CN115950956B

CN115950956B - 一种超声波探伤装置、方法以及计算机存储介质

Info

Publication number: CN115950956B
Application number: CN202310244516.XA
Authority: CN
Inventors: 薛彬; 丛培媛; 李鹏程; 陈玲珑; 陈丹
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2023-03-15
Filing date: 2023-03-15
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2043-03-15
Also published as: CN115950956A

Abstract

本申请适用于超声波探伤领域，提供了一种超声波探伤装置、方法以及计算机存储介质，超声波探伤装置包括：超声波发射模块，用于向待测工件发射出超声波去波而形成混合声场；激光收发组件，用于通过探测激光对混合声场进行多方向探测以获得各方向的探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量；处理模块，用于获取并根据对应路径总偏移量而输出用于判断待测工件缺陷的回波声场信息。本申请提供的一种超声波探伤装置，通过超声波发射模块形成混合声场，通过激光收发组件多方向探测混合声场并获得对应路径总偏移量，通过处理模块根据各探测激光的对应路径总偏移量以重构待测工件各截面处的回波声场，以实现待测工件整体的无损探伤。

Description

一种超声波探伤装置、方法以及计算机存储介质

技术领域

本申请属于超声波探伤领域，尤其涉及一种超声波探伤装置、方法以及计算机存储介质。

背景技术

超声波探伤利用超声波能透入金属材料的深处的特性，检测超声波由一截面进入另一截面时在界面边缘产生的反射波来进一步检查零件缺陷。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

利用超声波探伤，主要有穿透法探伤和反射法探伤两种方式。反射法探伤的工作原理是其高频发生器产生的高频脉冲激励信号作用在探头上，产生的波向工件内部传播，如果工件内部存在缺陷，波的一部分作为缺陷波被反射回来，发射波的其余部分作为底波也将反射回来。在反射法探伤中，由于在近场区的声波间存在干涉，声压会在极大值、极小值之间震荡，处于声压极小值处缺陷回波可能较低；相反，处在声压极大值附近回波可能变高，因此在近场区定量会出现不准的情况，也称为近场盲区；同时也由于在浅表层反射的缺陷波与发射波发生混叠，超声换能器无法同时分辨短时间间隔的混叠波，导致浅表缺陷波数据的缺失。即常规的超声波探伤检测存在近场预测不准和去、回波无法分离的现象，无法准确获得用于进行物体浅表面缺陷判断的回波声场信息，即不能有效地探测物体浅表的缺陷，进而无法实现对物体整体的无损探伤。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种超声波探伤装置，旨在解决超声波探伤检测在近场检测获得的回波声场信息不准确的问题。

本申请实施例是这样实现的，一种超声波探伤装置，所述超声波探伤装置包括：超声波发射模块、激光收发组件和处理模块；

所述超声波发射模块，用于向置于介质中的待测工件发射出超声波去波；所述超声波去波向待测工件传播产生超声波回波，所述超声波去波和所述超声波回波在所述介质中形成混合声场；

所述激光收发组件，用于通过探测激光对所述混合声场进行多方向探测，以获得每一个方向的探测激光经过所述混合声场后的对应路径总偏移量；所述多方向探测通过所述激光收发组件与所述超声波发射模块的相对运动来实现；

所述处理模块，用于获取各探测激光的对应路径总偏移量，并输入设定的声场重构模型以重构待测工件各截面处的回波声场，进而基于所述回波声场输出用于判断待测工件缺陷的回波声场信息。

本申请实施例的另一目的在于提供一种超声波探伤方法，所述超声波探伤方法包括：

向置于介质中的待测工件发射超声波去波，以通过反射产生超声波回波，所述超声波去波与超声波回波构成混合声场；

向所述混合声场发射探测激光以进行多方向探测；

接收所述探测激光，以获得每一个方向的探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量；

对各探测激光的对应路径总偏移量进行计算处理以重构待测工件各截面处的回波声场，进而基于所述回波声场输出用于判断待测工件缺陷的回波声场信息。

本申请实施例的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述中超声波探伤方法的步骤。

本申请实施例提供的一种超声波探伤装置，通过超声波探伤装置向置于介质中的待测工件发射出用于探伤的超声波去波，通过激光收发组件多方向探测超声波去波和超声波去波向待测工件传播产生的超声波回波形成的混合声场，并获得每一个方向的探测激光经过所述混合声场后的对应路径总偏移量，而后通过处理模块处理各探测激光的对应路径总偏移量以重构待测工件各截面处的回波声场，特别是可以选择重构待测工件浅表层的回波声场，能够实现待测工件整体的无损探伤。

