CN114113133A - 一种非平面工件表面缺陷无损检测装置 - Google Patents

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CN114113133A CN202111177101.2A CN202111177101A CN114113133A CN 114113133 A CN114113133 A CN 114113133A CN 202111177101 A CN202111177101 A CN 202111177101A CN 114113133 A CN114113133 A CN 114113133A
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刘鉴霆
周永祥
王亦军
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Abstract

本发明涉及一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，包括沿着激光激励超声信号传播路径依次设置的激光器和柱面镜，柱面镜置于工件上方，激光器安装在伺服电机上，伺服电机设在滑轨上；还包括信号探测设备和PC控制单元，激光器、伺服电机和信号探测设备分别与PC控制单元电连接。本发明的有益效果是：通过伺服电机带动激光器在滑轨上移动，激光器发出的激光通过柱面后进行平场扫射，以代替振镜扫描，以保证激光打在曲面上时尽量保证光束与曲面垂直，从而保证了激光在曲面各个角度产生的超声能量大小均匀。

Description

一种非平面工件表面缺陷无损检测装置
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种非平面工件表面缺陷无损检测装置。
背景技术
非平面工件的无损检测技术是一种市场上迫切需求的无损检测技术，传统工件无损检测包括相控阵、磁粉探伤等技术手段，这些技术对材料和工件表面平整度要求较高。激光超声是一种高精度无损检测技术，原理是利用激光打在工件上产生宽带超声波，并通过信号探测设备来进行超声信号检测，再由软件进行成像。但在检测非平面工件时，由于表面不同于平面，激光聚焦光斑和曲面相交时，实际作用光斑呈椭圆型且激光入射角偏离垂直入射角，造成激光打在曲面不同位置上产生的超声波能量大小不均，越远离垂直入射角超声能量越小，导致无法成像扫描的整个区域，进而无法进行快速缺陷判断。故提出一种非平面工件表面缺陷无损检测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置,解决现有技术的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，包括沿着激光激励超声信号传播路径依次设置的激光器和柱面镜，柱面镜置于工件上方，激光器安装在伺服电机上，伺服电机设在滑轨上；
还包括信号探测设备和PC控制单元，激光器、伺服电机和信号探测设备分别与PC控制单元电连接。
进一步：激光器的激光激励单脉冲能量密度需大于1mJ/cm2。
进一步：激光器的激光频率为1Hz-100KHz。
进一步：激光器的激光脉宽大于2ns。
进一步：伺服电机的步进线位移精度小于0.1mm。
进一步：激光器、伺服电机和信号探测设备分别与PC控制单元通过5V同步信号连接。
一种非平面工件表面缺陷无损检测方法，无损检测方法包括如下步骤：
第一步,激光器出光后直接打在柱面镜上，柱面镜出光变为均匀线激光。
第二步，在同一行的位置激光出光n次，定义为这一行打n个点，定义它为n个点阵能量激发。
第三步，在伺服电机和滑轨的配合下，经PC控制单元使得伺服电机一维移动带动激光器一维扫描n行，可实现n×n激光面阵扫描，速度和点间隔可调节控制，使得激光光束尽量垂直于工件照射。
第四步，信号探测器探测点固定在一个合适的位置上进行信号检测，调节信号探测位置使探测信号最强，信号强则成像效果好。
第五步，调节PC控制单元处理参数对接收数据分析处理。
本发明的有益效果是：通过伺服电机带动激光器在滑轨上移动，激光器发出的激光通过柱面后进行平场扫射，以代替振镜扫描，以保证激光打在曲面上时尽量保证光束与曲面垂直，从而保证了激光在曲面各个角度产生的超声能量大小均匀。
附图说明
图1为本发明实施例的一种非平面工件表面缺陷无损检测装置结构示意图；
图中：1、激光器；2、柱面镜；3、工件；4、伺服电机；5、滑轨；6、信号探测设备；7、PC控制单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，包括沿着激光激励超声信号传播路径依次设置的激光器1和柱面镜2，柱面镜2置于工件3上方，激光器1安装在伺服电机4上，伺服电机4设在滑轨5上；
还包括信号探测设备6和PC控制单元7，激光器1、伺服电机4和信号探测设备6分别与PC控制单元7电连接。
实施例2
