[發明專利]一種基于高速振鏡協同的激光超聲全聚焦成像檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 202010417707.8
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111610254B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 張俊;李曉紅;楊兵;丁輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N21/45;G02B26/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種基于高速振鏡協同的激光超聲全聚焦成像檢測裝置及方法。本發明的檢測裝置包括對二維焦平面掃描的激光超聲發射模塊、與激光超聲發射模塊匹配的激光超聲接收模塊，同時連接并協同控制激光超聲發射模塊與激光超聲接收模塊的工控模塊，所述激光超聲發射模塊由聚焦振鏡和脈沖激光器構成，所述激光超聲接收模塊由聚焦振鏡和激光干涉儀構成，所述工控模塊由用于雙聚焦振鏡協同控制的控制卡1、控制卡2、與兩張控制卡匹配的控制軟件、超聲數據采集卡和全聚焦成像軟件構成。本發明可以實現工業部件內部缺陷的非接觸式、高效率和高分辨率的超聲三維全聚焦成像。

技術領域

本發明屬于屬于無損檢測領域，涉及一種激光超聲無損檢測技術，特別是一種基于高速振鏡協同的激光超聲全聚焦成像檢測裝置及方法。

背景技術

全矩陣相控陣超聲成像技術是近十年發展起來的先進檢測技術。其主要原理是，首先通過遍歷所有的發射陣元和接收單元的方式，實現全矩陣數據的采集，然后通過虛擬聚焦技術實現全矩陣數據的成像，從而提高了檢測分辨率和信噪比更高。但是由于該方法是基于壓電超聲傳感器，檢測時必須保證傳感器與被檢工件的表面良好耦合，所用僅限于接觸式檢測和離線檢測，不適用于復雜形狀工件及特殊環境的在線檢測。亟待開發具有高分辨和高信噪比的非接觸式檢測技術。

激光超聲以其寬頻帶、非接觸和易于集成特點而成為零部件制造質量與使用安全的重要在線監測手段。但是，傳統單激光超聲因穿透能力有限，尚無法滿足大型構件深埋型缺陷檢測需求。利用陣列激光的相位調制來實現聲束偏轉和聚焦，有效提升了超聲穿透能力。但是，目前所采用的相控陣激光超聲方法是基于固定的光纖光程差，相位不能夠實時調節，體波檢測無法形成變角度的掃描聲束，檢測覆蓋范圍有限，而且當固定角度的聲束與缺陷的取向不好時，易導致缺陷漏檢和評定誤差。

因此，開發兼具高速采集、高分辨成像和高穿透能力的非接觸式激光超聲全聚焦成像檢測方法，具有對工業部件內部缺陷的在線檢測重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于高速振鏡協同掃描的激光超聲全聚焦成像檢測裝置及方法，以實現工業部件內部缺陷的非接觸、高效率和高分辨三維成像檢測。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于高速振鏡協同的激光超聲全聚焦成像檢測方法，該檢測方法采用的設備包括工控模塊、對二維焦平面掃描的激光超聲發射模塊及與激光超聲發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同控制激光超聲發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.設定激光超聲發射模塊和激光超聲接收模塊在被檢測工件表面的M×N個二維掃查點和掃查點間隔p，二維掃查點為P(1,1)至P(M,N)；

S2.通過激光超聲接收模塊進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.當接收激光掃描至任意P(m,n)點時，控制激光超聲發射模塊實現激勵激光按照P(1,1)至P(M,N)所有二維掃查點的遍歷掃描；

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

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