附图说明

图1为本申请实施例提供的超声波探伤装置的模块框图；

图2为本申请实施例提供的一种超声波探伤装置使用时的布置图；

图3为本申请实施例提供的第一旋转机构带动激光接收模块旋转的示意图；

图4为本申请实施例提供的第二旋转机构带动超声波发射模块旋转的示意图；

图5为本申请实施例提供的对应路径总偏移量S、对应路径总偏移量S在xoy面上的偏移量S _xy和对应路径总偏移量在Z方向上的偏移量S _z的关系示意图；

图6为本申请实施例提供的一种超声波探伤方法的流程图。

附图中：110、超声波发射模块；120、激光收发组件；130、处理模块；1、超声换能器；2、激光发射模块；3、激光接收模块；4、待测工件；5、混合声场横截面；6、介质；7、水箱。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

以下结合具体实施例对本申请的具体实现进行详细描述。

如图1、图2、图3、图4所示，为本申请实施例提供的超声波探伤装置的模块框图，包括：超声波发射模块110、激光收发组件120和处理模块130；

所述超声波发射模块110，用于向置于介质6中的待测工件4发射出超声波去波；所述超声波去波向待测工件4传播产生超声波回波，所述超声波去波和所述超声波回波在所述介质6中形成混合声场；

所述激光收发组件120，用于通过探测激光对所述混合声场进行多方向探测，以获得每一个方向的探测激光经过所述混合声场后的对应路径总偏移量；所述多方向探测通过所述激光收发组件120与所述超声波发射模块110的相对运动来实现；

所述处理模块130，用于获取各探测激光的对应路径总偏移量，并输入设定的声场重构模型以重构待测工件4各截面处的回波声场，进而基于所述回波声场输出用于判断待测工件缺陷的回波声场信息。

在本申请的一个实例中，超声波发射模块110是能够发射超声波的装置或系统等，对超声波发射模块110的选择不做限制，例如超声波发射模块110可以是超声换能器1，超声换能器1的型号可以为HPCTB-180-20-II；激光收发组件120是能够发射激光、以及能够对应接受激光的装置、设备等的组合，对于激光收发组件120的选择不做限制；对介质6的选择不做限制，例如，如图2，介质6可以是水，水可以放置水箱7中，将待测工件放入有水的水箱7中；将待测工件放入到水箱7中，放置超声换能器在待测工件之上，向待测工件发射的超声波去波在不同界面处反射产生超声波回波（包含缺陷波和底波），此时超声波去波和超声波回波发生混叠，共同构成混合声场。对处理模块130不做限制，例如处理模块130可以是计算机或其他具备处理能力的设备、模块或系统。

在本申请的一个实施例中，超声波去波指的是超声波发射模块110向待测工件发射的超声波，超声波回波指的是超声波去波向待测工件传播经过待测工件经过待测工件上表面、内部缺陷和底面反射产生的回波，超声波去波经过待测工件表面、内部缺陷和底面发射产生不同类型的回波。探测激光是指激光收发组件120发射出的用于探测混合声场的激光。对应路径总偏移量指的是一路探测激光经过混合声场时由于光弹性效应，该路探测激光的光路在传播方向上相对于原传播方向发生偏移的偏移量。声场重构模型指的是对对应路径总偏移量进行计算处理的模型。

