CN109444265B - 一种激光超声振动检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光超声振动检测装置及方法，其中装置包括光电检测器、微信号调节器、超声传感器、振动传感器、数据采集卡和处理器，通过设置光电检测器、超声传感器和振动传感器三种样品检测器，其中光电信号经分离再汇聚于检偏器上，便于进行光源的干涉，以检测样品缺陷，超声信号来自激光脉冲打在被检测样品上产生的激光超声效应，采用数据采集卡接收光电信号、超声信号和振动信号并传递至处理器，进行被检测样品缺陷光声振融合分析，从而确认是否存在缺陷，提高样品的检测精度。

Description

一种激光超声振动检测装置及方法

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及一种激光超声振动检测装置及方法。

背景技术

现有的样品检测设备中，不少方案采用了激光基于干涉原理检测物品缺陷，但是这仅能对相对明显缺陷才有良好检测效果，而对于表面微痕、内部微痕、杂质或气隙缺陷将无法检测。

在其他的一些解决方案中，虽然也有激光超声检测方法，但是仅能检测缺陷效应高频部分，对于缺陷低频部分造成丢失，从而导致部分检测结果不准确。

发明内容

为此，需要提供一种激光超声振动检测装置及方法，以解决现有技术中激光设备无法检测表面微痕、内部微痕、杂质或气隙缺陷，激光超声检测对缺陷低频部分造成丢失，从而导致部分检测结果不准确的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种激光超声振动检测装置，包括光电检测器、微信号调节器、超声传感器、振动传感器、数据采集卡和处理器；

所述光电检测器包括第一半透射镜、激光脉冲、第二半透射镜、第一反射镜、第二反射镜、检偏器、凸透镜和光电探测器，第一半透射镜设置于激光脉冲与样品之间的光路上，第一半透射镜的透射光指向样品方向，第一半透射镜的反射光通过第一反射镜指向第二半透射镜，样品的反射光经第二反射镜指向第二半透射镜，第一半透射镜的反射光和样品的反射光经第二半透射镜依次通过检偏器、凸透镜和光电探测器，光电探测器用于接收样品放射的激光并向数据采集卡发送信号；

所述超声传感器通过微信号调节器与数据采集卡电连接，用于接收并发送样品的超声信号；

所述振动传感器通过微信号调节器与数据采集卡电连接，用于接收并发送样品产生的振动信号；

所述处理器与数据采集卡电连接，用于接收由光电探测器、超声传感器和振动传感器发送的信号。

进一步地，还包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜设置于第二反射镜的反射光路上，所述第四反射镜设置于第三反射镜的反射光路上，第四反射镜的反射光路指向第二半透射镜，第三反射镜和第四反射镜之间的距离可调。

进一步地，所述凸透镜为LENS凸透镜。

进一步地，所述激光脉冲选用ND：YAG激光器。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过设置光电检测器、超声传感器和振动传感器三种样品检测器，其中光电信号经分离再汇聚于检偏器上，便于进行光源的干涉，以检测样品缺陷，超声信号来自激光脉冲打在被检测样品上产生的激光超声效应，采用数据采集卡接收光电信号、超声信号和振动信号并传递至处理器，进行被检测样品缺陷光声振融合分析，从而确认是否存在缺陷，提高样品的检测精度。

为实现上述目的，发明人还提供了一种激光超声振动检测方法，包括如下步骤：采集数据；

所述数据包括光电转换信号、超声信号和振动信号；

对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

判断是否有缺陷，若有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤。

进一步地，在采集光电转换信号步骤与光电转换信号、超声信号和振动信号结合步骤之间还包括如下步骤：

对光电转换信号进行干涉条纹与特征分析；

对经过干涉条纹与特征分析的光电转换信号进行缺陷位移。

进一步地，在采集超声信号步骤与光电转换信号、超声信号和振动信号结合步骤之间还包括如下步骤：

对超声信号进行特性关系分析；

对经过特性关系分析的超声信号进行声波与缺陷特征分析。

进一步地，在采集振动信号步骤与光电转换信号、超声信号和振动信号结合步骤之间还包括如下步骤：

对采集的振动信号进行特性关系分析；

对经过特性关系分析的振动信号进行缺陷特征分析。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：通过采集光电转换信号、超声信号和振动信号，并对三种信号进行结合，采用三种信号融合分析，确认样品是否存在缺陷，提高样品的检测精度。

附图说明

图1为本发明实施例中激光超声振动检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中激光超声振动检测方法的流程示意图。

