[发明专利]一种基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测方法，该检测方法采用的设备包括工控模块、对二维焦平面扫描的激光超声发射模块及与激光超声发射模块匹配的激光超声接收模块，所述激光超声接收模块为干涉仪型接收模块，所述工控模块用于同时连接并协同控制激光超声发射模块与激光超声接收模块，其特征在于，激光超声全聚焦成像检测方法具体包括以下步骤；

S1.设定激光超声发射模块和激光超声接收模块在被检测工件表面的M×N个二维扫查点和扫查点间隔p，二维扫查点为P(1,1)至P(M,N)；

S2.通过激光超声接收模块进行接收激光按照被检测工件表面P(1,1)至P(M,N)逐个扫描的动作；

S3.当接收激光扫描至任意P(m,n)点时，控制激光超声发射模块实现激励激光按照P(1,1)至P(M,N)所有二维扫查点的遍历扫描；

S4.利用工控模块接收并记录任意一对激励激光扫描点P(m₁,n₁)和接收激光扫描点P(m₂,n₂)，建立匹配的超声波波形S(m₁,n₁,m₂,n₂,t)，t为激光超声发射模块和激光超声接收模块与被测工件检测点之间的激光传播时间；

S5.设定工件内部的目标聚焦点F(x,y,z)，计算聚焦点至扫描点P(1,1)之间的距离d₀，根据超声波在被检测对象中的传播声速c，设传播时间为t₀，按公式t₀＝d₀/c计算得到传播时间，并以t₀作为基准时间；

S6.按照S5所述方法，依次计算所有扫描点P与目标聚焦点F之间的距离及传播时间，构成传播时间矩阵t(M,N),利用传播时间矩阵减去基准时间得到时间延迟矩阵Δt(M,N)＝t(M,N)-t₀；

S7.根据超声波形S(m₁,n₁,m₂,n₂,t)所携带的扫描位置信息，从延迟矩阵中提取激励时间延迟Δt(m₁,n₁)和接收时间延迟Δt(m₂,n₂)；

S8.将超声波形数据按照时间延迟进行平移得到修正的波形数据为：

S₁(m₁,n₁,m₂,n₂,t+Δt(m₁,n₁)+Δt(m₂,n₂))；

S9.从修正的波形数据S₁中提取所有位置点的数据进行叠加，得到聚焦点F(x,y,z)的聚焦信号

S10.依次对目标检测区域内三维空间的所有位置F(x,y,z)按照步骤S9所述方法进行数据处理，得到全范围聚焦信号；

S11.将三维空间内的全范围聚焦信号进行绘制，得到全聚焦超声三维图。

2.根据权利要求1所述的基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测方法，其特征在于：所述激光超声发射模块由聚焦振镜和脉冲激光器构成，所述激光超声接收模块由聚焦振镜和激光干涉仪构成。

3.根据权利要求2所述的基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测方法，其特征在于：所述工控模块包括控制卡1、控制卡2、超声数据采集卡和对应的控制分析软件。

4.根据权利要求2所述的基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测方法，其特征在于：所述的聚焦振镜为具有实现激励激光和接收激光的焦平面位于工件表面功能的高速振镜与场镜的组合、高速振镜与动态聚焦镜的组合或三维振镜。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测方法，其特征在于：所述步骤S2和步骤S3可以互换，即先通过激光超声发射模块对被检测工件表面的二维扫查点进行扫查，然后当激励激光扫描至任意一点时，通过工控模块控制激光超声接收模块发射接收激光将所有二维扫查点的遍历扫描。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的基于高速振镜协同的激光超声全聚焦成像检测方法，其特征在于：步骤S11中绘制全聚焦超声三维图具体方法如下：

通过三个方向的投影视图分别获得的B扫描全聚焦图像、C扫描全聚焦图像和D扫描全聚焦图像，然后将三个扫描全聚焦图像相结合绘制而成。