本申请实施例提供的一种超声波探伤装置，通过超声波发射模块110向置于水中的待测工件4发射出用于探伤的超声波去波，通过激光收发组件120多方向探测超声波去波和超声波去波向工件4传播产生的超声波回波形成的混合声场，并获得每一个方向的探测激光经过所述混合声场后的对应路径总偏移量，而后通过处理模块130处理各探测激光的对应路径总偏移量以重构待测工件4各截面处的回波声场，特别是可以选择重构待测工件4浅表层的回波声场，以解决常规的超声波探伤检测存在近场预测不准和去、回波无法分离的问题，从而实现待测工件4整体的无损探伤。

作为本申请的一种优选实施例，所述激光收发组件120包括：激光发射模块2和对应的激光接收模块3；

所述激光发射模块2用于向混合声场发射一束或多束探测激光，所述激光接收模块3用于接收所述激光发射模块2发射出的探测激光；

所述超声波探伤装置还包括用于设置所述超声波发射模块110和所述激光收发组件120的基座。

在本申请的一个实施例中，激光收发组件120包括激光发射模块2和激光接收模块3，其中，激光发射模块2指的是能够发射激光的设备、模块或系统等，激光接收模块3指的是能够对应接受激光的装置、模块或系统等。对于激光发射模具2的选择不做限制，例如激光发射模块2可以包括激光器，激光器可以是氦-氖激光器，氦-氖激光器的型号可以是HPCTB-180-20-II；对于激光接收模块的选择不做限制，例如激光接收模块3可以包括位置敏感探测器PSD，位置敏感探测器PSD的型号可以为：Thorlabs, PDQ80A；Thorlabs，KPA101。

在本申请的一个实施例中，探测激光探测时，探测激光光束所在的平面称之为测量平面，其具体位置根据测量需要来进行确定。当然的，测量平面可设定在待测工件4和超声波发射模块110之间。本申请中，探测激光束和声波可以共享相同的体积，而压电水听器则不能。探测时，通过测量激光的偏移量可以实现声场的高精度测量，保证了测量的精确度。

在本申请的一个实施例中，探测激光探测混合声场时，当激光发射模块2向混合声场发射一束探测激光，则激光发射模块2还包括设置在基座上的用于带动激光发射模块2直线移动的第一移动组件，例如第一移动组件可以是电动伸缩杆，将氦-氖激光器设置在电动伸缩杆上，电动伸缩杆可以带动氦-氖激光器移动，进而带动氦-氖激光器移动多次改变位置而能够在同一方向上多次平移向混合声场发射探测激光，第一移动组件带动氦-氖激光器在同一方向上多次发射出的探测激光相互平行且共面，这些多次发射的探测激光所覆盖的区域可以成为激光测量区域；相应的，激光接收模块3还包括设置在基座上的用于带动位置敏感探测器PSD直线移动的第二移动组件，第二移动组件可以是电动伸缩杆，将位置敏感探测器PSD设置在电动伸缩杆上，第二移动组件带动位置敏感探测器PSD相应移动以接收移动的氦-氖激光器发射的探测激光。

在本申请的一个实施例中，探测激光探测混合声场时，当激光发射模块2向混合声场发射多束探测激光时，对于激光发射模块2向发射多束探测激光的方式不做限制，例如激光发射模块2包括激光器和分束器，激光器可以是氦-氖激光器，氦-氖激光器用于发射出探测激光，分束器用于将氦-氖激光器发射出的激光分成若干束平行、位于共同平面上的探测激光，这些探测激光所在的区域成为激光测量区域；当然的，需要设置若干个位置敏感探测器PSD，每个位置敏感探测器用于对应接收一束探测激光。

本申请实施例中，通过激光发射模块2向混合声场多次发射一束探测激光或激光发射模块2向混合声场发射多束探测激光，以使在同一发射方向上的探测激光在测量平面内实现对混合声场进行充分探测，从而获得同一发射方向上多束探测激光路径对应的对应路径总偏移量，以提高后续回波声场重构的准确性，进而提高用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息的准确性。

作为本申请的一种优选实施例，还包括：第一旋转机构，所述激光发射模块2和所述激光接收模块3通过所述第一旋转机构设置在所述基座上；所述第一旋转机构用于带动所述激光发射模块2和所述激光接收模块3相对于所述超声波发射模块110旋转移动；所述探测激光所在的测量平面与所述超声波去波方向垂直，且穿过所述混合声场，以实现通过探测激光对混合声场进行充分探测；优选的，在本实施例中，超声波发射模块110固定设置在基座上。