附图标记说明：

101、光电检测器；102、激光脉冲；103、第一半透射镜；

104、第一反射镜；105、第二反射镜；106、第三反射镜；

107、第四反射镜；108、第二半透射镜；109、检偏器；

110、凸透镜；111、光电探测器；

201、超声传感器；

301、振动传感器；

401、微信号调节器；

501、数据采集卡；

601、处理器。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例公开了一种激光超声振动检测装置，包括光电检测器101、超声传感器201、振动传感器301、微信号调节器401、数据采集卡501和处理器601，光电检测器101包括激光脉冲102、第一半透射镜103、第一反射镜104、第二反射镜105、第二半透射镜108、检偏器109、凸透镜110和光电探测器111。激光脉冲102指向样品方向，第一半透射镜103设置于激光脉冲102和样品之间，第一半透射镜103的透射光路朝向样品，第一反射镜104设置于第一半透射镜103的反射光路上，样品反射激光脉冲102的光线，第二反射镜105设置于样品的反射光路上，第二半透射镜108设置于第一半透射镜103的反射光路以及第二反射镜105的反射光路上，第一半透射镜103的反射光和样品的反射光经第二半透射镜108依次通过检偏器109、凸透镜110和光电探测器111，光电探测器111与数据采集卡501电连接，超声传感器201和振动传感器301通过微信号调节器401与数据采集卡501电连接，处理器601与数据采集卡501电连接。

根据上述结构，在激光超声震动检测装置的使用过程中，将样品放置于待测区域中，随后启动激光脉冲，激光脉冲的光线一部分通过第一半透射镜透射至样品上，另一部分通过第一半透射镜折射至第一反射镜上，透射至样品上的光线反射至第二反射镜上，第一半透射镜的反射光和样品的反射光经第二半透射镜依次通过检偏器、凸透镜，并由光电探测器接收光电信号，并传递至数据采集卡上。激光脉冲打在样品上，产生激光超声效应，设置于样品上的超声传感器采集超声信号，经过微信号调节器放大及滤波后采集到数据采集卡上。振动传感器采集样品的振动信号，经过微信号调节器放大和滤波后，将信号传递至数据采集卡上。数据采集卡将光电信号、超声信号及振动信号一并发送至处理器，进行数据的处理及分析。通过设置光电检测器、超声传感器和振动传感器三种样品检测器，其中光电信号经分离再汇聚于检偏器上，便于进行光源的干涉，以检测样品缺陷，超声信号来自激光脉冲打在被检测样品上产生的激光超声效应，采用数据采集卡接收光电信号、超声信号和振动信号并传递至处理器，进行被检测样品缺陷光声振融合分析，从而确认是否存在缺陷，提高样品的检测精度。

请参阅图1，在某些优选实施例中，还包括第三反射镜106和第四反射镜107，第三反射镜106和第四反射镜107依次设置于第一反射镜104和第二半透射镜108之间，且第三反射镜106和第四反射镜107之间的距离可调。通过设置第三反射镜和第四反射镜且间距可调，使得在第三反射镜和第四反射镜之间形成可调的dt光路，dt光路里即调节第三反射镜和第四反射镜之间的路程，使得激光反射后的光在其中的传播路程发生变化，在时间上相对产生是时延，从而可使激光反射后与被检测样品反射光形成干涉变化条纹，从而通过光干涉检测样品缺陷。

在上述实施例中，第三反射镜和第四反射镜可设置于滑轨上。

在某些优选实施例中，凸透镜为LENS凸透镜。

在某些优选实施例中，激光脉冲选用ND：YAG激光器。

在上述实施例中，各光学器件可装配于光学平台上，也可采用支架或壳体装配各个器件。

通过使激光脉冲经第一半透镜分离再在第二半透镜汇合，使得同一个光源分离出一束检测激光和一束对比激光，便于基于同光源形成干涉检测原理；第二半透镜目的在于汇聚检测返回的激光与原分离的对比激光形成干涉叠加。

激光超声效应利用激光脉冲在被检测工件中激发超声波,并用激光束探测超声波的传播,从而获取工件信息，比如工件厚度、内部及表面缺陷，材料参数等等。它结合了超声检测的高精度和光学检测非接触的优点,具有高灵敏度(亚纳米级),高检测带宽(GHz)的优点。

在上述实施例中，光电转换信号、超声信号和振动信号三种信号采用特征和决策双融合方式,即分级和分层进行融合，分层采取三信号分别各自提取信号特征（激光超声干涉条纹特征、超声特征、振动特征），分级为进行信号特征提取后进行决策判断，信号融合分别在第一级（信号特征提取后）和第二级（决策判断后）进行证据推理、模糊逻辑、神经网络及专家系统进行信息融合，分别比较判断决策。

