基于改进峰值识别的工件厚度检测方法与流程

本发明涉及超声连续测厚技术领域，特别是涉及一种利用改进峰值识别算法实现超声连续测厚的方法。

背景技术：

在加工制造和测量的过程中，大型薄壁件的厚度是一个相当重要的指标。例如：厚度太大，浪费材料，会导致工件重量过大，影响关联工件的性能，进而对整个装配体造成影响；厚度太小，还会导致工件的刚度和强度太低，不满足性能要求。更因为大型薄壁零件的厚度决定了整个工件的材料分布。工件的材料分布进而影响整个工件的工作性能包括工件的转动惯量、抗弯以及抗扭等特征。因此，大型薄壁零件的壁厚测量和控制显得尤为重要，只有足够精度和快速的测量方法才能保证最终的工件满足尺寸和精度要求，才能够保证最终的汽车、航空航天器材满足设计要求，顺利实现相应的任务。

由于超声探头在整个接触面积内都会接收回波，而不是只在探头中心点接收回波，因此在工件厚度突变处会出现两个厚度的超声回波，对于超生回波采用传统的峰值识别算法会出现厚度测量不准确的问题，因此需要对传统峰值识别算法加以改进，以实现超声连续准确测厚。

技术实现要素：

针对厚度突变处出现的厚度测量不准的问题，本发明提出一种基于改进峰值识别的工件厚度检测方法，基于改进峰值识别算法对厚度突变处的超声回波信号进行二次识别以及引入闸门保留法，实现更为准确的工件厚度检测。

本发明的一种基于改进峰值识别的工件厚度检测方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1、选取与被测工件材质相同且厚度已知的标准工件，分别对被测工件和标准工件采集两组超声回波信号，选取标准工件的超声回波信号波形前两个峰值的时间点计算时间差t，t作为超声回波在标准工件上下界面往返一次的时间；基于以下公式计算得到超声回波信号在工件中的传播速度：

其中，d标准工件表示标准工件厚度，c表示超声波在工件中的传播速度；

步骤2、针对采集到的被测工件的超声回波信号波形设置一个波峰起始位置，确定从该位置之后的最大值对应点的位置，即为第一个波峰点；再设置一个峰间最小距离，由第一个波峰点的位置加上这个距离后得到的位置确定一个最大值，即第二个波峰点的位置；由两个相邻波峰点位置得到两个波峰点的时间差t′，t′作为超声回波在被测工件上下界面往返一次的时间；同时超声回波的传播速度c即步骤1中获得的传播速度，结合下式则可以求出被测工件厚度值：

其中，d被测工件表示被测工件厚度，c表示超声波在工件中的传播速度；

步骤3、在本步骤中提出了闸门保留的方法，当波形发生较大变化即厚度突变时，令闸门先停留在之前的位置，只测量上一个厚度值，当波形趋于稳定时，再调用所述步骤2的第二个峰值识别算法；所述的波形趋于稳定指的是前一个厚度的反射波第一个回波的幅值小于后一个厚度的反射波；

步骤4、根据步骤3的测量结果获取厚度-时间序列图，对测厚结果进行修正，具体步骤如下：从第n个厚度开始，每测量出一个厚度，对最近的n个厚度依次进行扫描，并用当前扫描的厚度减去前一个厚度，若差值超过预设的阈值t1，则标记此厚度，扫描完n个厚度后，继续往后扫描，若已标记厚度对应点的序号i与前一个已标记厚度对应点的序号j之差小于阈值t2，则认为这两个厚度及其之间的所有厚度都是异常的，并将其均修改为序号为i-1的厚度值。由此进行完第二次扫描后，输出这n个厚度的第一个厚度；当测量得到另一个新的厚度后，再次执行上述的操作：从第二个厚度值开始，每次测量的厚度值与前一次测量的厚度值做差，当差值大于阈值则标记此厚度对应的序号，当相邻两个标记序号的差值小于阈值时则将两个序号及其之间的所有厚度值修改为第一个标记序号的前一个厚度值。