在本申请的一个实例中，第一旋转机构指的是能够带动激光发射模块2和激光接收模块3相对于超声波发射模块110旋转的机构，对于第一旋转机构的设置不做限定，例如第一旋转机构包括环形轨道，以及与环形轨道相配合的设置在激光发射模块2和激光接收模块3上的滑轮，滑轮带动激光发射模块2和激光接收模块3沿环形轨道旋转，以实现激光发射模块2和激光接收模块3相对于超声波发射模块110旋转；对于滑轮设置的位置不做限定，当激光发射模块2包括第一移动组件和激光器时，滑轮设置在第一移动组件上，当激光接收模块3包括第二移动组件和位置探测器PSD时，滑轮设置在第二移动组件上；当激光发射模块2包括激光器和分束器时，激光发射模块2还包括用于设置激光器和分束器的第一支撑台，滑轮设置在第一支撑台下，第一支撑平台可以是平板，当激光接收模块3包括若干个位置探测器PSD，激光接收模块3还包括用于设置若干个位置探测器PSD的第二支撑平台，滑轮设置在第二支撑平台下，第二支撑平台可以是平板。

在本申请的一个实施例中，探测激光所在的测量平面与超声波去波方向垂直，且探测激光穿过混合声场。

本申请实施例中，如图1、图2、图3、图4所示，通过第一旋转机构带动激光发射模块2和激光接收模块3相对于超声波发射模块110旋转，每旋转停顿一次改变方向后激光发射模块2向混合声场发射探测激光进行探测，通过第一旋转机构带动激光发射模块2和激光接收模块3旋转以改变探测激光探测混合声场的角度，进而实现探测激光对混合声场进行多方向探测，获得每一个方向的探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量，以提高后续回波声场重构的准确性，进而提高用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息的准确性。

作为本申请的一种优选实施例，测量时，所述第一旋转机构带动所述激光发射模块2和所述激光接收模块3相对于所述超声波发射模块110旋转移动，使所述探测激光在所述测量平面上以遍历180度的方式对混合声场进行覆盖测量。

在本申请实施例中，覆盖测量可以理解为通过控制激光收发组件相对于超声波发射模块旋转运动，使其探测激光在测量平面内以遍历180度的方式对混合声场进行多次探测，同时在探测激光遍历180度对混合声场探测过程中的每一个方向上，探测激光构成的激光测量区域完全覆盖与其共面的混合声场横截面。对于探测激光在测量平面上以遍历180度的方式对混合声场及进行覆盖测量时每次旋转移动的角度不做限制，例如，相对于激光发射模块2上一发射探测激光的位置，第一旋转机构带动激光发射模块2和激光接收模块3相对于超声波发射模块110旋转移动每旋转移动10度对混合声场在一个方向上发射探测激光进行探测，直至最后一次激光发射模块2向混合声场发射的探测激光与初始位置的探测激光方向相反，以完成探测激光在测量平面上以遍历180度的方式对混合声场进行一次覆盖测量；当然的，对探测激光在测量平面上以遍历180度的方式对混合声场进行覆盖测量的次数不做限定，使用过程中也可以进行对混合声场进行多次覆盖探测，以提高后续用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息的准确性。

本申请实施例中，通过第一旋转机构带动激光发射模块2和激光接收模块3相对于超声波发射模块110旋转，以实现探测激光对混合声场进行多方向探测，获得改变探测角度的探测激光对混合声场进行180度遍历探测时在多个方向上每一探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量，以提高后续回波声场重构的准确性，进而提高用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息的准确性。

作为本申请的一种优选实施例，第二旋转机构，所述超声波发射模块110通过所述第二旋转机构设置在基座上，所述第二旋转机构用于实现所述超声波发射模块110旋转；所述探测激光所在的测量平面与所述超声波去波方向垂直，且穿过所述混合声场。

