[发明专利]一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法

说明书

本发明公开了一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法，该方法为：扫描获得表面波时域信号组；提取无缺陷区域表面波信号作为基准信号；以基准信号最大波幅位置所在时刻为基准绘制二维彩色图；初步识别缺陷影像并设置缺陷评定框；将评定框内所有信号与基准信号作互相关运算和幅值差值运算，分别获得互相关最大值X、时移值τ和幅值差值Δ的二维矩阵；设定三者阈值，以满足XX_dec、ττ_dec和ΔΔ_dec任意一个条件为准则构建缺陷二值矩阵；剔除二值矩阵异常点，统计零值元素区域，分别获得缺陷区域面积、长度和宽度。本发明可以避免因部件表面粗糙导致的缺陷波幅跳跃和信噪比分布不均问题，实现缺陷尺寸的精确定量测量。

技术领域

本发明涉及激光超声无损检测技术领域，具体涉及一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法。

背景技术

激光超声检测技术以其非接触、高分辨、易于集成等优点成为应用于以金属增材制造为代表的先进制造技术的最有潜力的在线检测手段。然而，在制造过程中，样品表面一般较为粗糙，由于制造方法的不同，样品表面粗糙度在10～100μm范围内波动。样品表面粗糙在利用激光超声检测技术检测时会存在两方面的问题：一、激光超声表面在样品粗糙表面传播时，受样品表面粗糙微结构的扰动而产生较大的噪声；二、采用以激光干涉为原理的非接触式激光超声接收器进行检测时，由于光斑尺寸与粗糙度相当，在不同的扫描位置所产生的信噪比分散性较大。上述激光超声固有的问题导致其在应用于粗糙表面部件检测时，缺陷信号的波动较大，导致缺陷边界难以准确识别，特别是在扫描成像过程中，难以实现粗燥样品缺陷尺寸的精确测量。

为了进行激光超声检测研究，目前主要方向是采用将增材样品表面进行抛光，然后再进行扫描成像研究，例如法国原子能委员会利用B扫描的方式，实现抛光后增材样品表面亚毫米尺度缺陷的检测；英国诺丁汉姆大学利用激光超声C扫描的方式实现粉末床打印的抛光样品表面百微米级缺陷的检测。上述两种方法均难以对粗糙表面部件的缺陷尺寸进行精确测量。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法，解决现有技术难以对具有粗糙表面的工业部件缺陷尺寸进行精确定量测量的问题。

本发明采用的技术方案为：一种基于激光超声成像的粗糙部件缺陷尺寸精确测量方法，包括以下步骤：

S1.激光超声系统的激励激光器光斑与接收器光斑以固定的间距L，按照扫描步进d、扫描点数M×N，对样品表面进行二维扫描，获得M×N组超声表面波时域信号；

S2.从M×N组信号中，提取一组自样品无缺陷区域扫描的表面波时域信号A₀(t)作为基准信号，获取该表面波时域信号A₀(t)最大幅值所对应的时刻t0；

S3.以t0为基准时刻，提取出所有M×N组信号在t0时刻的波幅强度，构建M×N的幅值矩阵，并绘制为二维彩色图像；

S4.从二维彩色图像中识别出含缺陷区域的影像图，并设置缺陷评定框范围为M_f×N_f；

S5.按顺序调取评定框范围内的所有时域信号A(t),并结合基准信号A₀(t)，按公式(1)作互相关运算，

根据公式(1)计算评定框内每个扫描点的互相关函数Xcor(n)的最大值X及其对应的时间平移τ，并分别记录为两个大小为M_f×N_f的矩阵；

S6.将评定框范围内的所有时域信号A(t)分别与基准信号A₀(t)按照公式(2)作最大幅值绝对值比较，