CN104634741A - 一种快速定位缺陷的激光超声检测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速定位缺陷的激光超声检测方法及其系统，包括以下步骤：激光器发出脉冲激光，通过振镜扫描系统作用于被测工件上。在被测工件的同侧放置空气耦合表面波探头，通过空气耦合表面波探头接收试件缺陷产生的散射信号。然后根据区域划分，通过接收到的散射波信号来判断试件中缺陷所在分区域，从而快速定位缺陷区域。随着缺陷区域的逐步缩小，根据超声波传播成像原理，对缺陷区域进行缺陷位置精确定位。本发明可实现缺陷的快速定位，数据处理量小，检测效率高。
Description
技术领域
本发明属于材料无损检测技术领域，涉及激光超声检测技术，特别是涉及一种快速定位缺陷的激光超声检测方法及其系统。
背景技术
激光超声检测是一种利用激光产生和检测超声信号，来实现材料的无损检测的方法。
目前常用的超声波检测方法，如中国专利申请（201310669619.7）“一种用于无损探伤的超声场非接触可视化方法及装置”，是采取激光束作为激励，在检测材料中激发超声波信号，采用压电换能器或者干涉仪等方法接收信号，这种检测方法基本上是固定对材料区域进行选定下进行扫描检测，虽然能在短时间内对检测区域进行检测，但检测系统后期需要对采集系统中的数据进行大量处理，消耗时间较长，检测效率低；而且难以实现对缺陷的快速检测定位。
发明内容
为了克服上述现有技术所存在的技术缺陷，本发明所需要解决的技术问题是提供一种快速定位缺陷的激光超声检测方法及其系统，其数据处理量少、检测效率高，可以实现缺陷的快速检测定位。
本发明解决所述技术问题所采取的一种快速定位缺陷的激光超声检测方法是，首先，将材料所检测区域置于激光器的扫描区域；激光器将脉冲激光束射入振镜扫描系统；振镜扫描系统将射入的脉冲激光反射到被测工件上，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）将空气耦合表面波探头放置在激光扫描区域的同一平面，通过表面波探头接收超声信号与试件缺陷作用产生的散射信号；
（2）对扫描区域进行等面积分区，按照选定的扫描路径对所述各分区进行逐点扫描；
（3）通过表面波探头所接收到的散射信号进行数据分析，判断缺陷所在的划分区域；
（4）通过软件分析选定缺陷所在分区，然后通过调整振镜扫描路线对缺陷分区进行逐点扫描；
（5）将表面波探头接收到的表面波信号，通过信号调理电路、采集卡后存储于上位机中，根据互易性定理，得到激光器在检测区域中的超声波传播图像，从而可直接观察动态传播图像对材料中的缺陷检测。
在所述步骤（2）中，对扫描区域进行的等面积分区数量为四个或四的倍数。
所述步骤（2）中的逐点扫描间隔是0.5mm-1.5mm。
本发明解决所述技术问题所采取的一种快速定位缺陷的激光超声检测系统，包括激光器、振镜扫描系统、信号调理电路、数据采集卡、数据处理系统，所述的振镜扫描系统由X、Y 方向的旋转小镜构成，其特征在于，还包括放置在激光扫描区域的同一平面、用于接收超声信号与试件缺陷作用产生散射信号的空气耦合表面波探头。
所述的振镜扫描系统的扫描视角为±25°，最大扫描频率可达3kHz。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1．突破了传统激光超声波无损检测技术对被测材料进行大面积扫描，产生处理海量数据的瓶颈，计算机数据处理量减少60﹪。
2．提高了计算机处理数据的速度，而且大大提高了工业现场检测的效率，最大扫描频率提高到3kHz。
3．激光束对检测区域进行划分区域，初步对划分区域进行检测后，对缺陷产生散射波进行数据处理分析出缺陷所在区域，重新对检测区域进行小范围成像检测，提高了整个检测系统的检测速度。检测定位速度提高4倍以上。
4．操作简单、重复性好、而且不依赖于检测人员的技术水平。
附图说明
图1是本发明的一种快速定位缺陷的激光超声检测系统的工作结构示意图。
图2是本发明方法的两种方式的区域划分图，分别划分为4分区和8分区。
图3是本发明系统的实验例2的工作结构示意图。
其中，1激光器系统，2振镜扫描系统，3扫描区域，4空气耦合表面波探头，5信号调理电路，6数据采集卡，7数据处理系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明的一种快速定位缺陷的激光超声检测方法，首先，将材料所检测区域置于激光器的扫描区域；激光器将脉冲激光束射入振镜扫描系统；振镜扫描系统将射入的脉冲激光反射到被测工件上，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）将空气耦合表面波探头放置在激光扫描区域的同一平面，通过表面波探头接收超声信号与试件缺陷作用产生的散射信号；
（2）对扫描区域进行等面积分区，按照选定的扫描路径对所述各分区进行逐点扫描；
（3）通过表面波探头所接收到的散射信号进行数据分析，判断缺陷所在的划分区域；
（4）通过软件分析选定缺陷所在分区，然后通过调整振镜扫描路线对缺陷分区进行逐点扫描；
（5）将表面波探头接收到的表面波信号，通过信号调理电路、采集卡后存储于上位机中，根据互易性定理，得到激光器在检测区域中的超声波传播图像，从而可直接观察动态传播图像对材料中的缺陷检测。
在所述步骤（2）中，对扫描区域进行的等面积分区数量为四个或四的倍数。优选的单个分区面积为100mm×100mm。另外，对于被测工件的扫描形状是矩形的区域也可以进行四分区或者八分区划分，其单个分区面积的大小可视实际情况而定。
所述步骤（2）中的逐点扫描间隔是0.5mm-1.5mm。可以根据实际要求进行选取。
