[發明專利]一種自適應不規則表面的激光超聲成像檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 202010417708.2
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111595949B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 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: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01B11/24;G01N21/88
• 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

1.一種自適應不規則表面的激光超聲成像檢測方法，該檢測方法采用的激光超聲成像檢測系統包括表面輪廓測量模塊、激光掃描控制模塊、超聲數據采集模塊和疊合成像與評定模塊，其特征在于：所述表面輪廓測量模塊分別與激光掃描控制模塊和疊合成像與評定模塊連接，用于工件輪廓形狀尺寸測量及數據傳輸；所述激光掃描控制模塊與超聲數據采集模塊是兩個獨立模塊，同步協同工作，分別實現激光超聲信號的激勵與接收；所述疊合成像與評定模塊將激光超聲信號進行虛擬聚焦處理及工件表面輪廓疊合成像顯示，識別與定位缺陷與結構回波；

所述激光掃描控制模塊由動態聚焦鏡、振鏡及與之匹配掃描控制卡組成，所述超聲數據采集模塊包括脈沖激光器、激光干涉儀、數據采集卡及光電探測器，所述脈沖激光器和激光干涉儀通過掃描控制卡控制分別發出脈沖激光和測量激光，所述光電探測器用于檢測脈沖激光并觸發數據采集卡；

表面輪廓測量模塊具體為非接觸式輪廓測量儀器；

所述表面輪廓測量模塊包括線激光傳感器和驅動線激光傳感器運動的平移臺；

檢測方法包括以下步驟：

S1. 利用平移臺將線激光傳感器平移至振鏡整下方，對工件不規則表面進行測量，獲得目標檢測區域的輪廓點坐標集；

S2. 表面輪廓測量模塊根據輪廓點坐標集，按照樣條曲線擬合獲得工件的目標檢測區域的輪廓曲線，并傳輸至激光掃描控制模塊和疊合成像與評定模塊；

S3. 激光掃描模塊的振鏡按照輪廓曲線，將脈沖激光器發射的激勵激光和激光干涉儀發射的測量激光以一定的掃描步進掃描，同時動態聚焦鏡根據振鏡中心與掃描點距離對激光焦距進行動態調節，保證激光掃描時，激勵激光的焦點落在工件不規則表面每一個掃描點；

S4. 激光掃描模塊在掃描過程中同步觸發脈沖激光器實現激光超聲信號的激勵，光電探測器通過感知脈沖激光器的激勵信號實現數據采集卡的同步觸發，完成超聲信號的采集及編號存儲；

S5. 疊合成像與評定模塊首先將激光掃描點坐標與存儲的超聲信號進行一一對應，其次根據掃描點與工件內部目標聚焦區域的聚焦點距離，以及工件中超聲傳播的聲速，計算得到虛擬聚焦成像所用到的時間延遲矩陣，最后通過超聲信號的延遲疊加獲得工件內部的聚焦超聲影像；

S6. 疊合成像與評定模塊將工件內部的聚焦超聲影像與工件輪廓進行疊合顯示，根據超聲影像與工件內部結構及缺陷的重疊關系，快速評定疑似影像為結構影像或者缺陷影像，根據最終確定的缺陷影像與工件輪廓的空間位置關系快速實現缺陷的位置測量。

2.根據權利要求1所述的激光超聲成像檢測方法，其特征在于：所述激光掃描控制模塊中，所述掃描控制卡控制振鏡和動態聚焦鏡根據使用需求進行一維或二維掃描。

3.根據權利要求1所述的激光超聲成像檢測方法，其特征在于：其中所述超聲數據采集模塊中，用于超聲激勵的激光與用于超聲接收的激光的傳播路徑為同軸傳播或分別由兩套振鏡和動態聚焦系統控制的分路傳播。

4.根據權利要求1所述的激光超聲成像檢測方法，其特征在于：步驟S3中，所述掃描步進根據檢測需求進行調節，調節范圍不超過被檢工件內部超聲傳播波長的二分之一。

5.根據權利要求1所述的激光超聲成像檢測方法，其特征在于：步驟S5中，所述工件內部目標聚焦區域的聚焦點的數量和排布形式根據需求進行調節，具體為單點聚焦、一維動態聚焦或二維網格排布的全矩陣聚焦。