[发明专利]基于声发射衰减能量的激光冲击强化缺陷在线检测方法

说明书

本发明公开了一种基于声发射信号衰减能量的激光冲击强化在线检测方法，本发明结合激光冲击强化过程与缺陷检测过程，实现激光冲击强化过程中的缺陷在线检测目的。首先，本发明所采集的声发射信号来自于被检测材料本身，能够更好表现材料内部结构；其次，实时采集的激光冲击强化声发射信号是强脉冲信号，具有强衰减特性，因此，声发射信号衰减段的信息相对于其余分段更为丰富，故定义衰减能量为信号衰减段的振荡能量，将衰减振荡能量特征作为依据，能够更加清楚的检测到缺陷信息，具有较高区分度。本发明所提出的方法计算简单，特征意义明确，具有很好的实时检测性和工程适用性，为实现激光冲击强化过程中的缺陷在线检测提供了有效的实现途径。

技术领域

本发明属于激光冲击强化领域，具体涉及一种基于声发射衰减能量的激光冲击强化缺陷在线检测方法。

背景技术

激光冲击强化(Laser Shocking Peening,LSP)，是一种利用高能高压激光激发的瞬态冲击波以实现金属材料强化的新技术。在强激光辐照下，材料表面晶粒发生扭曲变形、剪切滑移及其位错孪生等现象，使得表面形成一定大小和深度的残余应力层，从而大幅度提高金属材料的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，并能够有效延长材料的使用寿命。与传统表面强化技术相比，有着强化效果明显，影响层深度大，过程可控性强等优点，广泛应用于航空、船舶等领域。

金属材料的强化效果与激光冲击强化后的表面质量息息相关，加工表面质量越好，材料的强化效果越显著。激光加工质量的好坏除了取决于LSP过程的工艺因素外，还与金属材料本身的状态有关。当待加工金属材料存在缺陷时，若不采取任何后处理工艺，则激光冲击强化效果不能达到预期，将使得实际生产中出现劣质问题。针对这种现象，首先需要对待加工板件进行缺陷检测，对有缺陷的板件进行后续处理后，再进行冲击强化。这无疑增加了生产环节，降低了生产效率，提升了劳动成本。因此，若能在激光冲击强化过程中同时检测出材料缺陷，则可以大幅度提高生产加工效率。

针对如何提高激光冲击强化效果，中国专利CN109136529A提出了一种激光冲击强化方法，通过对待加工工件的冲击区域进行光洁化处理，使其表面粗糙度Ra降至3μm以下，从而使得激光冲击强化后强化效果更加显著。目前已公开或已授权的LSP专利都是对正常板件进行加工，通过改善工艺参数以提升材料的强化效果，具有一定的理想性，并不符合现实的生产加工条件。

针对材料缺陷检测，目前大多数方法采用超声波进行缺陷检测与定位，中国专利CN107782787A提出了一种超声波缺陷检测方法，利用超声探头激励超声信号，并用另一超声探头接收超声回波信号，通过对信号进行调制，FIR滤波，EM算法优化后得到的超声回波参数进行分析，实现材料的缺陷检测。目前已公开或已授权的材料超声波缺陷检测专利都是利用超声波探头完成对缺陷的检测，其主要局限于不能实现实时检测，并需要有内置驱动器的超声探头，同时还需要对激励信号模式、参数进行设置，不够简单便捷。

因此，激光冲击强化专利和材料缺陷检测专利都只在各自领域解决了一种问题，并没有任何专利能够解决涉及两个领域的激光冲击强化加工中的缺陷在线检测问题。

发明内容

本发明将激光冲击强化工艺过程与缺陷检测工艺过程相结合，实现了激光冲击强化过程中的缺陷在线检测目的。基于声发射传感器实时采集到的激光冲击强化过程中的声发射信号，通过对信号进行谱峰所在频段滤波后，进行包络处理，将信号分为三个时间段；充分利用弹性波在含有缺陷材料内部传播时的衰减特性，定义衰减振荡能量为信号衰减段的波动程度，提出一种基于衰减振荡能量的激光冲击强化缺陷在线检测方法，方法稳定可靠，特征表征简单、易于解释、工程适用性强。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

基于声发射衰减能量的激光冲击强化缺陷在线检测方法，包括以下步骤：

步骤一，在待冲击平板的正面安装声发射传感器，将声发射传感器、前置放大器、A/D数据采集卡和工控机依次相互连接；对平板进行激光冲击强化加工，并实时采集冲击强化过程中的声发射信号；