在实际操作中，可通过分析所在区域调整振镜扫描系统路线。如果对先前划分的区域不是很满意。可以在重新对确定的区域进行4区域划分或者在一开始就可以划分为八区域，并重复后面的步骤。
通过对最终缺陷位置区域进行小区域扫描，可以快速有效地定位缺陷位置，
本发明的一种快速定位缺陷的激光超声检测系统，包括激光器（1）、振镜扫描系统（2）、信号调理电路（5）、数据采集卡（6）、数据处理系统（7），所述的振镜扫描系统（2）由X、Y 方向的旋转小镜构成，其特征在于，还包括放置在激光扫描区域（3）同一平面、用于接收超声信号与试件缺陷作用产生散射信号的空气耦合表面波探头（4）。
所述的振镜扫描系统（2）的扫描视角为±25°，最大扫描频率可达3kHz。
本发明被测工件的厚度可为0mm-100mm。
本发明根据超声波散射检测原理，当超声波遇到缺陷时，根据不同扫描点产生的超声波到达缺陷位置，产生的散射波大小不一样，当扫描点离缺陷位置较远时，相邻两点产生的超声波信号基本上一样，但是当扫描点离缺陷位置较近时，相邻两点产生的超声波信号存在一定的差异，根据所得的散射波的出现时间，确定缺陷距离激发点的大概位置。如果检测区域固定，在扫描间距一定的情况下，扫描点数即为常数。但是如果能对材料缺陷位置进行位置搜索，可以进一步缩小检测区域，从而减少整个系统的扫描点数，提高系统的检测效率。
根据这一原理，设计散射波分离算法，将表面波探头接收到的超声波信号中分离出散射波信号，根据散射波信号的分布情况，确定缺陷所在划分区域。根据缺陷所在区域，振镜扫描系统通过选择所在区域的振镜扫描算法改变激光扫描路线。
实施例1
选取试件不锈钢板，规格为1000mm×1000mm×3mm，将其不锈钢板放置在图1所示的扫描区域中，以图1的方式进行检测。
（1）调节激光器1，将激光器1发出的激光作用在振镜系统中，通过振镜扫描系统改变激光扫描在不锈钢板中的扫描路线，按照图2扫描的路线对不锈钢板进行逐点进行扫描，扫描间隔为1mm，扫描点为100×100，对扫描区域进行4分区。在不锈钢板中产生的超声波信号，遇到不锈钢板中的缺陷8，缺陷作用于超声波信号，向各个方向发出“散射波”，在不锈钢板中放置的空气耦合表面波探头接收产生的散射信号。
（2）将采集到的超声波信号储存在电脑中，通过分析这些散射信号，可以初步判断试件中缺陷所在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域。然后采用逐点扫描的方式，对确定缺陷区域的位置进行激光超声可视化技术对其进行超声波成像，超声波成像图采取颜色的形式呈现。
实施例2
选取试件铝合金管道，规格为￠60mm×4mm，将其铝合金管道放置在图1所示的扫描区域中，以图3的方式进行检测。
（1）调节激光器1，将激光器1发出的激光作用在振镜系统中，通过振镜扫描系统改变激光扫描在铝合金管道中的扫描路线，按照图2扫描的路线对铝合金管道进行逐点进行扫描，扫描间隔为1mm，扫描点为100×100，对扫描区域进行4分区。在铝合金管道中产生的超声波信号，遇到铝合金管道中的缺陷3，缺陷作用于超声波信号，向各个方向发出“散射波”，在铝合金管道中放置的空气耦合表面波探头接收产生的散射信号。
（2）将采集到的超声波信号储存在电脑中，通过分析这些散射信号，可以初步判断试件中缺陷所在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域。然后采用逐点扫描的方式，对确定缺陷区域的位置进行激光超声可视化技术对其进行超声波成像，超声波成像图采取颜色的形式呈现。
Claims (5)
1.一种快速定位缺陷的激光超声检测方法，首先，将材料所检测区域置于激光器的扫描区域；激光器将脉冲激光束射入振镜扫描系统；振镜扫描系统将射入的脉冲激光反射到被测工件上，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）将空气耦合表面波探头放置在激光扫描区域的同一平面，通过表面波探头接收超声信号与试件缺陷作用产生的散射信号；
（2）对扫描区域进行等面积分区，按照选定的扫描路径对所述各分区进行逐点扫描；
（3）通过表面波探头所接收到的散射信号进行数据分析，判断缺陷所在的划分区域；
（4）通过软件分析选定缺陷所在分区，然后通过调整振镜扫描路线对缺陷分区进行逐点扫描；
（5）将表面波探头接收到的表面波信号，通过信号调理电路、采集卡后存储于上位机中，根据互易性定理，得到激光器在检测区域中的超声波传播图像，从而可直接观察动态传播图像对材料中的缺陷检测。
2.根据权利要求1所述的一种快速定位缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，对扫描区域进行的等面积分区数量为四个或四的倍数。
3.根据权利要求1所述的一种快速定位缺陷的激光超声检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中的逐点扫描间隔是0.5mm-1.5mm。
4.一种用于实现权利要求1至3任一项所述的快速定位缺陷的激光超声检测方法的系统，包括激光器（1）、振镜扫描系统（2）、信号调理电路（5）、数据采集卡（6）、数据处理系统（7），所述的振镜扫描系统（2）由X、Y 方向的旋转小镜构成，其特征在于，还包括放置在激光扫描区域（3）同一平面、用于接收超声信号与试件缺陷作用产生散射信号的空气耦合表面波探头（4）。
5.根据权利要求4所述的一种快速定位缺陷的激光超声检测系统，其特征在于，所述的振镜扫描系统(2)的扫描视角为±25°，最大扫描频率可达3kHz。
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