基于多源传感数据的涂层沉积过程异常识别方法及系统与流程

本发明涉及真空薄膜沉积工艺监测，尤其涉及基于多源传感数据的涂层沉积过程异常识别方法及系统。

背景技术：

1、在现代真空涂层沉积制造过程中，高功率脉冲磁控溅射或多弧离子镀等工艺被广泛应用于工件表面高性能涂层的制备。为了实时掌握沉积室内等离子体状态以及捕捉潜在的工艺异常，近场微波传感技术作为一种高灵敏度的非接触式无损检测手段逐渐得到应用。该技术利用布置在沉积室内的天线矩阵输入原始微波信号，通过接收微波信号在穿过真空沉积环境时的传播特征变化，来实现对等离子体放电行为及涂层沉积状态的时序数据采集与分析。

2、由于行星回转机构连续进行公转与自转运动，导致工件表面与接收天线间的空间几何构型呈现时变畸变，从而在信号中引入严重的空间传播损耗与动态极化失配畸变。现有的解调手段无法在复杂空间运动场景下消除上述动态空间杂散干扰，导致微波信号的物理置信度低，难以真实反映沉积过程的异常状态。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了基于多源传感数据的涂层沉积过程异常识别方法及系统，旨在改善现有的解调手段无法在复杂空间运动场景下消除上述动态空间杂散干扰，导致微波信号的物理置信度低，难以真实反映沉积过程的异常状态的问题。

2、第一方面，本发明提供了如下技术方案，基于多源传感数据的涂层沉积过程异常识别方法，包括：

3、s1、实时获取行星回转机构的公转与自转角度数据，结合预存工件三维点云模型，计算工件表面各微元的三维坐标，并依据所述三维坐标输出工件表面与天线矩阵中各接收天线间的空间距离数据和动态极化夹角；

4、s2、根据所述空间距离数据和所述动态极化夹角计算各个接收通道的瞬时空间传播损耗与极化失配损失，并作为矩阵元构建传输衰减矩阵，利用所述传输衰减矩阵的逆矩阵对所述天线矩阵输入的原始微波信号进行振幅与相位的反向调制，输出近场微波数据；

