[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

说明书

本发明公开了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。本发明的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，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；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；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。本发明可以实现对未知几何形状的不规则表面进行非接触式的激光超声扫描检测，快速识别缺陷信号并直观显示缺陷在不规则工件内部的相对位置。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种激光超声无损检测技术，特别是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。

背景技术

超声检测是保证工业部件制造质量和运行安全的重要手段。但是，随着先进制造技术的发展，特别是增材制造等技术的高速发展，出现了大量具有不规则表面的复杂结构工业部件。传统超声应用于具有不规则表面的部件时，超声传感器与不规则表面难以实现接触式的良好耦合，需要借助于水浸等检测方式，水浸检测一般应用用于尺寸较小的部件在制造阶段的检验。然而，对于表面不规则的大型部件、以及在安装使用之后不可拆卸的部件，传统的接触式以及水浸检测方案都不再适用。

激光超声是典型的非接触式检测方法，是不规则表面工件的潜在检测手段。但是由于在检测时无法获得不规则表面的轮廓信号，激光超声扫描成像检测还存在较大的问题：首先，激光扫描的轨迹规划无法随着轮廓的变化而实时调整；其次，为了实现工件内部小缺陷的检出，通常使用的是阵列超声聚焦成像来提升缺陷检测分辨率，而当面对不规则表面时，阵列超声聚焦成像会受到不规则表面的扰动，导致聚焦效果不佳；最后，不规则表面工件内部还可能存在结构回波，导致缺陷识别与定位困难。因此，为了实现不规则表面部件的非接触式检测，开发兼具自动测量工件表面轮廓、规划激光超声扫描路径、数据采集和叠合成像的方法，对工业部件内部缺陷的检测与评定具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应不规则表面的激光超声成像检测系统及方法，非接触地实现具有不规则表面工业部件内部缺陷的快速检测与评定。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种自适应不规则表面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。

优选的，表面轮廓测量模块具体为非接触式轮廓测量仪器。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

一种上述自适应不规则表面的激光超声成像检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：