電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法。電子束流在偏轉線圈的驅動下高速周期性偏轉掃描于傳感器上表面，電子束流在偏擺掃描過程中進入小孔的電流被傳感器收集，收集的電流信號被高速采集卡采集并進行信號處理，步驟如下：將高速采集卡設置成后置觸發(fā)采集模式，并將其觸發(fā)源設置為外部數(shù)字量觸發(fā)源；對高速采集卡采集到的連續(xù)信號進行預分割，預分割后的信號段分別對應電子束流在傳感器上的運動周期；對預分割后的信號進行中值濾波處理；將濾波后的信號序列投影到XOZ平面，根據(jù)信號強度閾值進行自動閾值分割；對閾值分割后的信號進行空間尺度標定。本發(fā)明能夠實現(xiàn)原始時域信號與電子束流功率密度截面分布數(shù)據(jù)之間的轉換。
【專利說明】電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法
一、【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子束流加工【技術領域】，特別是一種電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法。
二、【背景技術】
[0002]電子束焊接是一種高功率密度的焊接方法，具有熱影響區(qū)小、焊縫深寬比大、焊接變形小、真空中焊縫的化學成分純凈等特點。電子束焊接適合于難熔和熱敏感性材料的焊接，穿透及深度焊接，精密焊接等有特殊要求的焊接。對于電子束焊接，為研究電子槍的理論設計與實際的差異，電子槍供電系統(tǒng)的穩(wěn)定度與真空度變化等因素對電子束斑點直徑與功率密度分布的影響，以及束斑尺寸與位置對焊縫成形的影響，需要精確地研究束流的特性，定量地測得電子束焦點的位置、直徑及束流功率密度的分布等束流的品質特征。
[0003]由于電子束焊接環(huán)境具有高電磁干擾的特點，使采集到的電子束流截面功率密度分布信號夾雜有噪聲，而且采集到的原始電子束流截面功率密度分布信號是時域信號，沒有空間位置信息，目前還沒有對電子束流截面功率密度分布信號進行處理和尺度標定的合理方法，無法將采集的原始時域信號與電子束流截面功率密度分布數(shù)據(jù)進行轉換。
三、
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種合理、高效的電子束流截面功率密度分布信號處理方法，實現(xiàn)電子束流功率密度分布信號的自動分割標定，完成原始時域信號與電子束流功率密度截面分布數(shù)據(jù)之間的轉換。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為:一種電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法，首先建立三維坐標系XYZ，其中XOY平行于傳感器的上表面，測試開始后，電子束流在偏轉線圈的驅動下高速周期性偏轉掃描于傳感器上表面，令電子束流沿Y軸方向作鋸齒狀路徑掃描，電子束流在偏擺掃描過程中進入小孔的電流被傳感器收集，收集的電流信號經過轉換被高速采集卡采集，對高速采集卡采集到的信號進行信號處理，具體步驟如下:
[0006]步驟1，設置高速采集卡的采集模式和觸發(fā)源:將高速采集卡設置成后置觸發(fā)采集模式，并將高速采集卡的觸發(fā)源設置為外部數(shù)字量觸發(fā)源；
[0007]步驟2，信號采集和預分割:對高速采集卡采集到的連續(xù)信號進行預分割，預分割后的信號段分別對應電子束流在傳感器上的運動周期；
[0008]步驟3，信號中值濾波:對預分割后的信號進行中值濾波處理，濾除原始信號中的
噪聲；
[0009]步驟4，信號閾值分割:將濾波后的信號序列投影到XOZ平面，根據(jù)信號強度閾值進行自動閾值分割；
[0010]步驟5，空間尺度標定:對閾值分割后的電子束流截面功率密度分布信號進行空間尺度標定。[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點為:(1)剔除了多余的邊緣數(shù)據(jù)，減小存儲空間，計算量小，占用系統(tǒng)資源少，方便后續(xù)的計算機多維重構顯示；(2)只采用奇數(shù)信號序列，避免整個空間數(shù)據(jù)點的錯位；(3)完全參數(shù)化設置，操作簡便，能夠高效完成電子束流截面功率密度分布信號的處理。
四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明電子束流的傳感采集裝置示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明信號預分割的示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明中值濾波的示意圖，其中(a)為原始含噪聲信號，(b)為中值濾波后的信號。
[0015]圖4是本發(fā)明信號閾值分割示意圖。
[0016]圖中I電子束流，2偏轉線圈，3傳感器，4小孔，5控制器，6高速采集卡。
五、【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做出進一步詳細說明。
