基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，实现了激光冲击强化过程和缺陷检测过程的结合，缺陷在线检测系统采用声发射技术，能够更加清楚的检测出板件中的微小缺陷，此外，声发射信号是由激光冲击强化时材料发生变形产生的，不需外设激励源，提高了激光冲击强化的信息利用率。在通过对声发射信号在板件中传播分析后，将不同位置的传感器信号进行极差融合，使得融合后的信号特征能更加完整清晰的表征缺陷信息，提高了缺陷检测的准确性。本发明专利技术所提出的方法算法简单，特征区分度高，易于解释，鲁棒性高，工程适用性强，为实现激光冲击强化过程中的缺陷在线检测提供了有效的实现途径。检测提供了有效的实现途径。检测提供了有效的实现途径。

【技术实现步骤摘要】
基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法


[0001]本专利技术属于激光冲击强化领域，具体涉及一种基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法。

技术介绍

[0002]激光冲击强化，是一种利用高能量脉冲激光诱导产生的冲击波对金属材料进行强化的新型表面处理技术。其技术原理为高能量脉冲激光透过透明约束层，辐照在涂有吸收保护层的金属上，同时在约束层的限制下，吸收保护层吸收激光能量后产生高温高压等离子团将向材料内部传播高压冲击波，使得材料表面发生改性作用，从而强化金属材料的各项物理化学性能。激光冲击强化相比其他的传统表面处理工艺，具有可控性好，强化效果明显等特点。
[0003]在实际工程中，对于无缺陷板件，激光冲击强化后可以达到很好的强化效果，大幅提高零件的使用寿命。但是，经实验对比，在对缺陷板件进行激光冲击强化后，零件的使用寿命提升微弱，必须经过后处理或再次进行强化处理后，才能达到期望效果。目前在激光冲击强化中，并不能有效区分缺陷板件和无缺陷板件，进一步导致激光冲击后的板件存在加工效果良莠不齐现象，并会对激光冲击强化技术的推广应用产生一定的阻碍作用。因此，为推动激光冲击强化技术的发展，激光冲击过程中的缺陷在线检测问题亟待解决。
[0004]中国专利CN102680580A提出了一种回折线圈的声发射检测方法，通过将回折线圈布置在检测区域上方，利用能量聚焦的激励电压使得检测区域上产生高能涡流，由于铁磁材料的特性与缺陷相互作用后激发声发射信号，实现对缺陷的无损探测和评估。中国专利CN103760243A提出了一种微裂纹无损检测装置及方法，通过将超声波技术和声发射技术相结合，利用超声波探头产生激励信号，再由声发射采集处理系统对信号进行采集、放大并进行信号处理分析，从而检测构件中是否存在微裂纹缺陷。
[0005]以上已公开或已授权的专利，所提出检测方法都需采取单独的激发装置进行材料的缺陷检测，无法在LSP加工过程中进行实时检测。

