[发明专利]基于改进小波阈值及VMD的激光超声表面缺陷成像降噪方法

说明书

本发明提出基于改进小波阈值及VMD的激光超声表面缺陷成像降噪方法，针对采用非接触式的激光超声检测方式对金属增材制造试件的表面缺陷进行成像检测时噪声分量较多，成像效果差的问题，对传统的软硬阈值函数进行改进。该方法首先对采集到的激光超声信号进行改进小波阈值函数进行降噪，而后通过VMD算法将降噪后的信号分解为各本征模态分量，再通过各分量的能量密度与其平均周期的乘积作为依据，提取有效模态分量进行信号重构；利用最终的降噪信号进行超声成像。通过对一含表面缺陷的增材制造铝板进行面扫描，利用本发明方法优化成像效果，结果表明该方法的成像效果提升较大，为后续更小尺寸的表面缺陷的超声成像检测奠定基础。

技术领域

本发明涉及技术领域，具体为基于改进小波阈值及VMD的激光超声表面缺陷成像降噪方法。

背景技术

金属增材制造技术作为一种新型的制造技术，近几年飞速发展，目前该技术所应用的材料广，并且在航空航天、医疗卫生等高精尖领域表现出巨大的应用潜力。金属增材制造技术在飞速发展的同时，其自身的局限性也渐渐显露出来，由于金属增材制造工艺的特殊性，导致零件中容易出现孔洞，裂纹等缺陷，而缺陷的出现会大大降低零件的成品率和可靠性，从而大大阻碍了金属增材制造技术的发展。因此在金属增材制造过程中引入缺陷检测技术，在一层或多层熔覆层完成熔覆后对试件表面进行检测，第一时间发现形成的表面缺陷，有助于提高金属增材制造技术的成品率和经济性，从而大大促进金属增材制造技术的发展。

激光超声检测技术作为一种新型超声检测技术，可以实现在金属增材制造过程中对试件进行非接触式的超声检测。但非接触式的激光超声检测方式容易出现信号的信噪比较低的情况，同时在金属增材制造过程中的粉尘、未熔化粉末和试件表面粗糙度较高等因素的存在会进一步降低信号的信噪比，导致超声成像效果不佳，对缺陷的位置和大小的表征存在较大误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于改进小波阈值及VMD的激光超声表面缺陷成像降噪方法，解决了现有的成像不清晰的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于改进小波阈值及VMD的激光超声表面缺陷成像降噪方法，包括如下步骤：

对待测试件的待检测区域进行激光超声面扫描获取激光超声信号；

将所述激光超声信号进行小波分解，得到细节分量和近似分量；

利用改进的小波阈值函数对所述细节分量进行降噪处理；

将近似分量和降噪后的细节分量进行小波重构，得到改进小波阈值降噪后的超声信号；

将改进小波阈值降噪后的超声信号进行K层变分模态分解，得到K个本征模态分量，记信号的第K个本征模态分量为u_k,k＝1,2,…,K；

计算各本征模态分量的能量密度与其平均周期的乘积；

根据各本征模态分量的乘积确定乘积数值突变点；

根据乘积数值突变点确定有效模态分量以及降噪模态分量；

利用有效模态分量重构得到降噪信号；

利用所述降噪信号得到超声成像。

优选的，当对待测试件的待检测区域进行激光超声面扫描前，分别设置激光超声接收点以及激光超声激励点；

采用激光超声接收点不动，激光超声激励点移动的方式采集激光超声信号；

优选的，所述根据乘积数值突变点确定有效模态分量以及降噪模态分量的步骤包括：

将所述乘积数值突变点作为标准，以乘积数值突变点的前n-1个本征模态分量确定为噪声分量，剩余的本征模态分量确定为有效模态分量。