[发明专利]一种金属增材制造微型缺陷的激光超声高信噪比成像方法

说明书

本发明公开了一种金属增材制造微型缺陷的激光超声高信噪比成像方法，其步骤包括：激光超声系统扫描获得三维矩阵数据；对数据进行降噪处理；以无缺陷区域信号为基准，对所有信号进行相似性计算和最大幅值时刻偏移计算；对于同时满足相似性条件和幅值偏移条件的信号进行归一化处理和平移处理；从三维数据中提取最大幅值时刻对应的二维矩阵；对矩阵进行消除孤立点处理和图像绘制，从而获得缺陷高信噪比图像。本发明的有益效果为：本发明可消除增材制件表面粗糙对激光超声信号和图像的影响，分离微型缺陷信号与强背景噪声信号，在无需打磨粗糙表面的情况下，提高缺陷的检出概率，为增材制造激光超声在线检测奠定基础。

技术领域

本发明涉及激光超声无损检测技术领域，具体涉及一种金属增材制造微型缺陷的激光超声高信噪比成像方法。

背景技术

金属增材制造是具有变革性的先进制造技术。金属增材制造由于其逐点堆积的特征，在制造过程中难以避免会产生缺陷，而且缺陷多在微米尺度。以激光超声为代表的非接触式检测技术，被认为是增材制造在线检测最为切实可行的手段。

激光超声通过激光对增材表面激励，可以产生高频超声波，从而实现微型缺陷的检测。常用的激光超声C扫描方法，可以实现表面微型缺陷的成像。但是，由于激光超声的接收器对材料表面粗糙度敏感，接收到的超声信号通常伴有较强的噪声信号。在实际的检测中，这些噪声信号往往强于微型缺陷所产生的超声信号，从而使得缺陷信号淹没在噪声信号之中，引起缺陷的误判和漏检。

为了实现对缺陷的准确检验，现有文献多是将增材制件的粗糙表面打磨光滑，从而保证激光接收器的高信噪比。然而，对于增材制造的在线检测，增加打磨装置会干扰制造进程。因此，如何通过后期信号处理的方法，在保证不损坏粗糙表面和干扰打印过程的前提下，实现增材制造微型缺陷的高信噪比成像，是制约激光超声实际应用的一个关键点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种金属增材制造微型缺陷的激光超声高信噪比成像方法，以在不去除增材制件粗糙表面的情况下，实现微型缺陷的高信噪比成像，避免缺陷信号被噪声信号淹没而导致的缺陷漏检，为实现增材制造的激光超声在线检测提供保障。

本发明采用的技术方案为：一种金属增材制造微型缺陷的激光超声高信噪比成像方法，该方法包括以下步骤：

S1.利用激光超声系统在增材制件表面进行二维网格扫描，完成超声数据的采集，获得三维矩阵数据A(m,n,t),m＝1…M,n＝1…N,t＝1…t_q,其中m为扫描行数，n为扫描列数，t为信号采集长度；

S2.对所采集到的超声信号进行降噪处理，得到超声数据矩阵A1(m,n,t)；

S3.从降噪后的超声数据矩阵中，选择一组只有表面波存在的信号A1(m₀,n₀,t)作为基准信号；

S4.将降噪处理后的所有超声信号A1(m,n,t)与基准信号进行相似性比对，获得波形相似系数Nc(m,n)；

S5.提取基准信号A1(m₀,n₀,t)表面波波幅最大值对应的时刻t0，提取降噪后所有超声信号表面波波幅最大值对应的时刻t(m,n),然后将两者相减，获得所有超声信号与基准信号的时刻偏移Δt(m,n)＝t(m,n)-t0；

S6.依次对所有降噪后的超声信号A1(m,n,t)进行判断，当同时满足波形相似系数大于阈值Nc0、时刻偏移Δt小于阈值Δt0时，则对该信号进行归一化处理和波形偏移处理，得到归一化幅值1；

S7.从处理之后的信号中，提取所有信号在t0时刻对应的幅值，构成二维矩阵A2(m,n)；

S8.对二维矩阵A2(m,n)进行消除孤立点处理，当二维矩阵中某一元素前、后、左、右四个相邻元素的值相等且为归一化幅值1时，则设置该元素值为1；