在本申请的一个实施例中，对于第二旋转机构的结构不做限制，例如第二旋转机构可以包括电机、减速器，电机设置在基座上，电机与减速器连接，超声波发射模块110设置在减速器的输出轴上；探测激光所在的测量平面与超声波去波方向垂直，且穿过混合声场，能够实现探测激光对混合声场的充分探测。优选的，在本实施例中，激光收发组件120固定设置在基座上。

本申请实施例中，通过第二旋转机构带动超声波发射模块110进行旋转，旋转过程中每停顿一次后，激光发射模块2向混合声场发射探测激光进行探测，相对于上一探测激光探测混合声场的入射位置发生了改变，进而探测激光相对于混合声场改变了探测角度，进而实现探测激光对旋转变化的混合声场进行多方向探测，获得每一个方向的探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量，以提高后续回波声场重构的准确性，进而提高用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息的准确性。

作为本申请的一种优选实施例，所述第二旋转机构用于带动所述超声波发射模块110与所述待测工件共同旋转，使所述激光收发组件120对旋转变化的混合声场进行遍历180度的覆盖测量。

在本申请实施例中，覆盖测量可以理解为通过控制超声波发射模块110相对于激光收发组件旋转运动，使激光收发组件发射出的探测激光在测量平面内以遍历180度的方式对旋转变化的混合声场进行多次探测，同时在超声波发射模块旋转移动使得探测激光遍历180度对混合声场探测过程中的每一个方向上，探测激光构成的激光测量区域完全覆盖与其共面的混合声场横截面。对于第二旋转机构带动超声波发射模块110每一次旋转而使激光收发组件120对旋转变化的混合声场进行遍历180度探测的旋转角度不做限制，例如，相对于上一超声波发射模块110发射超声波去波的位置，第二旋转机构带动超声波发射模块110每旋转10度，激光收发组件120向变化后的混合声场在发射探测激光进行探测，直至超声波发射模块110旋转180度，激光收发组件120向变化后的混合声场在发射探测激光进行探测，以完成激光收发组件120对旋转变化的混合声场进行遍历180度探测。

在本申请实施例中，对于第二旋转机构实现带动超声波发射模块110与待测工件共同旋转的方式不做限定，例如第二旋转机构可以包括电机、减速器，其中电机设置在基座上，该电机与减速器连接，超声波发射模块110设置在减速器的输出轴上，通过电机工作带动超声波发射模块110旋转；当将该超声波探伤装置设置在水箱上时，减速器的输出轴与水缸固定连接，此时通过电机工作带动水箱旋转，即可实现超声波发射模块110与待测工件的共同旋转。

本申请实施例中，如图1、图2、图3、图4所示，通过第二旋转机构带动超声波发射模块110旋转，以实现激光收发组件120对旋转变化的混合声场进行多方向探测，获得探测激光对旋转变化的混合声场进行180度遍历探测时在多个方向上每一探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量，以提高后续回波声场重构的准确性，进而提高用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息的准确性。

作为本申请的一种优选实施例，所述声场重构模型对对应路径总偏移量的处理，包括：

根据多个对应路径总偏移量计算各个点处的偏移量，所述多个对应路径总偏移量通过所述激光收发组件120与所述超声波发射模块110的相对运动来采集；

根据各个点处的偏移量计算各个点处的折射率和折射率梯度；

根据各个点处的折射率和折射率梯度计算各个点相对应的声压和声压梯度；

根据声压和声压梯度重构工件各截面处的超声波回波声场。

在本申请的一个实施例中，根据多个对应路径总偏移量计算各个点处的偏移量，多个对应路径总偏移量通过所述激光收发组件120与所述超声波发射模块110的相对运动来采集，包括：

（1）根据位置敏感探测器PSD的电流值获得混合声场横截面上个探测激光对应路径总偏移量S及对应路径总偏移量S对应的在xoy平面上的偏移量S _xy、对应路径总偏移量S对应在Z方向上的方向偏移量S _z，其中，x、y、z分别代表同一三维坐标系中的三个正轴方向，该三维坐标系中的xoy平面与混合声场横截面在同一平面上，S为斜边，S _xy、S _z为直角边，如图5所示，它们之间满足勾股定理，混合声场横截面为混合声场与测量平面的相交面。

