[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

说明书

本发明涉及殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷检测技术，尤其涉及光声光热复合检测系统及方法。一种殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，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；YAG激光器、半导体激光器通过光纤与光电混合连接器连接；YAG激光器、半导体激光器、光电混合连接器通过BNC数据线与数据采集卡连接；光电混合连接器通过光电复合缆与声热探测组件连接；声热探测组件与工业机器人连接；数据采集卡及光电混合连接器通过USB数据线、工业机器人通过以太网数据线与计算机控制系统连接。本发明的检测系统及方法，可对殷瓦钢薄板焊接区域的裂纹缺陷进行原位快速可靠检测。

技术领域

本发明涉及船用殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷检测技术，尤其涉及了一种光声光热复合检测系统及方法。

背景技术

殷瓦钢是目前大型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）储罐内胆理想的绝热材料之一。LNG储罐殷瓦钢内胆薄板在焊接过程中易出现表面/亚表面裂纹，在服役过程中易出现裂纹疲劳开裂，进一步拓展成为网状裂纹缺陷，造成材料失效，失去隔热保护功能。大型LNG运输船在航行过程中受到海面周期性波浪运动的影响，极易造成LNG储罐内壁殷瓦钢薄板疲劳裂纹的拓展，使得储罐内壁应力分布不均衡，甚至可能造成灾难性后果。由于殷瓦钢薄板的特殊理化性能，常规接触式无损检测技术在应用中存在一定局限。超声波检测对裂纹有较高的检测灵敏度，但对于尺寸较薄的构件，缺陷回波信号的识别难度较大，检测周期较长。射线检测对裂纹、未熔合缺陷的检测灵敏度受板材厚度和透照位置的影响较大，对薄板构件的检测极易出现漏判，检测工艺规范复杂，检测成本高。主动式红外热波无损检测技术具有适用面广、检测速度快、检测面积大、非接触式检测等优点，测量结果直观、易懂，使用方便，适用于在线检测，但红外热波检测图像结果的特征信息单一，缺陷的定位与识别的准确度尚无法满足实际应用的需要。

发明内容

为了解决现有技术中殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷无损检测存在的问题，克服红外热波与超声波检测裂纹缺陷的不足，提高殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷无损检测的可靠性与检测效率，本发明提供了一种光声光热复合检测系统及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种殷瓦钢薄板焊接裂纹缺陷的光声光热复合检测系统，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。