[发明专利]基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统

摘要

基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，包括光路形成系统、数据采集系统、数据处理系统，光路形成系统包括激光发射器、光路调节系统、扫描振镜，数据采集系统包括电容式位移传感器、前置放大器、高速数据采集卡，数据处理系统通过频域‑波数域滤波算法对采集到的数据波形进行处理；长方体工件的长、宽、高的测量方法为（1）利用表面波沿长度方向传播时经由左、右边缘一次反射后到达O点的时间来计算长度；（2）利用表面波沿宽度方向传播时经由前、后边缘一次反射后到达O点的时间来计算宽度；（3）利用纵波经过长方体工件下表面反射后到达O点的时间来计算高度。本发明能够在各种极端环境下实现长方体工件几何尺寸的非接触式测量。

主权项

基于激光超声的长方体工件几何尺寸测量系统，其特征在于：包括光路形成系统、数据采集系统、数据处理系统；所述光路形成系统包括激光发射器、光路调节系统、扫描振镜，激光发射器发出的激光经过光路调节系统的分光镜后分成第一激光束和第二激光束，第一激光束经分光镜反射形成触发信号，第二激光束透过分光镜并聚焦后射向扫描振镜，扫描振镜在长方体工件上表面扫描入射从而激发出激光超声波，该激光超声波包括仅能在长方体工件上表面传播的表面波、以及能透射入长方体工件内以球面波形式传播的纵波和横波；所述数据采集系统包括电容式位移传感器、前置放大器、高速数据采集卡，所述电容式位移传感器位于长方体工件上方，长方体工件的上表面形成电容式位移传感器的下极板，电容式位移传感器与扫描振镜所在的平面平行于长方体工件的长边，所述电容式传感器的输出电压经过前置放大器放大后，由高速数据采集卡进行数据采集，高速数据采集卡由所述触发信号触发开始工作；所述数据处理系统通过频域‑波数域滤波算法对高速数据采集卡所采集到的数据波形进行处理，频域‑波数域滤波算法将空间域‑时间域上的数据波形进行二维傅氏变换，转换为频域‑波数域上的波形，由于三种波的频率段、波数段、和能量不一样，因此可根据不同的频率段、波数段实现对各种波的提取，进而过滤出不同种类的波形，之后再二维傅氏反变换回空间域‑时间域以提取所需的时间特征量；设扫描振镜与电容式位移传感器的水平距离为L，电容式位移传感器在长方体工件上表面的对心处为O点，表面波在长方体工件中的传播速度为Vs，纵波在长方体工件中的传播速度为Vl，横波在长方体工件中的传播速度为Vt，则长方体工件的长、宽、高的测量方法如下：(1)利用表面波沿长度方向传播时经由左、右边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的长度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向左传播到左边缘处再反射后到达O点的时间为T1，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向右传播到右边缘处再反射后到达O点的时间为T2，则长方体工件的长度(2)利用表面波沿宽度方向传播时经由前、后边缘一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的宽度，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向前传播到前边缘处再反射后到达O点的时间为T3，表面波从扫描点沿长方体工件上表面向后传播到后边缘处再反射后到达O点的时间为T4，则长方体工件的宽度(3)利用纵波或横波经过长方体工件下表面一次反射后到达O点的时间来计算长方体工件的高度，纵波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面再反射后到达O点的时间为T5，横波从扫描点沿长方体工件内部传播到下表面再反射后到达O点的时间为T6，则长方体工件的高度或者，由于激光超声波传播时会有能量衰减，为了提高计算精度，故在上述长方体工件的长、宽、高的测量方法中，在选取时间特征量时，统一取表面波、纵波、横波一次反射后到达O点的信号做处理分析。