基于声发射检测的激光熔覆状态识别和源定位研究
发布时间：2021-08-25 23:15
激光熔覆技术通过高能激光束将金属粉末和基体材料快速熔融凝固的方法直接成形复杂结构零件,具有成形效率高和力学性能良好的特性,但其工艺参数会直接影响成形件质量,如何在线检测并识别加工状态对于激光熔覆制造过程具有十分重要的意义。本文针对激光熔覆加工状态识别及其声发射源定位展开研究,主要工作如下:1)研究了不锈钢板内声发射信号的传播特性,获得了传播距离与时频域幅值及能量衰减的关系。针对激光熔覆声发射信号的噪声干扰问题,分析了小波包中基函数、分解层数、阈值函数和阈值规则等参数选取对降噪效果的影响,实验分析结果表明Coif5函数、5层分解以及Visu Shrink规则的降噪效果最优。2)构建了基于时域、频域与波形参数的多域声发射信号特征提取方法,针对激光熔覆加工状态最终确定了14维特征矩阵,包括能量、振铃次数、RMS、峭度、稀疏因子、样本熵、频带能量熵及奇异值等。并在此基础上,设计了基于相关分析的特征选取方法,并提出了基于t分布随机邻域嵌入（t-SNE）算法的特征优化方法,实现了特征矩阵的去冗余优化处理,能够提高后续激光熔覆加工状态识别的有效性。3)提出一种基于小生境粒子群（NPSO）算法参数优化...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实际传感器布置
第二章声发射传播特性和降噪研究111)两个夹角断铅的能量和幅值衰减特性基本一致，均呈现出衰减程度随传播距离的增加而提高的关系，该实验获得的衰减曲线可用于源定位中幅值的阈值动态优化，也能够为传感器阵列布置方案的设计提供数据支撑。观察到声发射信号经过200mm的传播后，其能量幅值最多降低约15dB，考虑到实验板长宽均为400mm，传感器布置坐标对其接收声发射信号的灵敏度没有太大的影响。2)两次断铅的衰减特性在200mm内均与传播距离近似保持线性关系，但在250mm处30°夹角断铅衰减曲线逐渐收敛，75°夹角断铅衰减曲线继续保持线性关系，且注意到后者衰减程度始终较大。这可能是由于断铅实验声发射信号存在模态叠加，而不同角度断铅激发的声发射信号各模态分量比例有差异，因此声发射信号不能简化为单一类型作后续处理。2.1.4声发射信号频域分布和衰减特性为了分析声发射信号在各频带上的衰减特性，构造切比雪夫带通滤波器[51]单独提取一个频带内的声发射信号。由图2-2可见，将声发射信号按0~500kHz的频域范围均匀整分如下：0~100kHz，100~200kHz，200~300kHz，300~400kHz和400~500kHz，分别定义为频带1~5，同时这一划分也基本未破坏信号频域能量的连贯性。考虑到各点信号幅值依次衰减，需要归一化处理各频带能量，观察其所占比例变化。不锈钢板30°和75°夹角断铅信号五个频带的归一化能量按传感器序号给出分别如图2-5和图2-6所示。由图中可见，断铅声发射信号能量主要集中在频带2即100~200kHz，频带5即400~500kHz的能量极小，同时两次断铅各传感器的频带能量分布呈现出一定的相似性。图2-530°夹角断铅信号频带能量归一化图
东南大学硕士学位论文·12图2-675°夹角断铅信号频带能量归一化图根据两次断铅数据，比较五个频带和原始信号的能量衰减率曲线见图2-7和图2-8。由图中可见对于两种断铅角度，频带1和频带2即0~200kHz的能量衰减特性均与原始信号极为接近；频带3即200~300kHz的信号能量衰减曲线与原始信号走向趋势一致，但其衰减程度远大于后者；频带4和频带5即300~500kHz的信号能量衰减特性与原始信号相似度较弱。总体来看，各频带间能量衰减曲线呈现出“频带越高，衰减越快”的特性，但其最大衰减程度仍在相对可控的范围内。图2-730°夹角断铅信号频带能量相对衰减率50100150200250-30-25-20-15-10-50距离/mm能量相对衰减率/dB原始数据频带1频带2频带3频带4频带5
本文编号：3363049
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实际传感器布置
第二章声发射传播特性和降噪研究111)两个夹角断铅的能量和幅值衰减特性基本一致，均呈现出衰减程度随传播距离的增加而提高的关系，该实验获得的衰减曲线可用于源定位中幅值的阈值动态优化，也能够为传感器阵列布置方案的设计提供数据支撑。观察到声发射信号经过200mm的传播后，其能量幅值最多降低约15dB，考虑到实验板长宽均为400mm，传感器布置坐标对其接收声发射信号的灵敏度没有太大的影响。2)两次断铅的衰减特性在200mm内均与传播距离近似保持线性关系，但在250mm处30°夹角断铅衰减曲线逐渐收敛，75°夹角断铅衰减曲线继续保持线性关系，且注意到后者衰减程度始终较大。这可能是由于断铅实验声发射信号存在模态叠加，而不同角度断铅激发的声发射信号各模态分量比例有差异，因此声发射信号不能简化为单一类型作后续处理。2.1.4声发射信号频域分布和衰减特性为了分析声发射信号在各频带上的衰减特性，构造切比雪夫带通滤波器[51]单独提取一个频带内的声发射信号。由图2-2可见，将声发射信号按0~500kHz的频域范围均匀整分如下：0~100kHz，100~200kHz，200~300kHz，300~400kHz和400~500kHz，分别定义为频带1~5，同时这一划分也基本未破坏信号频域能量的连贯性。考虑到各点信号幅值依次衰减，需要归一化处理各频带能量，观察其所占比例变化。不锈钢板30°和75°夹角断铅信号五个频带的归一化能量按传感器序号给出分别如图2-5和图2-6所示。由图中可见，断铅声发射信号能量主要集中在频带2即100~200kHz，频带5即400~500kHz的能量极小，同时两次断铅各传感器的频带能量分布呈现出一定的相似性。图2-530°夹角断铅信号频带能量归一化图
东南大学硕士学位论文·12图2-675°夹角断铅信号频带能量归一化图根据两次断铅数据，比较五个频带和原始信号的能量衰减率曲线见图2-7和图2-8。由图中可见对于两种断铅角度，频带1和频带2即0~200kHz的能量衰减特性均与原始信号极为接近；频带3即200~300kHz的信号能量衰减曲线与原始信号走向趋势一致，但其衰减程度远大于后者；频带4和频带5即300~500kHz的信号能量衰减特性与原始信号相似度较弱。总体来看，各频带间能量衰减曲线呈现出“频带越高，衰减越快”的特性，但其最大衰减程度仍在相对可控的范围内。图2-730°夹角断铅信号频带能量相对衰减率50100150200250-30-25-20-15-10-50距离/mm能量相对衰减率/dB原始数据频带1频带2频带3频带4频带5
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