[发明专利]一种自适应不规则表面的激光超声成像检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种自适应不规则表面的激光超声成像检测方法，该检测方法采用的激光超声成像检测系统包括表面轮廓测量模块、激光扫描控制模块、超声数据采集模块和叠合成像与评定模块，其特征在于：所述表面轮廓测量模块分别与激光扫描控制模块和叠合成像与评定模块连接，用于工件轮廓形状尺寸测量及数据传输；所述激光扫描控制模块与超声数据采集模块是两个独立模块，同步协同工作，分别实现激光超声信号的激励与接收；所述叠合成像与评定模块将激光超声信号进行虚拟聚焦处理及工件表面轮廓叠合成像显示，识别与定位缺陷与结构回波；

所述激光扫描控制模块由动态聚焦镜、振镜及与之匹配扫描控制卡组成，所述超声数据采集模块包括脉冲激光器、激光干涉仪、数据采集卡及光电探测器，所述脉冲激光器和激光干涉仪通过扫描控制卡控制分别发出脉冲激光和测量激光，所述光电探测器用于检测脉冲激光并触发数据采集卡；

表面轮廓测量模块具体为非接触式轮廓测量仪器；

所述表面轮廓测量模块包括线激光传感器和驱动线激光传感器运动的平移台；

检测方法包括以下步骤：

S1. 利用平移台将线激光传感器平移至振镜整下方，对工件不规则表面进行测量，获得目标检测区域的轮廓点坐标集；

S2. 表面轮廓测量模块根据轮廓点坐标集，按照样条曲线拟合获得工件的目标检测区域的轮廓曲线，并传输至激光扫描控制模块和叠合成像与评定模块；

S3. 激光扫描模块的振镜按照轮廓曲线，将脉冲激光器发射的激励激光和激光干涉仪发射的测量激光以一定的扫描步进扫描，同时动态聚焦镜根据振镜中心与扫描点距离对激光焦距进行动态调节，保证激光扫描时，激励激光的焦点落在工件不规则表面每一个扫描点；

S4. 激光扫描模块在扫描过程中同步触发脉冲激光器实现激光超声信号的激励，光电探测器通过感知脉冲激光器的激励信号实现数据采集卡的同步触发，完成超声信号的采集及编号存储；

S5. 叠合成像与评定模块首先将激光扫描点坐标与存储的超声信号进行一一对应，其次根据扫描点与工件内部目标聚焦区域的聚焦点距离，以及工件中超声传播的声速，计算得到虚拟聚焦成像所用到的时间延迟矩阵，最后通过超声信号的延迟叠加获得工件内部的聚焦超声影像；

S6. 叠合成像与评定模块将工件内部的聚焦超声影像与工件轮廓进行叠合显示，根据超声影像与工件内部结构及缺陷的重叠关系，快速评定疑似影像为结构影像或者缺陷影像，根据最终确定的缺陷影像与工件轮廓的空间位置关系快速实现缺陷的位置测量。

2.根据权利要求1所述的激光超声成像检测方法，其特征在于：所述激光扫描控制模块中，所述扫描控制卡控制振镜和动态聚焦镜根据使用需求进行一维或二维扫描。

3.根据权利要求1所述的激光超声成像检测方法，其特征在于：其中所述超声数据采集模块中，用于超声激励的激光与用于超声接收的激光的传播路径为同轴传播或分别由两套振镜和动态聚焦系统控制的分路传播。

4.根据权利要求1所述的激光超声成像检测方法，其特征在于：步骤S3中，所述扫描步进根据检测需求进行调节，调节范围不超过被检工件内部超声传播波长的二分之一。

5.根据权利要求1所述的激光超声成像检测方法，其特征在于：步骤S5中，所述工件内部目标聚焦区域的聚焦点的数量和排布形式根据需求进行调节，具体为单点聚焦、一维动态聚焦或二维网格排布的全矩阵聚焦。