一种基于干涉光和模式识别的冲击片叠放模态检测方法及装置与流程

本发明涉及火工品精密检测，具体而言，涉及一种基于干涉光和模式识别的冲击片叠放模态检测方法及装置。

背景技术：

1、爆炸箔起爆器是一种利用高压脉冲电流驱动飞片做功的高能火工品，广泛应用于航空航天、武器装备及石油钻探等领域的终端作动系统。其中，冲击片（通常为厚度约20μm的高分子聚合物薄膜）是其核心敏感元件，装配时需精确放置于起爆器内部的特定工位，且工艺上严格限定仅能放置单片。

2、然而，受限于爆炸箔起爆器的特殊结构，冲击片在完成封装后，仅能通过壳体上直径约0.3mm的狭小通孔对其进行观测。同时，由于冲击片质地柔软、厚度极薄，在生产装配过程中极易因静电吸附、机械手定位误差等因素导致两片或多片重叠的缺陷。这种叠放模态的异常将直接导致冲击片在爆电转换过程中能量输出不均、飞片姿态失控，严重影响起爆同步性，甚至造成整个爆炸序列的拒动或早爆，存在极大的安全隐患。

3、针对上述问题，现有的检测手段主要面临以下技术瓶颈：

4、1、接触式物理检测难以适用

5、传统的接触式探针或厚度规检测方案，在接触过程中极易造成厚度仅为20μm的冲击片产生划伤、变形甚至击穿破损，无法满足火工品的无损检测要求。此外，该类方法检测节拍慢，无法适配工业化量产线上的100%全检需求。

6、2、传统机器视觉检测受限严重

7、在直径0.3mm的狭小通孔限制下，传统机器视觉系统面临视场狭窄、景深不足及光照难以导入的难题。更为关键的是，冲击片材质为透明或半透明的高分子聚合物，其在常规照明下的上下表面反射率极低且对比度差，边缘特征在成像中呈弥散状，无法通过常规的图像处理算法可靠区分单层与多层叠加状态。

8、3、现有光学干涉技术的场景错配

9、中国专利cn204788312u公开了一种爆炸箔组件厚度测量工装，但其采用千分表接触式测量，仅适用于硬质基片，无法应用于软质薄膜且无损检测。

10、中国专利cn108121172b公开了一种基于白光干涉信息匹配的多层膜测量方法，其通过构建光谱数据库与待测光谱进行匹配来反演层间间隙。然而，该技术存在以下不适用于本场景的缺陷：其一，该方法依赖复杂的物理模型建库过程，运算量大，难以满足产线在线检测的实时性要求；其二，该技术主要针对异质材料界面的间隙测量，而对于同材质冲击片的多层叠加，其界面反射信号极弱且相互串扰，现有的光谱匹配算法难以稳定区分1片、2片与3片的状态；其三，该方案未针对0.3mm狭小通孔内的低信噪比回光信号进行算法优化，在实际火工品检测场景中误判率极高。

11、综上所述，目前业内尚无一种能够同时克服“狭小通孔限制”、“超薄柔性件无损检测”及“同材质多层弱对比识别”三大难题的有效方案。现有技术要么损伤工件，要么检测精度低下，要么无法适应产线节拍。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于干涉光和模式识别的冲击片叠放模态检测方法及装置，其能够在爆炸箔起爆器装配后，通过狭小通孔对其内部冲击片叠放模态进行高精度、非接触、在线快速判别。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、一种基于干涉光和模式识别的冲击片叠放模态检测方法，其包括：