[0018]結合圖1，本發(fā)明電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法，首先建立三維坐標系XYZ，其中XOY平行于傳感器3的上表面，測試開始后，電子束流I在偏轉線圈2的驅動下高速周期性偏轉掃描于傳感器3上表面，令電子束流I沿Y軸方向作鋸齒狀路徑掃描，電子束流I在偏擺掃描過程中進入小孔4的電流被傳感器3收集，收集的電流信號經過轉換被高速采集卡6采集，對高速采集卡6采集到的信號進行信號處理，具體步驟如下:
[0019]步驟1，設置高速采集卡6的采集模式和觸發(fā)源:將高速采集卡6設置成后置觸發(fā)采集模式，并將高速采集卡6的觸發(fā)源設置為外部數(shù)字量觸發(fā)源；所述高速采集卡6的觸發(fā)源和偏轉掃描控制信號的觸發(fā)源為同一個外部數(shù)字量觸發(fā)源，且電子束流的空間位置和采樣信號同步。
[0020]將高速采集卡6設置成后置觸發(fā)采集模式，允許基于一個事件獲取數(shù)據(jù)。當高速采集卡6偵測到觸發(fā)事件產生時開始采集數(shù)據(jù)，當預先設定的采樣數(shù)達到時或手動停止采集時停止采集數(shù)據(jù)。將高速采集卡6和偏轉掃描控制信號(如圖2中B軸和C軸)的觸發(fā)源設置為同一個外部觸發(fā)源，當高速采集卡6偵測到一個上升沿時開始采集，同時偏轉掃描控制信號開始發(fā)生，這個觸發(fā)信號由控制器5產生。如圖2中A軸所示，當高速采集卡6偵測到A軸上的數(shù)字脈沖上升沿時，開始采集數(shù)據(jù)，同時電子束流I的偏轉掃描控制信號如圖2中B軸和C軸所示，這兩路信號所具有特殊相位關系可以使電子束流以圖2中D軸軌跡所示的方式運動。
[0021]步驟2，信號采集和預分割:對高速采集卡6采集到的連續(xù)信號進行預分割，預分割后的信號段分別對應電子束流I在傳感器3上的運動周期。
[0022]如圖2所示，D軸顯示的是高速采集卡6采集到的連續(xù)信號波形，必須對連續(xù)的采樣信號進行預分割，預分割的基本原則是B軸中三角波控制信號的每半個周期分割一次，分割后的信號段可分別對應電子束流I在傳感器3上的運動周期。所述預分割的具體步驟如下:
[0023]( I)設置輸入控制器5的數(shù)字時鐘頻率為；[0024](2)確定三角波控制信號的頻率ftaiangle以及用于生成三角波控制信號的時鐘頻率f clocks每個周期三角波對應a個數(shù)字時鐘,則f
【權利要求】
1.一種電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法，其特征在于，首先建立三維坐標系XYZ，其中XOY平行于傳感器(3)的上表面，測試開始后，電子束流(1)在偏轉線圈(2)的驅動下高速周期性偏轉掃描于傳感器(3)上表面，令電子束流(1)沿Y軸方向作鋸齒狀路徑掃描，電子束流(1)在偏擺掃描過程中進入小孔(4)的電流被傳感器(3)收集，收集的電流信號經過轉換被高速采集卡(6)采集，對高速采集卡(6)采集到的信號進行信號處理，具體步驟如下: 步驟1，設置高速采集卡(6)的采集模式和觸發(fā)源:將高速采集卡(6)設置成后置觸發(fā)采集模式，并將高速采集卡(6)的觸發(fā)源設置為外部數(shù)字量觸發(fā)源； 步驟2，信號采集和預分割:對高速采集卡(6)采集到的連續(xù)信號進行預分割，預分割后的信號段分別對應電子束流(1)在傳感器(3)上的運動周期； 步驟3，信號中值濾波:對預分割后的信號進行中值濾波處理，濾除原始信號中的噪聲； 步驟4，信號閾值分割:將濾波后的信號序列投影到XOZ平面，根據(jù)信號強度閾值進行自動閾值分割； 步驟5，空間尺度標定:對閾值分割后的電子束流截面功率密度分布信號進行空間尺度標定。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法，其特征在于，步驟I所述高速采集卡(6)的觸發(fā)源和偏轉掃描控制信號的觸發(fā)源為同一個外部數(shù)字量觸發(fā)源，且電子束流的空間位置和采樣信號同步。
3.根據(jù)權利要求1所述的電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法，其特征在于，步驟2所述預分割的具體步驟如下: (1)設置輸入控制器(5)的數(shù)字時鐘頻率為； (2)確定三角波控制信號的頻率fMangle以及用于生成三角波控制信號的時鐘頻率f clocks每個周期三角波對應a個數(shù)字時鐘,則f



clockl & ftriangle，

且




fclock b fclockl，其中b為分頻系數(shù)； (3)確定三角波控制信號的每半個周期內的采樣點數(shù)n，則fsample=2n? fMangle，且fclock C f triangle? 其中C為分頻系數(shù)； (4)保證各頻率參數(shù)之間關系a? c=2b ? n，對采集數(shù)據(jù)每隔n個分割一次； (5)選擇預分割后的奇數(shù)信號序列，使信號起始點和終止點的X軸坐標相同。
4.根據(jù)權利要求1所述的電子束流截面功率密度分布信號的尺度標定方法，其特征在于，步驟5所述空間尺度標定的公式如下， 對于X軸方向，相鄰兩個數(shù)據(jù)點之間對應的空間距離今1:
【文檔編號】G01T1/29GK103630925SQ201310588845
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】彭勇, 王克鴻, 周琦, 左從進, 許海鷹, 沈春龍, 郭順 申請人:南京理工大學