（2）以混合声场横截面为圆形为例，对S _xy沿ρ在区间[-1/2l,ρ]积分，即沿探测激光排布的方向进行积分，得到了在同一平面上多束平行的探测激光在同一传播方向上共同作用的效果，记作P _xy，其中ρ和θ为柱坐标下的坐标量，ρ为光束距离，光束距离指的是平行光束之间的距离，θ为坐标旋转位置，l指的是探测激光的传播路径，通过以下公式（1）计算：

——公式（1），

（3）基于拉东变换，对P _xy反演出混合声场横截面上各个点的偏移量f _xy，通过以下公式计算，

——公式（2），

——公式（3）

将上述公式依次按照顺序依次记为公式（2）和公式（3），在公式（2）和公式（3）中，P _xy以及S _z经傅里叶变换后，在频域上的坐标分别记为ρ＇，x＇，y＇；经傅立叶逆变后，在时域上的坐标为ρ，x，y。

在本申请的一个实施例中，根据混合声场横截面上各个点处的偏移量计算各点对应的折射率和折射率梯度，包括：

（1）基于傍轴近似方程，由偏移量f _xy和折射率n的关系，通过以下公式计算，

——公式（4）

——公式（5）

——公式（6）

将上述公式依次记作公式（4）、公式（5）以及公式（6），其中

为混合声场横截面上的折射率分布，所谓混合声场横截面为测量平面与混合声场相交的面；其中折射率n是由声波传播引起的介质折射率分布，r是光线上每一个点的位置向量，/>

是折射率梯度，

为混合声场横截面上的折射率分布。

在本申请的一个实施例中，根据混合声场横截面上各个点处的折射率和折射率梯度计算各个点相对应的声压和声压梯度，通过以下公式计算：

——公式（7）

——公式（8）

将上述公式记作公式（7）、（8），其中，

，/>

，/>

是在一定温度下的折射率、声压以及声速值，比如说，在25°下，ρ ₀= 997.07kg/m3，c ₀=1496.6米/秒，n ₀=1.3325，/>

为声压值，/>

为声压梯度。

在本申请的一个实施例中，根据声压和声压梯度重构工件各截面处的超声波回波声场，基于基尔霍夫积分定理，通过以下公式计算：

——公式（9）

——公式（10）

将上述公式依次记作公式（9）、公式（10），其中P ₁为待测工件中被选取的进行重构的某一截面的超声波回波声场，S为测量平面，上述G的公式为构建回波声场时的格林函数，R表示选取的待测工件中的某一截面到混合声场横截面的距离。

在本实施例中，用拉东变换处理各个方向上的对应路径总偏移量, 这样就可以反演得到测量平面内各个点处贡献的偏移量。由傍轴近似方程建立偏移量和折射率的关系，可进一步得到测量平面上各个点的折射率和其梯度，再根据折射率和声压之间的线性关系即获得测量平面内稠密的声压和声压梯度，完成一个测量平面内声压和声压梯度的计算测量，为基尔霍夫积分定理的直接运用创造条件。在得到测量平面内各点处的声压和其梯度后，可以根据基尔霍夫积分定理进行测量平面外任意截面上回波声场的重建，把得到的任意截面的声压和梯度数据用Matlab画图，画完就可以得到所需要的回波声场的回波形态，该回波形态可作为用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息。当然的，在本申请中，对于根据得到的任意界面的声压和梯度数据获得回波形态的方法不做限制，例如可以通过其他编程方法，比如Python编程进行回波形态的构造。

