波動趨勢特征對采集的初始射頻信號進行篩選：以特征回波信號為基礎元素，與采集的初始射頻信號進行相關性分析，即在采集的初始射頻信號中進行全局匹配搜索，獲得相似性曲線；

D、根據幅度特征對采集的初始射頻信號進行篩選：采用數據重構的方式，在信號幅度特征上進一步的篩選，獲得精確到點的周期波信號位置，得到最佳匹配曲線；

E、采用預期壁厚值來剔除最佳匹配曲線中的異常點，得到校正匹配曲線；

F、基于校正匹配曲線采用線性回歸方式計算其回歸直線的斜率，即得到被測工件兩壁回波時間差的平均值。

優選地，所述步驟A中的初始射頻信號包含的回波信號不小于3個周期，以數組的形式存儲，記為數組ArrayT，同時記錄系統采樣的采樣頻率F。

優選地，所述步驟B具體為：

B1、獲取包含多次回波的射頻信號的最大幅值與最小幅值對應的橫軸(時間點)位置，計算橫軸位置點的差值ΔA；

B2、以最大幅值與最小幅值對應的橫軸位置，分別向兩側擴展ΔA個點，擴展后的范圍作為特征回波信號的波形取值范圍，所獲取特征回波信號數組的數據長度記為CSLength。

優選地，所述步驟C具體為：