[发明专利]一种双模激光红外热成像检测系统及方法

说明书

本发明公开一种双模激光红外热成像检测系统及方法，该系统包括大功率激光器、双模光束整形镜头模组、同步控制电路单元、红外热像仪及图像采集和处理单元组成。其检测方法为，通过双模光束整形镜头模组将大功率激光器发射的激光束分别整形放大成点阵激光热源和均匀激光热源，照射到被测对象表面，通过红外热像仪采集被测对象表面温度图像，分别实现表面裂纹和内部缺陷的检测。采用这一系统和方法可实现对激励热源的空间分布进行精确调控，从而大幅度提高红外热成像方法对不同类型缺陷的检测能力。

技术领域

本发明涉及机械结构及材料表面裂纹和内部缺陷的主动红外无损检测方法，具体涉及一种双模激光红外热成像检测系统及方法。

背景技术

红外热成像检测是基于红外辐射原理，主动加热试件，试件表面或内部的缺陷会阻碍热流的扩散，进而导致试件的表面温度场出现不连续分布，通过红外热像仪观测并记录试件表面的温度场分布来判断被测试件中的缺陷。该技术具有检测速度快、检测结果直观、检测结果可追溯、能够进行远距离非接触检测等优点，具有广阔的应用前景。目前传统主动红外检测方法主要采用闪光灯进行大面积均匀加热，主要用于平行于表面的内部缺陷的检测(如碳纤维复合材料内部脱粘或分层缺陷的检测)，对垂直于表面的微小表面裂纹检测效果不佳。新型激光红外热成像检测技术利用激光进行加热，由于激光光斑小，可以形成横向扩散的局部热流，对垂直于表面的微小表面裂纹具有非常高的检测灵敏度，但对平行于表面的内部缺陷的检测效果不佳。由于两种技术采用不同的加热源，设备和技术上不通用，缺乏针对两种缺陷的一体化检测技术和系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种双模激光红外热成像检测系统及方法，该系统包括大功率激光器、双模光束整形镜头模组、同步控制电路单元、红外热像仪及图像采集和处理单元。其检测方法为，通过双模光束整形镜头模组将大功率激光器发射的激光束分别整形放大成点阵激光热源和均匀激光热源，照射到被测结构表面，通过红外热像仪采集结构表面温度图像，分别实现对表面裂纹和内部缺陷的检测。采用这一系统和方法可实现对激励热源的空间分布进行精确调控，从而大幅度提高红外热成像方法对不同类型缺陷的检测能力。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种双模激光红外热成像检测系统，该系统包括大功率激光器1、临近大功率激光器1激光发射端设置的双模光束整形镜头模组2、红外热像仪及图像采集和处理单元4以及连接大功率激光器1和红外热像仪及图像采集和处理单元4并控制二者同步运行的同步控制电路单元3；所述双模光束整形镜头模组2由沿光路依次设置的衍射分束镜5、凹透镜6和可变焦透镜7组成；大功率激光器1产生的呈高斯或近高斯分布的准直激光束8被双模光束整形镜头模组2的衍射分束镜5分割成N×N个等功率和等间距排列的阵列子光束9照射到被测对象表面10；通过凹透镜6和可变焦透镜7调节阵列子光束9的阵元直径，当阵元直径小于等于阵元间距时，激光热源在被测对象表面10形成点阵分布热源11，用于垂直于被测对象表面的表面裂纹13检测；当相邻阵元间距与阵元直径的比值在预设范围时，相邻阵元相互错位叠加，激光热源在被测对象表面10形成均匀分布热源12，用于平行于被测对象表面的内部缺陷14检测；通过红外热像仪及图像采集和处理单元4采集两种激光热源激励下的被测对象表面温度图像对其分析和处理，分别用于金属表面裂纹和多层复合材料内部脱粘缺陷的检测。

当调节可变焦透镜7使照射到被测对象表面10的激光形成点阵分布热源11时，热流主要沿被测对象表面横向扩散，遇到垂直于表面的表面裂纹13的阻碍，在裂纹两侧形成温度差，通过分析表面温度梯度分布实现表面裂纹的检测。

当调节可变焦透镜7使照射到被测对象表面10的激光形成均匀分布热源12时，热流主要沿深度方向扩散，遇到平行于表面的内部缺陷14的阻碍，在缺陷上方堆积形成局部高温，通过分析表面温度分布实现内部缺陷的检测。

所述可变焦透镜7能变换不同的焦距，进而调节阵列子光束9的阵元直径。