本申请实施例中，根据基尔霍夫积分定理，由一个面上的声压和声压梯度数据，可以推得整个声场的声压情况，由于声压梯度值是有方向的（即去波、回波的声波方向不同，声压梯度值符号不同），通过选择基尔霍夫定理中格林函数的符号即可分别构建去波和回波的声场，从而得到无损检测需要的回波信号。将混合声场横截面内的声压p和其梯度∇p带入到基尔霍夫积分定理中，选择回波声场对应的格林函数符号，就可以实现待测工件上任意水平截面内回波声场的重建，特别是原先难以探测缺陷的浅表面。在得到工件上任意截面处的回波声场后，进一步分析回波即可实现对工件缺陷的无损探测。本申请利用梯度传感机制为基尔霍夫积分定理提供近场预测所需的声压和梯度场，进而实现较为准确的近场声波场测量，同时根据格林公式选取的符号又能巧妙地区分去波和回波，基尔霍夫积分定理的直接应用，可精确的重构出浅表面的回波声场，突破了在近场区探伤的限制并巧妙的解决了去波和回波的分辨问题，从而解决了浅表缺陷预测困难的问题，进而能够实现待测工件整体的无损探伤。

如图6以及图1、图2、图3、图4所示，本申请还提供了一种超声波探伤方法，所述超声波探伤方法包括：

S220，向置于介质中的待测工件发射超声波去波，以通过反射产生超声波回波，超声波去波与超声波回波构成混合声场；

S240，向所述混合声场发射探测激光以进行多方向探测；

S260，接收所述探测激光，以获得每一个方向的探测激光经过混合声场后的对应路径总偏移量；

S280，对各探测激光的对应路径总偏移量进行计算处理以重构待测工件各截面处的回波声场，进而基于所述回波声场输出用于判断待测工件缺陷的回波声场信息。

在本实施例中，通过超声换能器发射超声波去波，通过激光器向所述混合声场发射探测激光，通过位置敏感器接收所述探测激光。向所述混合声场发射探测激光以进行多方向探测的方法包括：调节激光器和位置敏感器相对于超声换能器旋转移动，使探测激光在同一平面上对混合声场以遍历180度的方式进行覆盖探测；或者调节超声换能器和待测工件相对于激光器和位置敏感器旋转移动，使探测激光在同一平面上对旋转移动的混合声场以遍历180度的方式进行覆盖探测。

在本实施例中，将待测工件放入到水箱7的水中（或其他介质中）；S220，向置于介质中的待测工件发射超声波去波，以通过反射产生超声波回波，所述超声波去波与超声波回波构成混合声场，包括：超声换能器1放置在待测工件上方，超声换能器1在介质6中发出的超声波去波作用于待测工件；优选地，超声波去波在介质6中。超声波去波经过工件上表面、内部缺陷和底面反射产生不同类型的超声波回波。这些超声波回波和发射波（超声波去波）在传播过程中发生混叠，共同构成超声波的声场即混合声场。

在本实施例中，S240，向所述混合声场发射探测激光以进行多方向探测，包括（以下激光器和位置敏感器固定，超声换能器相对于激光器和位置敏感器旋转移动为例，如图4所示）：在介质6中（本实施例以水为介质）形成超声波去波和超声波回波的混合声场后：在超声换能器1和待测工件之间任意选取一个测量平面, 利用激光断层扫描的方式，从水箱7左侧发射一束激光或一排激光束（即探测激光），探测激光经过混合声场时由于光弹性效应光路在传播方向上发生偏移，用位置敏感探测器（PSD）在水箱7右侧接收探测激光并获取或经处理得到其经过声场后各路探测激光的对应路径总偏移量，接着旋转超声换能器1，使探测激光在同一平面上对旋转移动的混合声场以遍历180度的方式进行覆盖探测。

在本实施例中，用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息可以包括回波的波形和回波的幅度及其变化信息等，可以使探伤人员则根据回波声场信息中回波波形等变化特征，判断缺陷在工件中的深度、大小和类型。而回波中包含经缺陷反射产生的缺陷波以及工件4底部反射产生的底波，例如后续根据回波声场信息中缺陷波的幅度可确定缺陷的大小；根据缺陷波的形状可分析缺陷的性质；如当工件4内部无缺陷，则只有底波信息。在进行浅表面无损探伤时，可以选择重构浅表区间中任意几个界面或需要重构浅表区间中各个水平截面的回波声场，再进一步分析判断缺陷情况，本实施例应用激光偏转层析与超声波探伤结合的方法，可以得到完整的声压与声压梯度的数据，进而通过计算处理能够解决浅表层缺陷波缺失问题，进而输出用于判断待测工件4缺陷的回波声场信息。