4、s1、获取待测薄层叠置结构的单帧低相干干涉图谱；

5、s2、对单帧低相干干涉图谱进行频域变换处理，提取频域特征；

6、s3、将频域特征输入至一分类模型，由分类模型直接输出待测薄层叠置结构的离散叠放模态；

7、其中，分类模型以频域特征为输入，以离散叠放模态为输出目标；分类模型基于已知叠放模态的标准件图谱经相同频域变换处理得到的频域特征训练获得。

8、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，步骤s1中，待测薄层叠置结构为爆炸箔起爆器内装配的高分子聚合物冲击片；单帧低相干干涉图谱是通过爆炸箔起爆器外壳上直径为0.2mm~0.5mm的狭小通孔采集得到的。

9、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，步骤s1中，采集单帧低相干干涉图谱的光路包括高倍率mirau物镜，高倍率mirau物镜将宽带光束汇聚为直径20μm~40μm的光斑，垂直入射穿过狭小通孔，并在冲击片的表面及同材质片间界面形成垂直反射。

10、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，步骤s2包括：

11、s21、对单帧低相干干涉图谱进行小波降噪；

12、s22、按预设窗函数对经小波降噪后的序列进行加权；

13、s23、对经加权后的序列进行傅里叶变换，得到频域波形；

14、s24、采用savitzky-golay滤波器对频域波形进行平滑处理，滤波窗口长度为3~9，多项式阶数为3~7。

15、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，步骤s3中，分类模型为支持向量机模型，分类模型采用网格搜索法结合交叉验证进行训练，遍历惩罚系数和核参数，以确定最优的模型参数。

16、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，分类模型的训练样本标注为单片、两片或三片及以上的叠放模态标签；训练所用的样本集包含单片、两片和三片及以上叠放模态的样本，每类样本的数量不少于1000组，验证集上的分类准确率不低于95%。

17、一种基于干涉光和模式识别的冲击片叠放模态检测装置，其包括：

18、检测平台，用于承载并固定爆炸箔起爆器；

19、电动位移平台，用于调整检测位置；

20、冲击片叠放模态检测仪，配置为向爆炸箔起爆器发射宽带低相干光束并接收反射光，以单次曝光获取单帧低相干干涉图谱；

21、信息处理上位机，与冲击片叠放模态检测仪及电动位移平台通信连接，并被配置为执行上述方法。

22、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，冲击片叠放模态检测仪的内部光路依次包括：

23、白光光源，用于输出宽带低相干白光；

24、聚光透镜，用于对宽带低相干白光进行准直处理；

25、半反半透镜，设置于经聚光透镜准直后的光路上，用于将准直光束反射进入高倍率mirau物镜的同轴光路，并将自高倍率mirau物镜返回的干涉光透射至ccd相机；

26、高倍率mirau物镜，其内集成有分光板与参考面，高倍率mirau物镜将进入的准直光束汇聚为光斑并垂直穿过爆炸箔起爆器的狭小通孔，使测量光与参考光在物镜内共光路会合形成干涉光；

27、ccd相机，设置于半反半透镜的透射返回光路上，用于单次曝光采集单帧低相干干涉图谱。

28、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，光斑的直径为20μm~40μm，狭小通孔的直径为0.2mm~0.5mm，冲击片的单片标称厚度为15μm~25μm。

29、进一步地，在本发明其他较佳实施例中，信息处理上位机还配置有在线自校正流程：在检测周期开始前，利用已知叠放模态的标准件采集单帧低相干干涉图谱并进行预处理，当频域特征处于预设标定范围之外时，触发光路重新标定。

30、本发明实施例提供了一种基于干涉光和模式识别的冲击片叠放模态检测方法及装置，其通过采集爆炸箔起爆器内待测冲击片叠置结构的单帧低相干干涉图谱，对该图谱执行统一的频域变换处理以提取频域特征，再将频域特征输入经同流程预处理的标准件频域特征训练而成的分类模型，由模型直接输出冲击片的离散叠放模态，实现了狭小通孔内超薄同材质冲击片的非接触、无厚度反演环节的直接模态判别功能，达到了规避同材质弱反射场景下厚度反演误差、无需构建复杂物理仿真库、适配受限空间在位无损检测需求的技术效果。