CN116893220A - 一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法及装置；其中方法为：将被测的工件固定在移动控制平台，在工件表面喷涂用于提高超声波激发效率的涂层；获取工件壁厚H；根据工件壁厚H划分k个厚度范围区间；根据厚度范围区间，将工件划分成k个缺陷检测阶段，并规划各个缺陷检测阶段的最优检测扫描路线；对各个缺陷检测阶段，按照最优检测扫描路线进行缺陷定量定位检测。该方法能对厚度不均、结构复杂的工件进行非接触检测，大大提高了工件复杂结构的内部缺陷检测的效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光超声波检测技术领域，更具体地说，涉及一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法及装置。
背景技术
无损检测技术作为一种新型检测方法，其特点是不会对材料造成任何损伤。因此可以在不损坏材料的前提下,材料表面的裂纹缺陷、材料内部的夹层、裂纹、通孔等一系列缺陷均可以通过使用无损检测技术检测出来,同时还可以测出缺陷的位置、大小等信息。常见的无损检测手段包括：X射线检测、声发射、热成像及超声检测技术等。而激光超声检测技术作为近年来的一种新兴无损检测技术，因其具有高分辨、非接触等优点而广泛应用在工业缺陷检测中。此外，光学法超声波检测能实现非接触、远距离遥测、具有灵敏度高等特点，也被广泛应用在工业缺陷检测中。
目前现有的激光超声检测方法大多只适用于厚度均匀，空间结构简单的检测对象。而对于形如箱体等因厚度不均，检测其内部缺陷依然存在很大困难。此外，目前激光超声检测方法所使用的激光超声信号接收方法大多为接触式，在检测缺陷时必须要和被测材料表面接触，而且大部分需要用耦合剂进行耦合。而这种激光超声信号接收方法对于结构复杂的箱体，检测其表面的激光超声信号非常困难，而且探头与被测对象表面接触也给缺陷检测扫描带来极大不便。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法及装置；该方法能对厚度不均、结构复杂的工件进行非接触检测，大大提高了工件复杂结构的内部缺陷检测的效率。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，包括如下步骤：
步骤S1、将被测的工件固定在移动控制平台，在工件表面喷涂用于提高超声波激发效率的涂层；
步骤S2、获取工件壁厚H；
步骤S3、根据工件壁厚H划分k个厚度范围区间；根据厚度范围区间，将工件划分成k个缺陷检测阶段，并规划各个缺陷检测阶段的最优检测扫描路线；
步骤S4、对各个缺陷检测阶段，按照最优检测扫描路线进行缺陷定量定位检测。
优选地，所述步骤S2是指如下两种情况之一：
一、工件壁厚H已知，则直接读取已知的工件壁厚；
二、工件壁厚H未知，则激光器激发激光，并将激光投射到工件表面以激发工件材料的激光超声信号；激光信号接收器接收工件上激发的激光超声信号，进而计算工件壁厚H。
优选地，所述工件壁厚H的计算方法是：获取工件材料地面反射传播到工件材料上表面的纵波信号到达时间t、激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W、工件材料纵波波速v；工件壁厚H为：
优选地，所述步骤S3，根据工件的最大壁厚Hmax和最小壁厚Hmin，设定缺陷检测阶段的数量k，每隔厚度划分为一个厚度范围区间，得到k个厚度范围区间。
优选地，所述缺陷检测阶段的数量k的取值范围为：5～10。
优选地，所述步骤S4是指：按照最优检测扫描路线移动激光器、激光信号接收器和工件之间的相对位置，进行缺陷扫描；在缺陷扫描过程中，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W保持固定，激光器激发激光，并将激光投射到工件以激发出横波在工件材料传播；激光信号接收器接收工件上激发的横波；之后对接收的横波进行波形分析，判断是否为携带缺陷信息的激光超声信号，从而实现缺陷定量定位检测。
优选地，缺陷定位检测方法是：通过横波幅值变化，找出横波入射波和横波底面反射回波遇到缺陷点的时刻；对于任一缺陷点，将横波入射波遇到缺陷点时，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间的中点坐标记录为(x0,y0)，将横波底面反射回波遇到缺陷点时，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间的中点坐标记录为(x1,y1)；计算缺陷点的中心位置坐标实现缺陷的初步定位；再对缺陷深度h进行定位：
其中，d为缺陷点所在区域的区间距离；
优选地，所述激光器激发的激光能量密度低于工件材料能量密度损伤阈值。
一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置，用于实现上述激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法；激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置包括：
激光器，用于将能量密度低于工件材料能量密度损伤阈值的激光投射到工件表面，从而产生热弹机制；
激光超声信号接收器，用于接收工件上激发出来的激光超声信号，并将激光超声信号向外传送；
计算机，用于调节激光器的脉冲功率，能量密度等激光参数，并接收激光超声信号接收器传送的信号；根据接收激光超声信号接收器传送的信号，显示实时的波谱图，根据波谱图的幅值、频率、渡越时间和功率谱来对工件内部缺陷进行分析。
优选地，所述激光器为脉宽可调的脉冲激光器或经过调幅的连续激光器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
