[發明專利]一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統

在審

• 申請號: 202010107939.3
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111323480A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 丁雷;顏學俊;盧明輝;魯強兵;錢斯文;錢利強;耿開勝;徐曉東;陳延峰
• 申請（專利權）人: 南京光聲超構材料研究院有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 南京常青藤知識產權代理有限公司 32286
• 代理人: 黃胡生

1.一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：包括激光超聲無損檢測探頭、納秒脈沖激光器、高速信號采集卡、光電探測器、光纖耦合器、上位機軟件、多模光纖、坐標跟蹤攝像頭和測振儀；

激光超聲無損檢測探頭包括殼體、以及集成在殼體里的可變焦長焦距組合透鏡、光電探測器、分束鏡、電控馬達、高速CCD相機、光纖準直器、雙凸透鏡、套筒透鏡、絲杠；可變焦長焦距組合透鏡包括凹透鏡、第一凸透鏡和第二凸透鏡；

其光電探測器和高速CCD相機位于分束鏡兩側，且光電探測器和分束鏡之間設有雙凸透鏡，高速CCD相機和分束鏡之間設有套筒透鏡；分束鏡的兩端分別設有光纖準直器和依次設置的凹透鏡、第一凸透鏡和第二凸透鏡；第二凸透鏡的外側在殼體上設有出光窗口；

激光超聲無損檢測探頭與納秒脈沖激光器通過多模光纖連接，光纖兩端分別連接光纖準直器和光纖耦合器；脈沖激光器的激勵光通過光纖耦合器耦合到熔石英光纖，將激勵光導入至光纖準直器中，光纖準直器對光束發散角進行修正得到一束平行光，再通過分束鏡將平行光分為兩束；

通過分束鏡的部分平行光，經雙凸透鏡聚焦后被光電探測器接收、用于信號進行觸發和用于單個脈沖激光能量的校準；通過分束鏡的另一部分平行光，可經過凹透鏡與第一凸透鏡組成的擴束鏡對光斑進行擴束，再通過電控馬達控制的第二凸透鏡，第二凸透鏡可在傳動導軌中前后平移進而實現對焦點位置的控制，再通過出光窗口在待檢測的工件上聚焦形成點光斑，點光斑被散射后依次經過第二凸透鏡、第一凸透鏡、凹透鏡再被分束鏡反射經過套筒透鏡，并被安裝在套筒透鏡上的高速CCD相機捕捉成像；

CCD相機可將捕捉到的聚焦光斑大小反饋給控制與信號處理模塊，控制與信號處理模塊發送命令至電控馬達；坐標跟蹤攝像頭可將更新的聚焦光斑位置傳送至控制與信號處理模塊；最終通過高性能電腦將捕獲的數據重構獲得測試結果。

2.根據權利要求1所述的一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：第二凸透鏡的外圍設有傳動導軌，傳動導軌側部連接有傳動輪，傳動輪的中心貫穿有絲桿，絲杠的端部與電控馬達的驅動軸連接；傳動輪與傳動導軌之間的鍵合方式為齒輪齒合。

3.根據權利要求2所述的一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：傳動導軌前后移動的距離為±20mm。

4.根據權利要求1所述的一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：高速信號采集卡帶寬100至600MHz，采樣率為1至10GSa/S；上位機軟件為MATLAB，測振儀為雙玻混合干涉儀。

5.根據權利要求1所述的一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：多模光纖為熔石英光纖，纖徑為200微米，多模光纖兩端連接方式為SMA接口。

6.根據權利要求1所述的一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：坐標跟蹤攝像頭設置在三腳架上。

7.根據權利要求1所述的一種手持式自動對焦激光超聲無損檢測系統，其特征在于：出光窗口在點光源激發時窗口內安裝有一高透射率的平面鏡或用線光源激發時則采用圓形平凸柱面透鏡。