[發(fā)明專利]一種基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010417707.8
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111610254B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張俊;李曉紅;楊兵;丁輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N21/45;G02B26/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

1.一種基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，該檢測方法采用的設(shè)備包括工控模塊、對二維焦平面掃描的激光超聲發(fā)射模塊及與激光超聲發(fā)射模塊匹配的激光超聲接收模塊，所述激光超聲接收模塊為干涉儀型接收模塊，所述工控模塊用于同時連接并協(xié)同控制激光超聲發(fā)射模塊與激光超聲接收模塊，其特征在于，激光超聲全聚焦成像檢測方法具體包括以下步驟；

S1.設(shè)定激光超聲發(fā)射模塊和激光超聲接收模塊在被檢測工件表面的M×N個二維掃查點(diǎn)和掃查點(diǎn)間隔p，二維掃查點(diǎn)為P(1,1)至P(M,N)；

S2.通過激光超聲接收模塊進(jìn)行接收激光按照被檢測工件表面P(1,1)至P(M,N)逐個掃描的動作；

S3.當(dāng)接收激光掃描至任意P(m,n)點(diǎn)時，控制激光超聲發(fā)射模塊實(shí)現(xiàn)激勵激光按照P(1,1)至P(M,N)所有二維掃查點(diǎn)的遍歷掃描；

S4.利用工控模塊接收并記錄任意一對激勵激光掃描點(diǎn)P(m₁,n₁)和接收激光掃描點(diǎn)P(m₂,n₂)，建立匹配的超聲波波形S(m₁,n₁,m₂,n₂,t)，t為激光超聲發(fā)射模塊和激光超聲接收模塊與被測工件檢測點(diǎn)之間的激光傳播時間；

S5.設(shè)定工件內(nèi)部的目標(biāo)聚焦點(diǎn)F(x,y,z)，計算聚焦點(diǎn)至掃描點(diǎn)P(1,1)之間的距離d₀，根據(jù)超聲波在被檢測對象中的傳播聲速c，設(shè)傳播時間為t₀，按公式t₀＝d₀/c計算得到傳播時間，并以t₀作為基準(zhǔn)時間；

S6.按照S5所述方法，依次計算所有掃描點(diǎn)P與目標(biāo)聚焦點(diǎn)F之間的距離及傳播時間，構(gòu)成傳播時間矩陣t(M,N),利用傳播時間矩陣減去基準(zhǔn)時間得到時間延遲矩陣Δt(M,N)＝t(M,N)-t₀；

S7.根據(jù)超聲波形S(m₁,n₁,m₂,n₂,t)所攜帶的掃描位置信息，從延遲矩陣中提取激勵時間延遲Δt(m₁,n₁)和接收時間延遲Δt(m₂,n₂)；

S8.將超聲波形數(shù)據(jù)按照時間延遲進(jìn)行平移得到修正的波形數(shù)據(jù)為：

S₁(m₁,n₁,m₂,n₂,t+Δt(m₁,n₁)+Δt(m₂,n₂))；

S9.從修正的波形數(shù)據(jù)S₁中提取所有位置點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，得到聚焦點(diǎn)F(x,y,z)的聚焦信號

S10.依次對目標(biāo)檢測區(qū)域內(nèi)三維空間的所有位置F(x,y,z)按照步驟S9所述方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到全范圍聚焦信號；

S11.將三維空間內(nèi)的全范圍聚焦信號進(jìn)行繪制，得到全聚焦超聲三維圖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，其特征在于：所述激光超聲發(fā)射模塊由聚焦振鏡和脈沖激光器構(gòu)成，所述激光超聲接收模塊由聚焦振鏡和激光干涉儀構(gòu)成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，其特征在于：所述工控模塊包括控制卡1、控制卡2、超聲數(shù)據(jù)采集卡和對應(yīng)的控制分析軟件。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，其特征在于：所述的聚焦振鏡為具有實(shí)現(xiàn)激勵激光和接收激光的焦平面位于工件表面功能的高速振鏡與場鏡的組合、高速振鏡與動態(tài)聚焦鏡的組合或三維振鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，其特征在于：所述步驟S2和步驟S3可以互換，即先通過激光超聲發(fā)射模塊對被檢測工件表面的二維掃查點(diǎn)進(jìn)行掃查，然后當(dāng)激勵激光掃描至任意一點(diǎn)時，通過工控模塊控制激光超聲接收模塊發(fā)射接收激光將所有二維掃查點(diǎn)的遍歷掃描。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的基于高速振鏡協(xié)同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，其特征在于：步驟S11中繪制全聚焦超聲三維圖具體方法如下：

通過三個方向的投影視圖分別獲得的B掃描全聚焦圖像、C掃描全聚焦圖像和D掃描全聚焦圖像，然后將三個掃描全聚焦圖像相結(jié)合繪制而成。