[发明专利]一种激光冲击强化质量声发射在线监测方法、装置和设备

说明书

本发明公开了一种激光冲击强化质量声发射在线监测方法、装置和设备，实时获取激光冲击强化的声发射降采样信号和声发射多模态频谱信息；根据声发射多模态频谱信息对声发射降采样信号进行多模态划分，得到每个模态的频域范围；根据每个模态的频域范围对声发射降采样信号进行分解，从分解结果中选出若干个包含一个模态信息的分解子信号；对每个包含一个模态信息的分解子信号进行小波时频分析，得到对应的二维小波时频图；根据每个模态的频域范围，在对应的二维小波时频图上提取瞬时峰值能量曲线；提取瞬时峰值能量曲线的峰值能量和峰值时间，通过峰值能量和峰值时间表征激光冲击强化质量。本发明能够稳定、可靠地监测激光冲击强化质量。

技术领域

本发明属于激光冲击强化领域，具体涉及一种激光冲击强化质量声发射在线监测方法、装置和设备。

背景技术

激光冲击强化(Laser Shocking Peening，LSP)，是一种新型的表面处理工艺，其主要通过高能激光作用在材料表面产生高压等离子冲击波，在约束层和吸收层的作用下向材料内部传播，使得表层材料产生塑性变形，获得一定深度和大小的残余压应力层，从而提升材料的宏观性能。目前该技术通过对关键核心部件加工处理，大幅提升部件疲劳寿命，已广泛应用于航空航天、核电等领域。

目前，现有激光冲击强化声发射监测方法中，中国专利号CN 113390963 A提出了一种基于时窗能量衰减系数的激光冲击强化质量在线监测方法，首先对原始信号进行加窗处理，随后通过对窗口信号能量进行指数拟合，最终基于拟合参数实现激光冲击效果的在线检测。然而，这种方法具有明显的不足，所提取的时窗能量衰减系数特征，是基于原始信号得到的宏观统计特征。实验结果表明这种统计特征在加工过程中极易受环境影响，具有较差的鲁棒性和可靠性，因此迫切需要定义新的特征，从而提高激光冲击强化声发射监测精度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种激光冲击强化质量声发射在线监测方法、装置和设备，能够充分利用激光冲击强化声发射信号的高度非平稳性特点，结合小波时频分析方法，定义瞬时峰值能量曲线，提取峰值能量和峰值时间特征，稳定、可靠地监测激光冲击强化质量。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种激光冲击强化质量声发射在线监测方法，包括：

实时获取激光冲击强化的声发射降采样信号和声发射多模态频谱信息；

根据所述声发射多模态频谱信息对所述声发射降采样信号进行多模态划分，得到每个模态的频域范围；

根据所述每个模态的频域范围对所述声发射降采样信号进行分解，从分解结果中选出若干个包含一个模态信息的分解子信号；

对每个所述包含一个模态信息的分解子信号进行小波时频分析，得到对应的二维小波时频图；

根据所述每个模态的频域范围，在所述对应的二维小波时频图上提取瞬时峰值能量曲线；

提取所述瞬时峰值能量曲线的峰值能量和峰值时间，通过所述峰值能量和所述峰值时间表征激光冲击强化质量。

进一步地，所述对每个所述包含一个模态信息的分解子信号进行小波时频分析，得到对应的二维小波时频图，包括：

采用连续小波变换对所述包含一个模态信息的分解子信号进行小波时频分析，得到对应的二维小波时频图，所述连续小波变换表达式为：

式中：W_s为小波系数矩阵；a为尺度因子；τ为时间平移因子；s(t)为分解子信号；Ψ(t)为母小波函数；Ψ^*为母小波函数的共轭。

进一步地，所述根据所述每个模态的频域范围，在所述对应的二维小波时频图上提取瞬时峰值能量曲线，包括：