[发明专利]一种基于信号相关分析的增材制造构件在线检测方法

说明书

本发明公开了一种基于信号相关分析的增材制造构件在线检测方法。包括构建激光超声自动检测系统、激光超声波信号激励及信号采集、超声波信号相异系数计算及缺陷识别定位三个步骤。本发明的技术效果在于，通过对构件表面检测区域网格化，利用激光超声自动检测系统，获取沿X方向及Y方向传播的超声波信号，并进行相异系数计算，实现了增材制造构件缺陷在线快速定位，有效地提高了检测效率。

技术领域

本发明专利属于无损检测领域，特别涉及一种基于信号相关分析的增材制造构件在线检测方法。

背景技术

增材制造是一种以数字三维CAD模型文件为基础，运用高能束源或其他方式，将液体、熔融体、粉末、丝、片等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，直接构造出实体的技术。这种技术具有节约材料、可以实现传统工艺难以或无法加工的复杂结构的制造等优点，在航天航空、医疗等重要行业得到广泛应用。但与此同时，增材制造存在由工艺参数控制不当导致的缺陷，主要有孔洞、翘曲变形、球化、存在未熔颗粒等。这些缺陷会严重影响构件的使用性能，制约了增材制造技术的实际工业应用。

为了有效地检测缺陷提高产品质量，可采用离线或在线无损检测技术。离线检测技术仅用于制造完成后的成品检测，如申请公布号CN 104597125 A，公布日为2015年5月6日的专利文献公开了一种用于3D打印件的超声检测控制方法及装置，通过控制超声检测设备的探头按照各待检测点对应的检测位置的入射角进行扫描，能够提高3D打印件的检测信号信噪比和缺陷检出率。但操作复杂，需确定待检测点，并且它只能检测出成形之后产品的缺陷，不能及时地调整参数来控制产品制造质量。

在线检测能及时发现缺陷并自动或人工干预制造过程，改善增材制造构件质量。现有增材制造过程中，在线检测方法主要有激光超声法、红外热成像法、CCD成像法等。其中激光超声具有非接触、灵敏度高、可检测复杂形状构件等优势，特别适合于增材制造过程的在线实时检测，如申请公布号CN106018288A，公布日为2016年10月12日的专利文献公布了一种激光超声在线无损检测增材制造零件的方法，但该方法采用逐点扫查，使得扫描点数过多，扫描路径复杂，检测费时，降低了实际增材制造的检测效率。

发明内容

为提高激光超声在增材制造过程中的检测效率，实现缺陷的快速识别与定位。本发明提出了一种基于信号相关分析的增材制造构件在线检测方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种基于信号相关分析的增材制造构件在线检测方法，包括以下步骤：

步骤一：构建激光超声自动检测系统，所述系统包括运动扫查机构、两套激光超声检测装置、数据采集及处理系统。其中运动扫查机构包括X/Z轴自动扫查架、Y/Z轴自动扫查架、运动控制装置；两套激光超声检测装置包括脉冲激光器和激光干涉仪；数据采集及处理系统包括数据采集卡和计算机。

步骤二：对增材制造过程中的构件进行激光超声波信号激励及信号采集，以基板表面中心为原点，基板表面为XOY面，建立空间直角坐标系OXYZ，设置脉冲激光器和激光干涉仪的初始位置。根据构件三维模型的整体高度H以及切片层的厚度ΔH，确定脉冲激光器以及激光干涉仪在Z方向上的移动步距。根据构件三维模型的宽度和长度及检测精度需求确定脉冲激光器和激光干涉仪在X、Y方向上的移动步距。通过脉冲激光器激励超声波信号，激光干涉仪接收信号，数据采集及处理系统采集超声波数据并保存至计算机。

步骤三：超声波信号相异系数计算及缺陷识别定位，首先提取步骤二中X方向上和Y方向上所采集的超声波数据，每一次激光超声检测完成后，先计算出X方向上不同位置点所采集信号之间的协方差、标准偏差及所采集信号两两之间的相异系数，再计算出Y方向上不同位置点所采集信号之间的协方差、标准偏差及所采集信号两两之间的相异系数。然后根据相异系数可得出X方向与Y方向上不同位置检测点所累加的相异系数之和，再根据给定阈值得出存在缺陷的区域，最后由X和Y方向上存在缺陷的共同区域判定缺陷所在的位置。