本发明方法，通过一定功率的激光脉冲投射到被测工件表面上，因被测对象材料产生热弹机制而激发超声波，再通过光学法对超声波进行检测并通过激光超声信号接收器将激光信号传送到计算机得到实时的振动波谱图，通过对超声信号波谱图的理论分析即可对工件内部缺陷进行定量定位，在缺陷检测过程中遵循按壁厚划分检测阶段的原则，因此能进行厚度不均、结构复杂的被测对象。相比于其他检测方法，该方法在激光超声信号检测过程具有非接触、远距离遥测、灵敏度高等优点，大大提高了工件复杂结构的内部缺陷检测的效率。
附图说明
图1是本发明激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法的流程示意图；
图2是本发明激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置的系统结构示意图；
图3是本发明激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法的工件壁厚检测原理示意图；
图4是本发明激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法的横波检测材料内部缺陷原理图示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，通过激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置来实现。激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法如图1所示，激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置如图2所示。本实施例的工件既可以是箱体，也可以是其它类型工件。
激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置包括：
激光器，用于将能量密度低于工件材料能量密度损伤阈值的激光投射到工件表面，从而产生热弹机制；
激光超声信号接收器，带有探头，用于接收工件上激发出来的激光超声信号，并将激光超声信号向外传送；
计算机，用于调节激光器的脉冲功率，能量密度等激光参数，并接收激光超声信号接收器传送的信号；根据接收激光超声信号接收器传送的信号，显示实时的波谱图，根据波谱图的幅值、频率、渡越时间和功率谱来对工件内部缺陷进行分析。
激光器可采用脉宽可调的脉冲激光器或经过调幅的连续激光器。
激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，包括如下步骤：
步骤S1、将被测的工件固定在移动控制平台，在工件表面喷涂用于提高超声波激发效率的涂层，以增加材料表面的光吸收系数,提高工件材料超声波激发效率，使得检测更加准确。涂层可为水、油、墨汁等能增加材料表面的光吸收系数且对材料表面不造成损伤。
步骤S2、获取工件壁厚H。
步骤S2是指如下两种情况之一：
一、工件壁厚H已知，则直接读取已知的工件壁厚；
二、工件壁厚H未知，则激光器激发激光，并将激光投射到工件表面以激发工件材料的激光超声信号；激光信号接收器接收工件上激发的激光超声信号，进而计算工件壁厚H。
第二种情况中，工件壁厚H的计算方法是：获取工件材料地面反射传播到工件材料上表面的纵波信号到达时间t、激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W、工件材料纵波波速v；如图3所示，工件壁厚H为：
激光器激发的激光能量密度低于工件材料能量密度损伤阈值；防止材料表面会瞬时升温并且造成局部材料馆化、汽化以致产生等离子体,对工件表面造成损伤。
步骤S3、根据工件壁厚H划分k个厚度范围区间；根据工件的最大壁厚Hmax和最小壁厚Hmin，设定缺陷检测阶段的数量k，每隔厚度划分为一个厚度范围区间，得到k个厚度范围区间；缺陷检测阶段的数量k的取值范围优选为：5～10；
根据厚度范围区间，将工件划分成k个缺陷检测阶段，并规划各个缺陷检测阶段的最优检测扫描路线。
步骤S4、对各个缺陷检测阶段，按照最优检测扫描路线进行缺陷定量定位检测。
具体地说，按照最优检测扫描路线移动激光器、激光信号接收器和工件之间的相对位置，进行缺陷扫描；在缺陷扫描过程中，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W保持固定，激光器激发激光，并将激光投射到工件以激发出横波在工件材料传播；激光信号接收器接收工件上激发的横波；之后对接收的横波进行波形分析，判断是否为携带缺陷信息的激光超声信号，从而实现缺陷定量定位检测。
工件壁厚在同一厚度范围区间均在同一缺陷检测阶段，因此同一缺陷检测阶段中检测区域可能断开而不连续；当存在不连续的检测区域时，先扫描检测连续的检测区域，在连续的区域扫描检测完后，通过控制平台移动工件到同一缺陷检测阶段下一个检测区域开始扫描检测，直至到该缺陷检测阶段所有检测区域均扫描检测完。
缺陷定位检测方法是：如图4所示，将激光投射到激光器激励点处，激发出的横波在材料内部以一定角度传播,若横波在传播过程中没有遇到缺陷,在工件表面激光信号接收器接收点处会接收到横波的底面反射回波,此时通过分析计算机波形图来确定该区域无缺陷。移动控制平台，按照最优检测扫描路线，使激光器激励点和激光信号接收器接收点在工件表面进行扫描；在扫描检测过程中,横波的底面反射回波会首先遇到缺陷,然后是横波的入射波遇到缺陷,在信号接收点处都将检测到携带缺陷信息的激光超声信号。通过分析该激光超声信号,能够评估出缺陷的位置大小等信息。
激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W保持固定，可减少因二者距离变化所带来的波形图误差影响，干扰缺陷定位、定量检测的精准性。
缺陷定位检测方法是：通过横波幅值变化，找出横波入射波和横波底面反射回波遇到缺陷点的时刻，对于同一缺陷点，横波幅值的变化相似；对于任一缺陷点，将横波入射波遇到缺陷点时，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间的中点坐标记录为(x0,y0)，将横波底面反射回波遇到缺陷点时，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间的中点坐标记录为(x1,y1)；计算缺陷点的中心位置坐标实现缺陷的初步定位；再对缺陷深度h进行定位：