5、s3、利用时延嵌入算法，对所述近场微波数据进行互信息演算确定最佳时延，并进行假近邻离散演算确定最小嵌入维数，据此重构得到多维相空间轨迹矩阵；

6、s4、根据所述多维相空间轨迹矩阵计算得到关联维数值，并同步对所述近场微波数据进行高阶统计量演算，得到四阶累积量数值；

7、s5、当所述关联维数值降低至预设混沌区间阈值，且所述四阶累积量数值超出预设脉冲峰值上限时，判定涂层沉积过程处于局域放电异常状态，并触发抑制中断指令。

8、较佳的，在s1中，所述计算工件表面各微元的三维坐标包括：

9、提取所述预存工件三维点云模型中各微元的初始坐标；

10、依据所述公转与自转角度数据，分别构建对应公转的第一旋转矩阵和对应自转的第二旋转矩阵；

11、利用所述第一旋转矩阵、所述第二旋转矩阵以及预设的平移矢量，构建空间转换矩阵；

12、利用所述空间转换矩阵对各所述初始坐标进行矩阵变换运算，输出工件表面各微元的三维坐标。

13、较佳的，在s2中，所述计算各个接收通道的瞬时空间传播损耗与极化失配损失包括：

14、依据所述空间距离数据与预设工作波长进行平方反比计算，输出瞬时空间传播损耗；

15、依据所述动态极化夹角进行余弦投影计算，输出极化失配损失；

16、对所述瞬时空间传播损耗与所述极化失配损失进行乘积运算得到矩阵元，并利用所述矩阵元构建传输衰减矩阵。

17、较佳的，在s2中，所述利用所述传输衰减矩阵的逆矩阵对所述天线矩阵输入的原始微波信号进行振幅与相位的反向调制包括：

18、提取传输衰减矩阵的逆矩阵中的幅值调制算子和相位调制算子；

19、利用所述幅值调制算子对所述原始微波信号进行乘积运算，完成对原始微波信号的振幅反向调制；

20、利用所述相位调制算子对经振幅反向调制后的所述原始微波信号进行叠加运算，完成对原始微波信号的相位反向调制；

21、将经振幅反向调制和相位反向调制后的原始微波信号，输出为近场微波数据。

22、较佳的，在s3中，对所述近场微波数据进行互信息演算确定最佳时延包括：

23、提取所述近场微波数据在时延变量下的联合概率密度分布以及边缘概率密度分布；

24、利用所述联合概率密度分布和所述边缘概率密度分布进行积分演算，输出所述近场微波数据随时延变量递增的动态互信息函数曲线；

25、寻优所述动态互信息函数曲线中斜率由负转正的第一个拐点，并将所述第一个拐点对应的时延变量，确定为最佳时延。

26、较佳的，在s3中，所述进行假近邻离散演算确定最小嵌入维数包括：

27、结合所述最佳时延，将所述近场微波数据分别在维数和维数加一的暂态空间中进行欧氏距离演算，提取两空间中对应轨迹点的距离比值；

28、统计所述距离比值大于预设距离阈值的元素个数，得到对应维数下的假近邻点比例；

29、递增所述维数进行迭代计算，当所述假近邻点比例小于预设比例阈值时终止迭代，并将当前的维数确定为最小嵌入维数；

30、利用所述最佳时延与所述最小嵌入维数构建相空间重构算子，对所述近场微波数据进行映射变换，输出多维相空间轨迹矩阵。

31、较佳的，在s4中，同步对所述近场微波数据进行高阶统计量演算，得到四阶累积量数值包括：

32、计算所述近场微波数据在当前采样窗内的均值，并利用所述均值对所述近场微波数据进行去直流运算，得到去直流时序数据；

33、分别计算所述去直流时序数据的二阶自相关函数矩阵和四阶瞬时矩数值；

34、利用所述二阶自相关函数矩阵的对角线元素平方和与四阶瞬时矩数值进行加权差值演算，输出四阶累积量数值。

35、较佳的，在s5中，当所述关联维数值降低至预设混沌区间阈值包括：

36、提取所述多维相空间轨迹矩阵中各空间相点两两之间的欧氏距离，并根据所述欧氏距离在给定的空间关联半径下计算关联积分数值；

37、改变所述空间关联半径进行多组迭代运算，并对所得的多组关联积分数值进行双对数坐标下的线性拟合，将拟合直线段的斜率确定为关联维数值；

38、获取当前涂层沉积工艺的累计运行时间，并利用所述累计运行时间对初始阈值进行衰减斜率运算，输出预设混沌区间阈值；

39、将计算得到的所述关联维数值与输出的所述预设混沌区间阈值进行大小比较，判定所述关联维数值是否降低至预设混沌区间阈值。

40、较佳的，在s5中，所述判定涂层沉积过程处于局域放电异常状态，并触发抑制中断指令包括：

41、设定滚动时间窗口，并在所述滚动时间窗口内对关联维数值和四阶累积量数值进行时间流同步对齐；

42、统计在所述滚动时间窗口内，所述关联维数值低于所述预设混沌区间阈值的累计时长，以及所述四阶累积量数值超出预设脉冲峰值上限的突变频次；

43、当所述累计时长超出预设时间阈值且所述突变频次超出预设频次阈值时，判定处于局域放电异常状态，并发出抑制中断指令。

44、第二方面，本发明提供以下技术方案，基于多源传感数据的涂层沉积过程异常识别系统，所述系统包括：

45、几何空间解算模块，用于实时获取行星回转机构的公转与自转角度数据，结合预存工件三维点云模型，计算工件表面各微元的三维坐标，并依据所述三维坐标输出工件表面与天线矩阵中各接收天线间的空间距离数据和动态极化夹角；

46、矩阵调制逆运算模块，用于根据所述空间距离数据和所述动态极化夹角计算各个接收通道的瞬时空间传播损耗与极化失配损失，并作为矩阵元构建传输衰减矩阵，利用所述传输衰减矩阵的逆矩阵对所述天线矩阵输入的原始微波信号进行振幅与相位的反向调制，输出近场微波数据；

47、相空间轨迹重构模块，用于利用时延嵌入算法，对所述近场微波数据进行互信息演算确定最佳时延，并进行假近邻离散演算确定最小嵌入维数，据此重构得到多维相空间轨迹矩阵；

48、特征数字演算模块，用于根据所述多维相空间轨迹矩阵计算得到关联维数值，并同步对所述近场微波数据进行高阶统计量演算，得到四阶累积量数值；

49、异常连锁阻断模块，用于当所述关联维数值降低至预设混沌区间阈值，且所述四阶累积量数值超出预设脉冲峰值上限时，判定涂层沉积过程处于局域放电异常状态，并触发抑制中断指令。

50、本发明具有如下有益效果：

51、1、本发明中，通过结合行星回转机构公转与自转角度数据及工件三维点云模型动态重构空间转换矩阵，并利用传输衰减矩阵的逆矩阵对原始微波信号进行振幅与相位的反向调制，实现了对复杂多径传播损耗与极化失配畸变的物理级反向补偿，解决了真空腔体内复杂空间运动场景下近场微波传感数据杂散干扰严重、物理置信度低的问题。

52、2、本发明中，通过时延嵌入算法自适应重构多维相空间轨迹矩阵提取关联维数值，并同步利用二阶自相关函数矩阵与四阶瞬时矩进行加权差值演算输出四阶累积量数值，实现了非线性混沌动力学退化特征与高阶非高斯脉冲特征的深层联合挖掘，解决了局域放电初期微弱微弧信号易被工艺环境噪声淹没、难以敏锐捕捉的问题。

53、3、本发明中，通过利用累计运行时间对初始阈值进行自适应衰减斜率演算以动态调整预设混沌区间阈值，并结合滚动时间窗口引入累计时长与突变频次的双指标交集连锁判断，实现了对传感基线时变漂移的动态追踪以及对偶发噪声的稳健过滤，解决了单一指标门限监控在工艺长期运行中极易因硬件漂移和单点杂波触发系统误报、引起非必要停机控制的问题。