基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法与流程

本发明涉及粉末质量缺陷检测，尤其涉及一种基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法。

背景技术：

1、金属颗粒粉末具有传统熔铸工艺及锻造工艺无法获得的化学组成和物理、力学性能，如材料孔隙度可控、材料组织均匀、无宏观偏析等优点，在航空发动机、燃气轮机等领域的应用越来越广泛。

2、虽然金属颗粒粉末材料拥有很多优点，但仍然无法完全避免质量缺陷，使用过程中其表面质量缺陷将形成裂纹源，进行导致产品失效，因此在航空发动机、燃气轮机高精密零件制造过程中，常常需要对金属颗粒粉末表面是否存在缺陷进行检查，以提高产品的安全性。

3、现有技术中有关金属颗粒粉末材料的检测技术仅涉及粉末的平均粒度或比表面积、化学成分、外观质量等外在质量，均不涉及独立于粉末粒度和化学成分之外的内在质量缺陷。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本方案提出了基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，包括如下步骤：

2、步骤s1、投影两组竖直和水平正弦条纹到待测金属颗粒粉末表面，计算待测金属颗粒粉末物相面形值；

3、步骤s2、用透射式光路，得到待测金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值以及标准金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值；

4、步骤s3、将金属颗粒粉末物相面形值、得到待测金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值以及标准金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值输入到神经网络中，检测待测金属颗粒粉末质量缺陷程度。

5、进一步地，步骤s1中，

6、待测金属颗粒粉末表面的表面梯度的计算公式如下：

7、；

8、；

9、其中，、为待测金属颗粒粉末表面的表面x、y方向的梯度，l为显示屏到待测金属颗粒粉末表面的距离；和为待测金属颗粒粉末表面光场在x方向和y方向的相位分布，竖直和水平正弦条纹的周期分别为px、py；

10、对梯度进行积分后，重建待测金属颗粒粉末表面的物相面形值z：

11、；

12、其中，x,y为待测金属颗粒粉末表面区域s内点的坐标值。

13、进一步地，步骤s2中，将产生的太赫兹脉冲信号分束为第一太赫兹子脉冲信号和第二太赫兹子脉冲信号，将第一太赫兹子脉冲信号处理后照射在样品上，将第二太赫兹子脉冲信号作为参考信号，消除第一太赫兹子脉冲信号与第二太赫兹子脉冲信号之间的时延差；接收第一太赫兹子脉冲信号透射过样品的透射信号，对接收的透射信号进行放大获得放大透射信号，对放大透射信号进行处理获得样品表面信息。

14、进一步地，第一太赫兹子脉冲信号向金属颗粒粉末照射，从待测金属颗粒粉末透射的放大透射信号为,第二太赫兹子脉冲信号为参考信号,则两者的比值表示为：

15、；

16、其中，为待测金属颗粒粉末内部的复折射率，表示待测金属颗粒粉末的实折射率；为放大透射信号频率，j表示虚部，d为标准无缺陷金属颗粒粉末样品厚度，c是真空中光速；

17、设第一太赫兹子脉冲信号穿透标准无缺陷金属颗粒粉末样品后,所得到的标准信号设为,则标准信号和参考信号的比值：

18、；

19、其中，为第一太赫兹子脉冲信号穿透标准无缺陷金属颗粒粉末样品的复折射率。

20、进一步地，步骤s3中，

21、设第i个样品区域的物相面形值为zi，输入神经网络第一层卷积运算表示为:

22、；

23、式中,ai为经过卷积核运算f的输出值,ki为权重系数,bi为补偿系数。

24、进一步地，设待测金属颗粒粉末第i个样品区域的放大透射信号与参考信号比值为，标准信号和参考信号比值为，输入神经网络第二层的差值函数运算,表达式为：

25、；

26、上式中，为第二层差值函数运算的输出值。

27、进一步地，第三层神经网络映射函数f表示如下式所示：

28、；

29、其中，m为样品区域个数，w1、w2为放大透射信号频率的下限和上限，ai和为一组权向量，h为第三层神经网络的激励函数,v0表示第三层神经网络的阈值，y为第三层神经网络的输出值,当输出值y落入目标范围时，证明待测金属颗粒粉末质量存在严重缺陷。

30、相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

31、投影两组竖直和水平正弦条纹到待测金属颗粒粉末表面，计算待测金属颗粒粉末物相面形值；用透射式光路，得到待测金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值以及标准金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值；将金属颗粒粉末物相面形值、得到待测金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值以及标准金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值输入到神经网络中，检测待测金属颗粒粉末质量缺陷程度。可以快速、准确检查出材料待测金属颗粒粉末表面是否存在质量缺陷。

技术特征：

1.基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，步骤s1中，

3.根据权利要求1所述的基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，步骤s2中，将产生的太赫兹脉冲信号分束为第一太赫兹子脉冲信号和第二太赫兹子脉冲信号，将第一太赫兹子脉冲信号处理后照射在样品上，将第二太赫兹子脉冲信号作为参考信号，消除第一太赫兹子脉冲信号与第二太赫兹子脉冲信号之间的时延差；接收第一太赫兹子脉冲信号透射过样品的透射信号，对接收的透射信号进行放大获得放大透射信号，对放大透射信号进行处理获得样品表面信息。

4.根据权利要求3所述的基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，第一太赫兹子脉冲信号向金属颗粒粉末照射，从待测金属颗粒粉末透射的放大透射信号为,第二太赫兹子脉冲信号为参考信号,则两者的比值表示为：

5.根据权利要求1所述的基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，步骤s3中，

6.根据权利要求5所述的基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，设待测金属颗粒粉末第i个样品区域的放大透射信号与参考信号比值为，标准信号和参考信号比值为，输入神经网络第二层的差值函数运算,表达式为：

7.根据权利要求6所述的基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，其特征在于，第三层神经网络映射函数f表示如下式所示：

技术总结
本发明提出了一种基于物相分析法检测金属颗粒粉末质量缺陷的方法，涉及粉末质量缺陷检测技术领域，投影两组竖直和水平正弦条纹到待测金属颗粒粉末表面，计算待测金属颗粒粉末物相面形值；用透射式光路，得到待测金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值以及标准金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值；将金属颗粒粉末物相面形值、得到待测金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值以及标准金属颗粒粉末透射信号与参考信号的比值输入到神经网络中，检测待测金属颗粒粉末质量缺陷程度。可以快速、准确检查出材料待测金属颗粒粉末表面是否存在质量缺陷。

技术研发人员：钱铸,闫祖鹏,王高红,王师会
受保护的技术使用者：天津铸金科技开发股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31