一种基于DBSCAN的单晶合金衍射数据的噪声消除方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DBSCAN的单晶合金衍射数据的噪声消除方法。本发明专利技术中，所述方法包括如下步骤：将单晶合金XRD衍射图像转换为衍射强度散点分布图，以保留信号衍射强度；利用密度聚类方法(DBSCAN)方法，将衍射图案信号与噪声分离，减小噪声成分带来的不确定性影响；将分离的衍射图案信号在χ角上积分，用高斯函数拟合，合并拟合结果生成XRD图，获得衍射峰位置，利用智能算法对单晶材料衍射峰信号特征进行自学习与密度聚类，实现单晶合金2D

【技术实现步骤摘要】
一种基于DBSCAN的单晶合金衍射数据的噪声消除方法


[0001]本专利技术属于金属材料残余应力测试
，具体为一种基于DBSCAN的单晶合金衍射数据的噪声消除方法。

技术介绍

[0002]航空发动机及燃气轮机的高温涡轮/透平叶片(包括静子和转子)通常采用镍基单晶合金材料，由于单晶合金涡轮叶片制造过程中因材料组织状态、受力情况等方面的差异导致叶片存在塑性变形不均匀、温度分布不均匀以及相变过程不均匀等现象，在叶片局部形成残余应力，严重制约叶片的服役性能。残余应力是指外力撤除后在材料内部残留的应力，一般分为微观应力和宏观应力，微观残余应力在X射线衍射谱上的表现是使衍射峰宽化，宏观残余应力(以下称残余应力)在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。X射线衍射测试法是一种无损性的残余应力测试方法，是以测量衍射线位移作为原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定律由残余应变计算得到的。
[0003]由于单晶结构的特殊性，其衍射峰在空间内的分布极为稀疏，使用通常用于多晶的德拜(Debye)衍射方式难以测到有效的衍射峰，进而难以通过衍射信号计算其残余应力，导致传统多晶sin2Ψ测量方法在单晶残余应力测试中难以应用。目前，单晶材料残余应力测试方法主要采用极图法，是选取低指数晶面进行极图扫描，确定晶体在样品坐标系中的位置，计算出其它(hkl)晶面族的方位角，再通过小步长精确扫描得到准确的测量晶面法线的空间方位角和布拉格角，将其带入公式通过线性回归的方法计算残余应力。
[0004]但是利用极图法测单晶材料残余应力，往往存在扫描过程长、特定晶面衍射峰很难获取等问题；通过二维面阵探测器虽可以快速获取各个晶面衍射信号，但面阵探测器会同时采集大量噪声数据，影响后续数据处理和应力计算因此，急需在此基础上进一步提高二维面阵探测器噪声消除能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种基于DBSCAN的单晶合金衍射数据的噪声消除方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种基于DBSCAN的单晶合金2D
‑
XRD衍射数据的噪声消除方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]S1：将单晶合金XRD衍射图像转换为衍射强度散点分布图，以保留信号衍射强度；
[0008]S2：利用密度聚类方法(DBSCAN)方法，将衍射图案信号与噪声分离，减小噪声成分带来的不确定性影响；
[0009]S3：将分离的衍射图案信号在χ角上积分，用高斯函数拟合，合并拟合结果生成XRD图，获得衍射峰位置。
[0010]在一优选的实施方式中，所述步骤S3中，利用二维面阵探测器进行XRD衍射数据探测收集，并进行衍射数据成像。
[0011]在一优选的实施方式中，所述步骤S2中，利用DBSCAN密度聚类算法对标准试样各个晶面XRD衍射衍射信号特征进行学习训练，在此基础上再对单晶合金2D
‑
XRD衍射数据进行信号与噪声的分离。
[0012]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术中，利用智能算法对单晶材料衍射峰信号特征进行自学习与密度聚类，实现单晶合金2D
‑
XRD衍射信号与噪声的分离、噪声精确消除。整个方法原理简单、易操作、数据处理能力强、自动智能等优点，可显著提升单晶残余应力测试效率和精度。
附图说明
[0014]图1为基于二维面阵探测器的XRD测试装置示意图；
[0015]图2为基于DBSCAN的单晶合金2D
‑
XRD衍射数据的噪声消除方法流程示意图；
[0016]图3为2D
‑
XRD衍射数据噪声消除效果示意图。
[0017]标号说明：多轴样品台1，样品夹具2，单晶合金样品3，X射线光源4、二维面阵探测器5，测角仪6，探测器控制单元7，工控机8
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0019]参照图1
‑
3，
[0020]一种基于DBSCAN的单晶合金2D
‑
XRD衍射数据的噪声消除方法，所述方法包括如下步骤：
[0021]S1：将单晶合金3XRD衍射图像转换为衍射强度散点分布图，以保留信号衍射强度；
[0022]S2：利用密度聚类方法(DBSCAN)方法，将衍射图案信号与噪声分离，减小噪声成分带来的不确定性影响；
[0023]S3：将分离的衍射图案信号在χ角上积分，用高斯函数拟合，合并拟合结果生成XRD图，获得衍射峰位置。
[0024]利用二维面阵探测器5进行XRD衍射数据探测收集7，并进行衍射数据成像。
[0025]利用DBSCAN密度聚类算法对标准试样各个晶面XRD衍射衍射信号特征进行学习训练，在此基础上再对单晶合金2D
‑
XRD衍射数据进行信号与噪声的分离。
[0026]在本实施例中，如图1所示，所述装置主要包括多轴样品台1，样品夹具2，单晶合金样品3，X射线光源4、二维面阵探测器5，测角仪6，探测器控制单元7，工控机8。通过多轴样品台1可以在测试过程中对单晶合金样品进行多角度的实时调整；X射线光源4和二维面阵探测器5都安装在测角仪6上，属于同心关系，对单晶合金样品3实现同心聚焦；通过二维面阵探测器5采集的2D
‑
XRD衍射数据，会传输至探测器控制单元7，再到工控机8，在工控机8上安装的测试软件及DBSCAN密度聚类算法进行衍射数据处理。
[0027]图2为在图1装置上进行基于DBSCAN的单晶合金2D
‑
XRD衍射数据噪声消除的详细操作步骤；图3为在图1装置上进行基于DBSCAN的单晶合金2D
‑
XRD衍射数据噪声消除的效果示意图，由图可以看出二维面阵探测器在采集主要晶面衍射峰信号的同时，同样会获取一
些其他杂乱晶面的衍射信号，通过噪声消除方法可以有效消除噪声信号。
[0028]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0029]以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DBSCAN的单晶合金2D
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XRD衍射数据的噪声消除方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：S1：将单晶合金XRD衍射图像转换为衍射强度散点分布图，以保留信号衍射强度；S2：利用密度聚类方法(DBSCAN)方法，将衍射图案信号与噪声分离，减小噪声成分带来的不确定性影响；S3：将分离的衍射图案信号在χ角上积分，用高斯函数拟合，合并拟合结果生成XRD图，获得衍射峰位置。2.根据权利要求1所述一种基于DBSCAN的单晶合金2D
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【专利技术属性】
技术研发人员：聂祥樊，李良博，李阳，王亚洲，牛腾飞，张占玲，王学德，温广瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：