其中，d为缺陷点所在区域的区间距离；
本实例中通过激光超声定位定量检测工件缺陷方法进行设计，通过激光信号接收器对激光超声信号进行接收并传送到计算机，计算机将激光超声信号转化为波谱图进行分析，能高效且精准的对工件内部缺陷进行定量、定位检测，有着效率高准确性高的优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1、将被测的工件固定在移动控制平台，在工件表面喷涂用于提高超声波激发效率的涂层；
步骤S2、获取工件壁厚H；
步骤S3、根据工件壁厚H划分k个厚度范围区间；根据厚度范围区间，将工件划分成k个缺陷检测阶段，并规划各个缺陷检测阶段的最优检测扫描路线；
步骤S4、对各个缺陷检测阶段，按照最优检测扫描路线进行缺陷定量定位检测。
2.根据权利要求1所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：所述步骤S2是指如下两种情况之一：
一、工件壁厚H已知，则直接读取已知的工件壁厚；
二、工件壁厚H未知，则激光器激发激光，并将激光投射到工件表面以激发工件材料的激光超声信号；激光信号接收器接收工件上激发的激光超声信号，进而计算工件壁厚H。
3.根据权利要求2所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：所述工件壁厚H的计算方法是：获取工件材料地面反射传播到工件材料上表面的纵波信号到达时间t、激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W、工件材料纵波波速v；工件壁厚H为：
4.根据权利要求1所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：所述步骤S3，根据工件的最大壁厚Hmax和最小壁厚Hmin，设定缺陷检测阶段的数量k，每隔厚度划分为一个厚度范围区间，得到k个厚度范围区间。
5.根据权利要求4所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：所述缺陷检测阶段的数量k的取值范围为：5～10。
6.根据权利要求1所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：所述步骤S4是指：按照最优检测扫描路线移动激光器、激光信号接收器和工件之间的相对位置，进行缺陷扫描；在缺陷扫描过程中，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间距离W保持固定，激光器激发激光，并将激光投射到工件以激发出横波在工件材料传播；激光信号接收器接收工件上激发的横波；之后对接收的横波进行波形分析，判断是否为携带缺陷信息的激光超声信号，从而实现缺陷定量定位检测。
7.根据权利要求6所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：缺陷定位检测方法是：通过横波幅值变化，找出横波入射波和横波底面反射回波遇到缺陷点的时刻；对于任一缺陷点，将横波入射波遇到缺陷点时，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间的中点坐标记录为(x0,y0)，将横波底面反射回波遇到缺陷点时，激光器激励点和激光信号接收器接收点之间的中点坐标记录为(x1,y1)；计算缺陷点的中心位置坐标实现缺陷的初步定位；再对缺陷深度h进行定位：
其中，d为缺陷点所在区域的区间距离；
8.根据权利要求1所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法，其特征在于：所述激光器激发的激光能量密度低于工件材料能量密度损伤阈值。
9.一种激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置，其特征在于：用于实现权利要求1所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测方法；激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置包括：
激光器，用于将能量密度低于工件材料能量密度损伤阈值的激光投射到工件表面，从而产生热弹机制；
激光超声信号接收器，用于接收工件上激发出来的激光超声信号，并将激光超声信号向外传送；
计算机，用于调节激光器的激光参数，并接收激光超声信号接收器传送的信号；根据接收激光超声信号接收器传送的信号，显示实时的波谱图，根据波谱图的幅值、频率、渡越时间和功率谱来对工件内部缺陷进行分析。
10.根据权利要求9所述的激光超声工件缺陷定量定位无损检测装置，其特征在于：所述激光器为脉宽可调的脉冲激光器或经过调幅的连续激光器。
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|---|---|---|---|---|
| CN117268272A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 深圳市博硕科技股份有限公司 | 一种隔热片材厚度检测系统及检测方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117268272A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 深圳市博硕科技股份有限公司 | 一种隔热片材厚度检测系统及检测方法 |
| CN117268272B (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-06 | 深圳市博硕科技股份有限公司 | 一种隔热片材厚度检测系统及检测方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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