与现有技术相比，本发明较好的解决了厚度突变测不准的问题

附图说明

图1为本发明的基于改进峰值识别的工件厚度检测方法整体流程示意图；

图2为超声回波信号波形示意图；

图3为厚度-时间序列图的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。。

如图1所示，为本发明的基于改进峰值识别的工件厚度检测方法整体流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤1、选取与被测工件材质相同且厚度已知的标准工件，采集标准工件的超声回波信号，选取标准工件的超声回波信号波形前两个峰值的时间点计算时间差t，t作为超声回波在工件上下界面往返一次的时间；因超声波在材质均匀的工件中的传播速度基本恒定，采用脉冲反射法来计算工件的厚度，基于以下公式计算得到超声回波信号在被测工件中的传播速度：

其中，d标准工件表示标准工件厚度，c表示超声波在工件中的传播速度，d标准工件、t为已知。

步骤2、针对采集到的被测工件的超声回波信号波形设置一个波峰起始位置(去除发射波的影响)，确定从该位置之后的最大值对应点的位置，即为第一个波峰点；再设置一个峰间最小距离(为了避免第二个峰值点的识别出现错误设置了峰间最小距离，峰间最小距离在小于被测工件厚度的前提下尽可能选择较大的值)，由第一个波峰点的位置加上这个距离后得到的位置确定一个最大值，即第二个波峰点的位置；由两个相邻波峰点位置得到两个波峰点的时间差t′，t′作为超声回波在被测工件上下界面往返一次的时间；同时超声回波的传播速度c已由步骤1获得，结合下式则可以求出被测工件厚度值：

其中，d被测工件表示被测工件厚度，c表示超声波在工件中的传播速度；

步骤3、当移动探头连续测量t形工件的厚度时，在厚度突变的地方，波形发生较大变化，前一个厚度的反射波与后一个厚度的反射波同时出现，此时峰值识别往往会出错。针对这个问题，在本步骤中提出了“闸门保留”的方法，当波形发生较大变化即厚度突变时，令闸门先停留在之前的位置，只测量上一个厚度值，当波形趋于稳定时，再调用所述步骤2的第二个峰值识别算法。实验表明，这样的改进较好地解决了由于厚度突变而导致的测不准的问题。所述的波形趋于稳定指的是前一个厚度的反射波第一个回波的幅值小于后一个厚度的反射波；本步骤中所引入的闸门保留法(此处闸门为回波峰值的拾取区间，系统默认识别闸门所在区间内的最大值作为回波峰值，两个回波峰值的时间差与声速的乘积即为厚度，因此厚度测量的关键在于闸门位置的选取)，当刚出现多个厚度波形时闸门保持不动，只有当原厚度波形的幅值及幅值变化率满足一定条件才允许重新选择闸门。

步骤4、根据步骤3的测量结果获取厚度-时间序列图，对测厚结果进行修正，具体步骤如下：从第n个厚度开始，每测量出一个厚度，对最近的n个厚度依次进行扫描，并用当前扫描的厚度减去前一个厚度，若差值超过预设的阈值t1，则标记此厚度，扫描完n个厚度后，继续往后扫描，若已标记厚度对应点的序号i与前一个已标记厚度对应点的序号j之差小于阈值t2，则认为这两个厚度及其之间的所有厚度都是异常的，并将其均修改为序号为i-1的厚度值。由此进行完第二次扫描后，输出这n个厚度的第一个厚度；当测量得到另一个新的厚度后，再次执行上述的操作：从第二个厚度值开始，每次测量的厚度值与前一次测量的厚度值做差，当差值大于阈值则标记此厚度对应的序号，当相邻两个标记序号的差值小于阈值时则将两个序号及其之间的所有厚度值修改为第一个标记序号的前一个厚度值。