[发明专利]殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统及方法

权利要求书

1.一种殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：包括工业机器人、声热探测组件、数据采集卡、YAG激光器、半导体激光器、光电混合连接器及计算机控制系统；所述YAG激光器、半导体激光器通过光纤与所述光电混合连接器连接；所述YAG激光器、半导体激光器及光电混合连接器通过BNC数据线与所述数据采集卡连接；所述光电混合连接器通过光电复合缆与所述声热探测组件连接；所述声热探测组件与工业机器人连接；所述数据采集卡、光电混合连接器通过USB数据线与计算机控制系统连接，所述工业机器人通过以太网数据线与计算机控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述声热探测组件包括两个半导体激光扩束镜，一个YAG激光准直镜、红外热像仪与空气耦合超声波探头，所述扩束镜用于将半导体激光器输出的光斑扩束，所述准直镜用于将YAG输出的激光光斑整形到合适的直径；所述红外热像仪用于采集被测试样表面的红外热图序列；所述空气耦合超声波探头用于采集被测试样表面的超声导波信号。

3.根据权利要求1所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述计算机控制系统包含机器人控制模块、数据采集控制模块和数据处理分析模块；所述机器人控制模块用于控制工业机器人的运动轨迹；所述数据采集控制模块用于控制数据采集卡的信号输出与采集、红外热波图像序列和超声波信号的采集，并对超声回波信号与热波信号进行延迟与相位特征提取；所述数据处理分析模块通过对超声检测与红外热波检测图像结果的融合与分析，确定焊接裂纹的位置与尺寸。

4.根据权利要求3所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述的数据处理分析模块包括红外热图序列处理模块、超声回波信号处理模块和缺陷位置与尺寸识别模块。

5.根据权利要求2所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述扩束镜的放大倍数为×10，发散角为20°，放大后光束的照射面积大于100×100mm²。

6.根据权利要求2所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述空气耦合超声波探头接收带宽300Hz～30MHz，采样频率100 MS/s。

7.根据权利要求2所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述红外热像仪像素分辨率为320×256，等效噪声误差为30mK，最大采样频率为30Hz；波长范围为3～5um，量化等级为16bit。

8.根据权利要求1～7任一项所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述半导体激光器波长为808nm，最大功率50W，最高模拟调制频率为1kHz。

9.根据权利要求1～7任一项所述的殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，其特征在于：所述YAG激光器波长为1064nm，最高脉冲调制频率为50kHz，单脉冲能量为100mJ。

10.一种殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测方法，包括如下步骤：

S1、通过机器人控制模块控制工业机器人调整声热探测组件与被测焊缝的相对位置，规划工业机器人末端的移动路径；打开激光器电源，利用数据采集控制模块控制数据采集卡输出脉冲信号与正弦调制信号，驱动半导体激光器与YAG激光器，使半导体激光器输出正弦调制激光，使YAG激光器输出脉冲激光；手动调整激光扩束镜、准直镜和空气耦合超声波探头的偏转角度，使激光均匀照射到试样焊缝表面，激光准直镜与空气耦合超声波探头对称布置；

S2、将声热探测组件定位到待测焊缝区域，通过数据采集控制模块控制红外热像仪采集红外热波图像序列，在每个规划的测量子区域内记录2～4个热波激励周期，完成测量子区域的红外热图数据采集后，通过机器人控制模块控制工业机器人，将声热探测组件自上而下沿规划路径匀速移动到下一个测量区域，在移动过程中，通过数据采集控制模块控制空气耦合超声波探头同步记录超声波信号；重复上述数据采集步骤，直至完成整个焊缝检测区域的数据采集，将测量数据存储到指定目录下；

S3、采用数据处理分析模块对检测得到的数据进行处理，采用相关算法提取超声导波信号的延迟时间，获得扫描路径上焊缝的超声波检测结果，采用锁相算法计算热波信号的相位信息，获得每个检测子区域的相位检测特征图像，将每个子区域的检测结果按照扫描次序拼接成焊缝的完整检测图像，将检测结果做归一化处理，再将整条焊缝的超声波线扫描检测结果叠加到红外热波成像检测特征图像中，根据超声导波检测结果缺陷缺陷出现的位置，依据红外热波检测特征图像提取缺陷的边缘信息，进一步确定裂纹缺陷的尺寸信息，并在检测图像中标注出缺陷的具体位置。