该系统数据采集卡采用多通道数据采集卡，便于不同信号之间时域信号特征对比分析，有利于检测特征提取和分析。

请参阅图2，本实施例还公开了一种激光超声振动检测方法，包括如下步骤：

S101采集数据；

所述数据包括光电转换信号、超声信号和振动信号；

S108对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

S109判断是否有缺陷；

S110若有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤S101。

具体的激光超声振动检测方法可以为：

1）采集光电信号、超声信号和振动信号的数据；

2）对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

3）依据结合的光电转换信号、超声信号和振动信号判断是否有缺陷；

4）若判断信号有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤。

综上，通过采集光电转换信号、超声信号和振动信号，并对三种信号进行结合，采用三种信号融合分析，确认样品是否存在缺陷，提高样品的检测精度。

请参阅图2，在上述实施例中，还包括如下步骤：

S102：对光电转换信号进行干涉条纹与特征分析；

S103：对经过干涉条纹与特征分析的光电转换信号进行缺陷位移。

具体的激光超声振动检测方法可以为：

1）采集光电信号、超声信号和振动信号的数据；

2）对光电转换信号进行干涉条纹与特征分析；

3）对经过干涉条纹与特征分析的光电转换信号进行缺陷位移；

4）对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

5）依据结合的光电转换信号、超声信号和振动信号判断是否有缺陷；

6）若判断信号有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤。

综上，通过对光电转换信号进行干涉条纹与特征分析并对经过干涉条纹与特征分析的光电转换信号进行缺陷位移，提高了光电转换信号的传送稳定性。

请参阅图2，在上述实施例中，还包括如下步骤：

S104：对超声信号进行特性关系分析；

S105：对经过特性关系分析的超声信号进行声波与缺陷特征分析。

具体的激光超声振动检测方法可以为：

1）采集光电信号、超声信号和振动信号的数据；

2）对超声信号进行特性关系分析；

3）对经过特性关系分析的超声信号进行声波与缺陷特征分析；

4）对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

5）依据结合的光电转换信号、超声信号和振动信号判断是否有缺陷；

6）若判断信号有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤。

综上，通过对超声信号进行特性关系分析以及对经过特性关系分析的超声信号进行声波与缺陷特征分析，提高了超声信号的精确度。

请参阅图2，在上述实施例中，还包括如下步骤：

S106：对采集的振动信号进行特性关系分析；

S107：对经过特性关系分析的振动信号进行缺陷特征分析。

具体的激光超声振动检测方法可以为：

1）采集光电信号、超声信号和振动信号的数据；

2）对采集的振动信号进行特性关系分析；

3）对经过特性关系分析的振动信号进行缺陷特征分析；

4）对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

5）依据结合的光电转换信号、超声信号和振动信号判断是否有缺陷；

6）若判断信号有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤。

综上，通过对采集的振动信号进行特性关系分析以及对经过特性关系分析的振动信号进行缺陷特征分析，对振动信号进行深入分析，提高样品的检测精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种激光超声振动检测装置，其特征在于，包括光电检测器、微信号调节器、超声传感器、振动传感器、数据采集卡和处理器；

所述光电检测器包括第一半透射镜、激光脉冲、第二半透射镜、第一反射镜、第二反射镜、检偏器、凸透镜和光电探测器，第一半透射镜设置于激光脉冲与样品之间的光路上，第一半透射镜的透射光指向样品方向，第一半透射镜的反射光通过第一反射镜指向第二半透射镜，样品的反射光经第二反射镜指向第二半透射镜，第一半透射镜的反射光和样品的反射光经第二半透射镜依次通过检偏器、凸透镜和光电探测器，光电探测器用于接收第一半透镜的反射光和样品的反射光经过第二半透镜、检偏器、凸透镜后汇集的光信号并向数据采集卡发送信号；

所述超声传感器通过微信号调节器与数据采集卡电连接，用于接收并发送样品的超声信号；

所述振动传感器通过微信号调节器与数据采集卡电连接，用于接收并发送样品产生的振动信号；

所述处理器与数据采集卡电连接，用于接收由光电探测器、超声传感器和振动传感器发送的信号。

2.根据权利要求1所述的激光超声振动检测装置，其特征在于，还包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜设置于第二反射镜的反射光路上，所述第四反射镜设置于第三反射镜的反射光路上，第四反射镜的反射光路指向第二半透射镜，第三反射镜和第四反射镜之间的距离可调。

3.根据权利要求1所述的激光超声振动检测装置，其特征在于，所述凸透镜为LENS凸透镜。

4.根据权利要求1所述的激光超声振动检测装置，其特征在于，所述激光脉冲选用ND：YAG激光器。

5.一种激光超声振动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：采集数据；

所述数据包括光电转换信号、超声信号和振动信号；

对光电转换信号、超声信号和振动信号进行结合；

判断是否有缺陷，若有缺陷，分析缺陷量及类型，若无缺陷，回到数据采集步骤；

在采集光电转换信号步骤与光电转换信号、超声信号和振动信号结合步骤之间还包括如下步骤：

对光电转换信号进行干涉条纹与特征分析；

对经过干涉条纹与特征分析的光电转换信号进行缺陷位移；

在采集超声信号步骤与光电转换信号、超声信号和振动信号结合步骤之间还包括如下步骤：

对超声信号进行特性关系分析；

对经过特性关系分析的超声信号进行声波与缺陷特征分析；

在采集振动信号步骤与光电转换信号、超声信号和振动信号结合步骤之间还包括如下步骤：

对采集的振动信号进行特性关系分析；

对经过特性关系分析的振动信号进行缺陷特征分析；

还包括以下步骤：

对光电转换信号、超声信号和振动信号分别各自提取信号特征，得到激光超声干涉条纹特征、超声特征及振动特征；

在提取信号特征后进行决策判断，分别在信号特征提取后和决策判断后进行证据推理、模糊逻辑、神经网络及专家系统进行信息融合，分别比较判断决策。