关于本实施例的其他具体实施方式已经在前文中做了详细阐述，此处不在赘述，例如，对于对各探测激光的对应路径总偏移量进行计算处理以重构待测工件各截面处的回波声场，可以参照前述声场重构模型中的计算处理过程。本实施例利用梯度传感机制为基尔霍夫积分定理提供近场预测所需的声压和梯度场，进而实现较为准确的近场声波场预测。同时根据格林公式选取的符号又能巧妙地区分去波和回波，从而解决了浅表缺陷预测困难的问题。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述超声波探伤方法的步骤。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种超声波探伤装置，其特征在于，所述超声波探伤装置包括：超声波发射模块、激光收发组件和处理模块；

2.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于，所述激光收发组件包括：激光发射模块和对应的激光接收模块；

所述激光发射模块用于向混合声场发射探测激光，所述激光接收模块用于接收所述激光发射模块发射出的探测激光；

所述超声波探伤装置还包括用于设置所述超声波发射模块和所述激光收发组件的基座。

3.根据权利要求2所述的超声波探伤装置，其特征在于，还包括：旋转机构，所述旋转机构为第一旋转机构或第二旋转机构；

当所述旋转机构为第一旋转机构时，所述激光发射模块和所述激光接收模块通过所述第一旋转机构设置在所述基座上；所述第一旋转机构用于带动所述激光发射模块和所述激光接收模块相对于所述超声波发射模块旋转移动；所述探测激光所在的测量平面与所述超声波去波方向垂直，且穿过所述混合声场；

当所述旋转机构为第二旋转机构时，所述超声波发射模块通过所述第二旋转机构设置在基座上，所述第二旋转机构用于实现所述超声波发射模块旋转；所述探测激光所在的测量平面与所述超声波去波方向垂直，且穿过所述混合声场。

4.根据权利要求3所述的超声波探伤装置，其特征在于，

测量时，所述第一旋转机构带动所述激光发射模块和所述激光接收模块相对于所述超声波发射模块旋转移动，使所述探测激光在测量平面上以遍历180度的方式对混合声场进行覆盖测量。

5.根据权利要求3所述的超声波探伤装置，其特征在于，

测量时，所述第二旋转机构用于带动所述超声波发射模块与所述待测工件共同旋转，使所述激光收发组件对旋转变化的混合声场进行遍历180度的覆盖测量。

6.根据权利要求2所述的超声波探伤装置，其特征在于，所述激光发射模块包括激光器和分束器；所述激光器用于发射出探测激光；

所述分束器用于将所述激光器发射出的探测激光分成若干束平行的探测激光；

所述激光接收模块包括若干个位置敏感探测器，每个所述位置敏感探测器

用于对应接收一束探测激光。

7.根据权利要求1-6 任意一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，所述声场重构模型对对应路径总偏移量的处理，包括：

根据多个对应路径总偏移量计算各个点处的偏移量，所述多个对应路径总偏移量通过所述激光收发组件与所述超声波发射模块的相对运动来采集；

根据声压和声压梯度重构工件各截面处的超声波回波声场。

8.一种超声波探伤方法，其特征在于，所述超声波探伤方法包括：

向所述混合声场发射探测激光以进行多方向探测；

9.根据权利要求8所述的超声波探伤方法，其特征在于：

通过超声换能器发射超声波去波，通过激光器向所述混合声场发射探测激光，通过位置敏感器接收所述探测激光；

向所述混合声场发射探测激光以进行多方向探测的方法包括：

调节激光器和位置敏感器相对于超声换能器旋转移动，使探测激光在同一平面上对混合声场以遍历180度的方式进行覆盖探测；或者

调节超声换能器和待测工件相对于激光器和位置敏感器旋转移动，使探测激光在同一平面上对旋转移动的混合声场以遍历180度的方式进行覆盖探测。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求 8-9中任意一项所述的一种超声波探伤方法的步骤。