技术实现思路

[0006]本专利技术通过融合双通道声发射传感器信息，实现了激光冲击强化过程中的缺陷检测目的。通过对声发射信号在缺陷板件中的传播分析，确定各声发射传感器布置位置，在进行激光冲击强化后，对双传感器声发射信号进行极差融合，得到融合通道的特征参数，对缺陷信息进行表征，提出了一种基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，算法简单，特征区分度高，解释性强，鲁棒性高，工程适用性强。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤一，将待加工板件固定在激光冲击强化试验台上，调整板件位置，使得聚焦装
置正对板件冲击区域中心，然后将双通道声发射传感器探头安装在待加工板件表面，对空白平板和缺陷平板进行冲击强化的同时，实时采集材料内部的声发射信号x(t)；
[0010]步骤二，原始声发射信号x(t)的采样率极高，为提高数据的处理速度，根据香农采样定理对各通道声发射信号进行处理，得到降采样信号x1(t)；
[0011]步骤三，对降采样信号x1(t)进行傅里叶频谱分析，根据各谱峰所在的频段对信号进行滤波处理，并对各传感器滤波信号提取峭度K、脉冲因子I和裕度因子C
e
三维时域特征参数；
[0012]步骤四，对各传感器信号的三维时域特征参数做极差运算，得到基于双通道信息的融合时域特征参数，用于表征缺陷信息，实现激光冲击强化工件材料的缺陷在线检测。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，步骤一中，激光冲击强化试验台包括控制系统、激光发生器、导光装置和聚焦装置四部分，利用聚焦装置实现激光冲击位置的精确定位，激光发生器为高功率钕玻璃脉冲激光器，激光波长为1064nm，脉冲宽度为18ns，单脉冲能量2
‑
8J,重复频率为1Hz，控制系统用于控制激光发生器完成冲击工作，以及控制聚焦装置实现冲击定位。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，步骤一中，所选用的声发射采集设备包括声发射传感器探头、前置放大器和声发射信号采集分析系统三部分，选择RS
‑
2A型窄带谐振式声发射传感器获取声发射信号，利用增益为20dB的前置放大器对信号进行增强，通过信号采集分析系统实现信号数据的转换整合、显示、储存和分析；
[0015]针对平板材料，采用两个声发射探头，对称布置。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，步骤二中，声发射信号的初始采样率过高，数据长度较大，为提高信号处理速率，在满足香农采样定理的前提下，对原始信号进行降采样处理，以得到降采样信号。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤三中，对降采样后的信号进行傅里叶频谱分析，确定两个传感器信号中相同谱峰的频段，对信号进行滤波处理，并进一步提取三维无量纲时域特征参数：峭度脉冲因子和裕度因子
[0018]本专利技术进一步的改进在于，步骤三中，针对平板材料，提取了滤波信号峭度K、脉冲因子I和裕度因子C
e
三维时域特征参数。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，声发射弹性波在材料内部传播过程中会与缺陷相互耦合，发生模态转变和传播路径改变；当板件无缺陷时，传感器接收的信号为直达表面波和板件边界反射波；当板件存在预制缺陷时，直达表面波会与缺陷相互作用，发生模态转变产生缺陷发射表面波，同时传播路径发生改变产生缺陷绕射表面波；经分析可知，其中携带缺陷信息的信号模态为缺陷发射表面波和缺陷绕射表面波，因此通过对这两种模态信号进行分析，能够得到缺陷信息。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，步骤四中，通过对声发射信号在缺陷板件中的传播分析，得到传感器的布置位置；由于预制缺陷的存在，故将传感器分别布置在缺陷两侧，其中一个传感器与激光冲击区域位于缺陷一侧，此传感器接收直达表面波和缺陷反射表面波；
另一个传感器与激光冲击区域位于缺陷两侧，此传感器接收缺陷绕射表面波和边界反射表面波；由于缺陷信息存在于缺陷反射表面波和缺陷绕射表面波中，故通过对以上两个传感器进行融合，才能清晰完整的反映缺陷信息。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤四中，双通道信息融合后的时域特征参数计算公式如下：
[0022][0023]式中：为与冲击区域同侧1号传感器的时域特征参数，为与冲击区域异侧2号传感器的时域特征参数，i为三维无量纲时域特征参数，分别为峭度号传感器的时域特征参数，i为三维无量纲时域特征参数，分别为峭度脉冲因子和裕度因子
[0024]本专利技术进一步的改进在于，步骤四中，利用双通道信息融合的时域特征参数进行缺陷信息表征，实现激光冲击强化缺陷在线检测。
[0025]本专利技术实现了激光冲击强化过程和缺陷检测过程的结合，与现有技术相比，优点如下：
[0026](1)缺陷检测系统采用声发射技术，声发射技术属于被动检测技术，能够更加清楚的检测出板件中的微小缺陷，此外，声发射信号是由激光冲击强化时材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将待加工板件固定在激光冲击强化试验台上，调整板件位置，使得聚焦装置正对板件冲击区域中心，然后将双通道声发射传感器探头安装在待加工板件表面，对空白平板和缺陷平板进行冲击强化的同时，实时采集材料内部的声发射信号x(t)；步骤二，原始声发射信号x(t)的采样率极高，为提高数据的处理速度，根据香农采样定理对各通道声发射信号进行处理，得到降采样信号x1(t)；步骤三，对降采样信号x1(t)进行傅里叶频谱分析，根据各谱峰所在的频段对信号进行滤波处理，并对各传感器滤波信号提取峭度K、脉冲因子I和裕度因子C
e
三维时域特征参数；步骤四，对各传感器信号的三维时域特征参数做极差运算，得到基于双通道信息的融合时域特征参数，用于表征缺陷信息，实现激光冲击强化工件材料的缺陷在线检测。2.根据权利要求1所述的基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，其特征在于，步骤一中，激光冲击强化试验台包括控制系统、激光发生器、导光装置和聚焦装置四部分，利用聚焦装置实现激光冲击位置的精确定位，激光发生器为高功率钕玻璃脉冲激光器，激光波长为1064nm，脉冲宽度为18ns，单脉冲能量2
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8J,重复频率为1Hz，控制系统用于控制激光发生器完成冲击工作，以及控制聚焦装置实现冲击定位。3.根据权利要求1所述的基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，其特征在于，步骤一中，所选用的声发射采集设备包括声发射传感器探头、前置放大器和声发射信号采集分析系统三部分，选择RS
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2A型窄带谐振式声发射传感器获取声发射信号，利用增益为20dB的前置放大器对信号进行增强，通过信号采集分析系统实现信号数据的转换整合、显示、储存和分析；针对平板材料，采用两个声发射探头，对称布置。4.根据权利要求1所述的基于声发射双通道极差的激光冲击强化缺陷在线检测方法，其特征在于，步骤二中，声发射信号的初始采样率过高，数据长度较大，为提高信号处理速率，在满足香农采样定理的前提下，对原始信号进行降采样处理，以得到降采样信号。5.根据权利要求1所述的基于声发射双通道极差的激光冲击强...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志芬，李耿，秦锐，刘子岷，田增，何卫锋，温广瑞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：