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1的基础上，激光器1的激光激励单脉冲能量密度需大于1mJ/cm2。
实施例3
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1-2任一实施例的基础上，激光器1的激光频率为1Hz-100KHz。
实施例4
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1-3任一实施例的基础上，激光器1的激光脉宽大于2ns。
实施例5
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1-4任一实施例的基础上，伺服电机4的步进线位移精度小于0.1mm。
实施例6
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1-5任一实施例的基础上，激光器1、伺服电机4和信号探测设备6分别与PC控制单元7通过5V同步信号连接。
实施例7
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1-6任一实施例的基础上，所述信号探测设备为压电探头、电磁探头或干涉仪。
实施例8
本实施例提供一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，在实施例1-7任一实施例的基础上，所述PC控制单元7包括信号采集单元、信号处理单元和控制单元。
一种非平面工件表面缺陷无损检测方法，无损检测方法包括如下步骤：
第一步,激光器1出光后直接打在柱面镜2上，柱面镜2出光变为均匀线激光。
第二步，在同一行的位置激光出光n次，定义为这一行打n个点，定义它为n个点阵能量激发。
第三步，在伺服电机4和滑轨5的配合下，经PC控制单元7使得伺服电机4一维移动带动激光器1一维扫描n行，可实现n×n激光面阵扫描，速度和点间隔可调节控制，使得激光光束尽量垂直于工件3照射。
第四步，信号探测器6探测点固定在一个合适的位置上进行信号检测，调节信号探测位置使探测信号最强，信号强则成像效果好。
第五步，调节PC控制单元7处理参数对接收数据分析处理。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，其特征在于，包括沿着激光激励超声信号传播路径依次设置的激光器(1)和柱面镜(2)，所述柱面镜(2)置于工件(3)上方，所述激光器(1)安装在伺服电机(4)上，所述伺服电机(4)设在滑轨(5)上；
还包括信号探测设备(6)和PC控制单元(7)，所述激光器(1)、所述伺服电机(4)和所述信号探测设备(6)分别与所述PC控制单元(7)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，其特征在于，所述激光器(1)的激光激励单脉冲能量密度需大于1mJ/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，其特征在于，所述激光器(1)的激光频率为1Hz-100KHz。
4.根据权利要求1所述的一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，其特征在于，所述激光器(1)的激光脉宽大于2ns。
5.根据权利要求1所述的一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，其特征在于，所述伺服电机(4)的步进线位移精度小于0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，其特征在于，所述激光器(1)、所述伺服电机(4)和所述信号探测设备(6)分别与所述PC控制单元(7)通过5V同步信号连接。
7.一种非平面工件表面缺陷无损检测方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一所述一种非平面工件表面缺陷无损检测装置，所述无损检测方法包括如下步骤：
第一步,所述激光器(1)出光后直接打在所述柱面镜(2)上，所述柱面镜(2)出光变为均匀线激光。
第二步，在同一行的位置激光出光n次，定义为这一行打n个点，定义它为n个点阵能量激发。
第三步，在所述伺服电机(4)和所述滑轨(5)的配合下，经所述PC控制单元(7)使得所述伺服电机(4)一维移动带动所述激光器(1)一维扫描n行，可实现n×n激光面阵扫描，速度和点间隔可调节控制，使得激光光束尽量垂直于所述工件(3)照射。
第四步，所述信号探测器(6)探测点固定在一个合适的位置上进行信号检测，调节信号探测位置使探测信号最强，信号强则成像效果好。
第五步，调节所述PC控制单元(7)处理参数对接收数据分析处理。
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