【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业在线检测相关，更具体地，涉及一种基于libs的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统及方法。
技术介绍
1、铝镁合金是一种轻质金属材料，具有高的比强度、良好的抗腐蚀性能和焊接性，广泛地应用于交通运输载具的主体结构，比如汽车车身、悬架系统，以及大型船舶的主体结构、甲板等。通过采用铝镁合金代替钢铁材料，可以有效减少15％-20％的重量，从而减少运载工具的燃料消耗，并增加容积和运载能力。
2、铝镁合金中的主要合金元素是“镁”，由于镁原子的固溶强化作用，铝镁合金的强度随着镁元素含量的增加而增大。然而，过量的镁原子会从过饱和的固溶体中扩散出去，在晶界析出腐蚀电位较低的富镁相，这些富镁相在腐蚀环境中优先被溶解，引起铝镁合金的应力腐蚀开裂，这就是铝镁合金的敏感性问题。
3、工程上常用的评价铝镁合金晶间腐蚀敏感性的方法是astm g67硝酸质量损失方法(namlt)，即将试样浸泡在30℃的浓硝酸中24小时，通过计算浸泡前后的质量损失来评价晶间腐蚀性能。当namlt值低于15mg/cm2时，认为材料具有良好的抗晶间腐蚀性能；当namlt值高于25mg/cm2时，认为材料具有较高的晶间腐蚀敏感性。另外一种常被用来评价铝镁合金晶间腐蚀敏感性的方法是磷酸腐蚀试验，即将样品放入60℃的浓度为10wt.％的h3po4溶液中90s，富镁相在磷酸溶液中被腐蚀，通过光学显微镜或sem观察样品表面晶界形貌来评价晶间腐蚀敏感性。其他方法还包括tem和xrd测量法。
4、然而，进一步的研究表明，上述现有方案均存在需要取样且检测
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或技术需求，本专利技术的目的在于提供一种基于libs的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统及方法，其中不仅开创性引入libs(激光诱导击穿光谱技术)来获得等离子体特征光谱图像，而且在此基础上结合共聚焦成像和带通滤波技术，使得获得的特征光谱图像信息与铝镁合金的敏感性存在极强的相关性，同时可进一步利用深度神经网络模型对特征进行提取，与现有技术相比能够更为高效、准确地执行晶间腐蚀敏感性评价，并在不拆卸和无损检测的前提下，可实时提供铝镁合金部件的原位诊断报告，显著提升了交通运输载具安全监测的时效性。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于libs的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，该系统包括libs单元、等离子体特征光谱成像单元和中央处理单元，其特征在于：
3、该libs单元包括沿着光束方向依次布置的激光器(1)、激光反射镜(2)、波片(3)、分光棱镜(4)、激光扩束镜(6)、短波通二向色镜(7)、紫外增强铝反射镜(8)和反射式聚焦物镜(9)，其中所述激光器(1)用于发射预定光束直径的激光束，并经所述激光反射镜(2)偏转90°后，依次通过所述波片(3)和所述分光棱镜(4)；所述分光棱镜(4)用于将入射的激光束进行线性分光，所透射的激光束继续传播进入所述激光扩束镜(6)，所反射的激光束射向光束终止器(5)；所述激光扩束镜(6)用于将入射激光束的光束直径进行倍率放大，然后继续入射至所述短波通二向色镜(7)；所述短波通二向色镜(7)、紫外增强铝反射镜(8)用于依次将入射的激光束执行90°的全反射，然后继续传播至所述反射式聚焦物镜(9)执行聚焦和消色差；入射激光束经过所述反射式聚焦物镜(9)后在铝镁合金样品(11)的表面上形成激光聚焦焦点(10)，相应形成等离子体并向外界辐射等离子体特征光谱；
4、该等离子体特征光谱成像单元包括iccd增强型成像器件(16)、带通滤光片(15)、第一近紫外消色差透镜(14)、第二近紫外消色差透镜(13)，其中所述第二近紫外消色差透镜(13)与所述紫外增强铝反射镜(8)、反射式聚焦物镜(9)共同构成高倍率成像模块，并用于对所述等离子体特征光谱进行放大成像；所述iccd增强型成像器件(16)、带通滤光片(15)和第一近紫外消色差透镜(14)共同构成低倍率成像模块，并用于对特定光谱带宽的所述等离子体特征光谱进行成像；此外，所述高倍率成像模块的像方焦点与所述低倍率成像模块的物方焦点相互重合，其共同构成了共聚焦成像模块且用于对所述等离子体特征光谱进行断层成像；
5、该中央处理单元与该libs单元、该等离子体特征光谱成像单元分别信号相连，并用于控制以实现铝镁合金样品的移动、等离子体激发、等离子体特征光谱图像获取等操作，进而通过图像分析对铝镁合金晶间腐蚀敏感性进行评价。
6、进一步优选地，对于所述libs单元而言，它优选还包括三维电动运动平台(12)，该三维电动运动平台(12)用于放置铝镁合金样品(11)，并用于带动铝镁合金样品(11)执行三维方向上的水平和垂直运动，并确保所述激光聚焦焦点(10)可作用于样品表面上的任意位置，或是按照预设运动轨迹来形成有规律的烧蚀坑轨迹。
7、进一步优选地，所述激光器(1)优选为nd:yag激光器，并用于发射1064nm或者532nm波长激光束。
8、进一步优选地，所述激光扩束镜(6)的扩束倍率优选为1.5倍～5倍，并且它优选具备两个同轴设置的凹透镜和凸透镜，入射激光束依次进入这些凹透镜和凸透镜后变为光束直径更宽的激光束。
9、进一步优选地，所述短波通二向色镜优选被设定为在小于等于400nm的波段具有高透过率，同时在大于400nm的波段具有高反射率；其中，在小于等于400nm波段的透过率高于95％，在400nm～1100nm波段的反射率高于90％。
10、进一步优选地，所述反射式聚焦物镜(9)优选使得入射激光束的聚焦光斑的空间分辨率达到1μm～3μm。
11、进一步优选地，所述带通滤光片(15)的规格参数优选设定如下：光谱透过带宽优于10nm，中心波长透过率优于25％，同时在光谱截止区域的光谱透过率不高于0.01％。
