[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

本發明公開了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。本發明的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，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；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；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。本發明可以實現對未知幾何形狀的不規則表面進行非接觸式的激光超聲掃描檢測，快速識別缺陷信號并直觀顯示缺陷在不規則工件內部的相對位置。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種激光超聲無損檢測技術，特別是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。

背景技術

超聲檢測是保證工業部件制造質量和運行安全的重要手段。但是，隨著先進制造技術的發展，特別是增材制造等技術的高速發展，出現了大量具有不規則表面的復雜結構工業部件。傳統超聲應用于具有不規則表面的部件時，超聲傳感器與不規則表面難以實現接觸式的良好耦合，需要借助于水浸等檢測方式，水浸檢測一般應用用于尺寸較小的部件在制造階段的檢驗。然而，對于表面不規則的大型部件、以及在安裝使用之后不可拆卸的部件，傳統的接觸式以及水浸檢測方案都不再適用。

激光超聲是典型的非接觸式檢測方法，是不規則表面工件的潛在檢測手段。但是由于在檢測時無法獲得不規則表面的輪廓信號，激光超聲掃描成像檢測還存在較大的問題：首先，激光掃描的軌跡規劃無法隨著輪廓的變化而實時調整；其次，為了實現工件內部小缺陷的檢出，通常使用的是陣列超聲聚焦成像來提升缺陷檢測分辨率，而當面對不規則表面時，陣列超聲聚焦成像會受到不規則表面的擾動，導致聚焦效果不佳；最后，不規則表面工件內部還可能存在結構回波，導致缺陷識別與定位困難。因此，為了實現不規則表面部件的非接觸式檢測，開發兼具自動測量工件表面輪廓、規劃激光超聲掃描路徑、數據采集和疊合成像的方法，對工業部件內部缺陷的檢測與評定具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種自適應不規則表面的激光超聲成像檢測系統及方法，非接觸地實現具有不規則表面工業部件內部缺陷的快速檢測與評定。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種自適應不規則表面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。

優選的，表面輪廓測量模塊具體為非接觸式輪廓測量儀器。

優選的，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。

優選的，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。

優選的，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。

一種上述自適應不規則表面的激光超聲成像檢測系統的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：