[發明專利]殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201811210559.1
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109459492A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 龔金龍;王章軍;李恒;蓋穎穎;解維浩
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N21/17;G01J5/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 馬千會

1.一種殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：包括工業機器人、聲熱探測組件、數據采集卡、YAG激光器、半導體激光器、光電混合連接器及計算機控制系統；所述YAG激光器、半導體激光器通過光纖與所述光電混合連接器連接；所述YAG激光器、半導體激光器及光電混合連接器通過BNC數據線與所述數據采集卡連接；所述光電混合連接器通過光電復合纜與所述聲熱探測組件連接；所述聲熱探測組件與工業機器人連接；所述數據采集卡、光電混合連接器通過USB數據線與計算機控制系統連接，所述工業機器人通過以太網數據線與計算機控制系統連接。

2.根據權利要求1所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述聲熱探測組件包括兩個半導體激光擴束鏡，一個YAG激光準直鏡、紅外熱像儀與空氣耦合超聲波探頭，所述擴束鏡用于將半導體激光器輸出的光斑擴束，所述準直鏡用于將YAG輸出的激光光斑整形到合適的直徑；所述紅外熱像儀用于采集被測試樣表面的紅外熱圖序列；所述空氣耦合超聲波探頭用于采集被測試樣表面的超聲導波信號。

3.根據權利要求1所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述計算機控制系統包含機器人控制模塊、數據采集控制模塊和數據處理分析模塊；所述機器人控制模塊用于控制工業機器人的運動軌跡；所述數據采集控制模塊用于控制數據采集卡的信號輸出與采集、紅外熱波圖像序列和超聲波信號的采集，并對超聲回波信號與熱波信號進行延遲與相位特征提取；所述數據處理分析模塊通過對超聲檢測與紅外熱波檢測圖像結果的融合與分析，確定焊接裂紋的位置與尺寸。

4.根據權利要求3所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述的數據處理分析模塊包括紅外熱圖序列處理模塊、超聲回波信號處理模塊和缺陷位置與尺寸識別模塊。

5.根據權利要求2所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述擴束鏡的放大倍數為×10，發散角為20°，放大后光束的照射面積大于100×100mm²。

6.根據權利要求2所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述空氣耦合超聲波探頭接收帶寬300Hz～30MHz，采樣頻率100 MS/s。

7.根據權利要求2所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述紅外熱像儀像素分辨率為320×256，等效噪聲誤差為30mK，最大采樣頻率為30Hz；波長范圍為3～5um，量化等級為16bit。

8.根據權利要求1～7任一項所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述半導體激光器波長為808nm，最大功率50W，最高模擬調制頻率為1kHz。

9.根據權利要求1～7任一項所述的殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測系統，其特征在于：所述YAG激光器波長為1064nm，最高脈沖調制頻率為50kHz，單脈沖能量為100mJ。

10.一種殷瓦鋼薄板焊接裂紋缺陷的光聲光熱復合檢測方法，包括如下步驟：

S1、通過機器人控制模塊控制工業機器人調整聲熱探測組件與被測焊縫的相對位置，規劃工業機器人末端的移動路徑；打開激光器電源，利用數據采集控制模塊控制數據采集卡輸出脈沖信號與正弦調制信號，驅動半導體激光器與YAG激光器，使半導體激光器輸出正弦調制激光，使YAG激光器輸出脈沖激光；手動調整激光擴束鏡、準直鏡和空氣耦合超聲波探頭的偏轉角度，使激光均勻照射到試樣焊縫表面，激光準直鏡與空氣耦合超聲波探頭對稱布置；

S2、將聲熱探測組件定位到待測焊縫區域，通過數據采集控制模塊控制紅外熱像儀采集紅外熱波圖像序列，在每個規劃的測量子區域內記錄2～4個熱波激勵周期，完成測量子區域的紅外熱圖數據采集后，通過機器人控制模塊控制工業機器人，將聲熱探測組件自上而下沿規劃路徑勻速移動到下一個測量區域，在移動過程中，通過數據采集控制模塊控制空氣耦合超聲波探頭同步記錄超聲波信號；重復上述數據采集步驟，直至完成整個焊縫檢測區域的數據采集，將測量數據存儲到指定目錄下；

S3、采用數據處理分析模塊對檢測得到的數據進行處理，采用相關算法提取超聲導波信號的延遲時間，獲得掃描路徑上焊縫的超聲波檢測結果，采用鎖相算法計算熱波信號的相位信息，獲得每個檢測子區域的相位檢測特征圖像，將每個子區域的檢測結果按照掃描次序拼接成焊縫的完整檢測圖像，將檢測結果做歸一化處理，再將整條焊縫的超聲波線掃描檢測結果疊加到紅外熱波成像檢測特征圖像中，根據超聲導波檢測結果缺陷缺陷出現的位置，依據紅外熱波檢測特征圖像提取缺陷的邊緣信息，進一步確定裂紋缺陷的尺寸信息，并在檢測圖像中標注出缺陷的具體位置。