12、按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的铝镁合金晶间腐蚀性评价方法。
13、进一步优选地，对于所获得的等离子体特征光谱图像，优选采用深度神经网络模型对其进行分类处理，其中通过将图像数据集划分为训练集和测试集，分别将训练集和测试集数据导入深度神经网络模型，并通过验证损失函数值的收敛情况来评价深度神经网络模型的分类精度。
14、进一步优选地，所述深度神经网络模型优选采用resnet模型，或者alexnet、vgg、googlenet等模型。
15、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
16、1、本专利技术开创者提出通过等离子体特征光谱图像进行定性和定量分析。与传统的光谱法不同，本专利技术以等离子体特征光谱图像作为定性和定量分析的依据，通过设计一套带通成像光学系统，能够获取特定波长的等离子体特征光谱图像，利用iccd增强型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LIBS的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，该系统包括LIBS单元、等离子体特征光谱成像单元和中央处理单元，其特征在于：
2.如权利要求1所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，对于所述LIBS单元而言，它优选还包括三维电动运动平台(12)，该三维电动运动平台(12)用于放置铝镁合金样品(11)，并用于带动铝镁合金样品(11)执行三维方向上的水平和垂直运动，并确保所述激光聚焦焦点(10)可作用于样品表面上的任意位置，或是按照预设运动轨迹来形成有规律的烧蚀坑轨迹。
3.如权利要求1或2所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述激光器(1)优选为Nd:YAG激光器，并用于发射1064nm或者532nm波长激光束。
4.如权利要求1-3任意一项所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述激光扩束镜(6)的扩束倍率优选为1.5倍～5倍，并且它优选具备两个同轴设置的凹透镜和凸透镜，入射激光束依次进入这些凹透镜和凸透镜后变为光束直径更宽的激光束。
5.如权利要求1-4任意一项所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于
6.如权利要求1-5任意一项所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述反射式聚焦物镜(9)优选使得入射激光束的聚焦光斑的空间分辨率达到1μm～3μm。
7.如权利要求1-6任意一项所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述带通滤光片(15)的规格参数优选设定如下：光谱透过带宽优于10nm，中心波长透过率优于25％，同时在光谱截止区域的光谱透过率不高于0.01％。
8.一种铝镁合金晶间腐蚀性评价的方法，其特征在于，它采用如权利要求1-7任意一项所述的系统来实现。
9.如权利要求8所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价的方法，其特征在于，对于所获得的等离子体特征光谱图像，优选采用深度神经网络模型对其进行分类处理，其中通过将图像数据集划分为训练集和测试集，分别将训练集和测试集数据导入深度神经网络模型，并通过验证损失函数值的收敛情况来评价深度神经网络模型的分类精度。
10.如权利要求9所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价的方法，其特征在于，所述深度神经网络模型优选采用ResNet模型，或者AlexNet、VGG、GoogLeNet等模型。
...【技术特征摘要】
1.一种基于libs的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，该系统包括libs单元、等离子体特征光谱成像单元和中央处理单元，其特征在于：
2.如权利要求1所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，对于所述libs单元而言，它优选还包括三维电动运动平台(12)，该三维电动运动平台(12)用于放置铝镁合金样品(11)，并用于带动铝镁合金样品(11)执行三维方向上的水平和垂直运动，并确保所述激光聚焦焦点(10)可作用于样品表面上的任意位置，或是按照预设运动轨迹来形成有规律的烧蚀坑轨迹。
3.如权利要求1或2所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述激光器(1)优选为nd:yag激光器，并用于发射1064nm或者532nm波长激光束。
4.如权利要求1-3任意一项所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述激光扩束镜(6)的扩束倍率优选为1.5倍～5倍，并且它优选具备两个同轴设置的凹透镜和凸透镜，入射激光束依次进入这些凹透镜和凸透镜后变为光束直径更宽的激光束。
5.如权利要求1-4任意一项所述的铝镁合金晶间腐蚀性评价系统，其特征在于，所述短波通二向色镜(7)优选被设定为在小于等于400nm的波段具有高透过率，同时在大于400nm的波段具有高反射...
【专利技术属性】
技术研发人员：李祥友，郑重，康丽珠，邓磊敏，熊伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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