[发明专利]一种用于任意曲面的非接触激光超声无损检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于任意曲面的非接触激光超声无损检测系统及方法，该系统包括光源、第一反射镜、第二反射镜、光学介质、连续激光器、分束器、光电检测器、机械手、控制器、信号调理装置、数据采集卡和计算机。该方法通过光源发出脉冲激光投射到检测对象表面，基于热弹机制产生的超声波穿过两个反射镜之间的光学介质引起透射和反射激光强度的变化，利用光电检测器测量激光强度并输出信号，在机械扫查单元的辅助下完成感兴趣区域的扫查，扫查的同时同步采集输出信号和扫查位置数据，经数据处理后即可得到缺陷的三维分布信息。本发明使用激光进行超声波的激发和检测，适应了复杂的检测条件，实现了任意曲面零部件缺陷的快速准确自动化无损检测。

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其涉及一种用于任意曲面的非接触激光超声无损检测系统及方法。

背景技术

超声波检测技术由于其非侵入性、无辐射、实时、成本低、便于移动等优点在工业无损检测领域中起着重要作用。随着工业的快速发展，具有复杂结构的零部件在航空航天和船舶等工业领域应用广泛。工业无损检测领域应用最广泛的是使用常规的超声波探头进行超声波的发射和接收，这些超声探头的使用常常需要接触被检测工件或使用耦合剂来达到更好的检测效果，检测较大面积的情况下操作耗时长，效率慢且对操作人员和检测环境的要求较高。在检测具有复杂结构零部件时，超声波探头因为无法紧密贴合被检测工件表面，因此不能够检测曲率较大的部位。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适应现有复杂结构零部件的检测要求，为任意曲面实现快速自动化无损检测的非接触激光超声检测系统。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述检测系统的检测方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用于任意曲面的非接触激光超声无损检测系统，该检测系统主要包括超声激发单元、超声检测单元、机械扫查单元、以及信号采集与处理单元。所述超声激发单元设为脉冲激光器。所述超声检测单元包括第一反射镜、第二反射镜、光学介质、连续激光器、分束器、以及光电检测器。所述机械扫查单元包括机械手和控制器。所述信号采集与处理单元包括信号调理装置、数据采集卡、以及计算机。本发明通过在同侧光激发和接收超声波，在机械手的计算机实现任意曲面扫描路径的规划，基于时间同步采集超声波信号与机械手扫查位置数据，为任意曲面快速准确的自动化无损检测提供了一种可行的方法。其具体连接关系如下：

所述光学介质位于第一反射镜和第二反射镜之间。

所述分束器位于第二反射镜与连续激光器之间。

所述光电检测器与分束器法线在竖直方向夹角为45度。

所述脉冲激光器与计算机电连接。

所述机械手与控制器电连接。

所述控制器与计算机电连接。

所述连续激光器和光电检测器分别与信号调理装置电连接；所述连续激光器与光电检测器互相垂直设置。

所述信号调理装置与数据采集卡电连接。

所述数据采集卡与计算机电连接。

所述脉冲激光器与超声检测单元集成在一起并被夹持在机械手末端。

作为本发明的优选方案，所述第一反射镜与第二反射镜设为半透明反射镜，可被连续激光器发出的光束穿透。

作为本发明的优选方案，所述第一反射镜与第二反射镜之间的距离设为连续激光器发出的激光半波长的倍数。在这个距离下，所述连续激光器发出的特定波长的激光能够在第一反射镜和第二反射镜之间发生相长干涉，从而提高测量精度。