本發(fā)明涉及一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

激光超聲作為一種新的無(wú)損檢測(cè)方法，該方法主要利用脈沖激光器在被測(cè)試塊中產(chǎn)生超聲波信號(hào)。激光超聲檢測(cè)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：與被測(cè)試塊非接觸產(chǎn)生超聲波信號(hào)，一次激發(fā)出聲表面波、橫波、縱波等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試塊的快速掃描成像，同時(shí)可以對(duì)一些運(yùn)動(dòng)的工件進(jìn)行在線檢測(cè)。為了保證在產(chǎn)品生產(chǎn)初期盡快盡早的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中產(chǎn)生的缺陷，提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，需要一種高效的無(wú)損檢測(cè)方法，對(duì)產(chǎn)品中的內(nèi)部缺陷進(jìn)行快速掃描成像檢測(cè)，這里我們提出一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。

目前現(xiàn)有的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)，主要采用脈沖激光器作為激勵(lì)，在被測(cè)試件中激發(fā)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，采用單個(gè)超聲波傳感器或激光干涉儀等方法接收超聲波信號(hào)，這種激光超聲波成像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行二維掃描檢測(cè)，通過(guò)還原超聲波傳播圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料缺陷的可視化檢測(cè)。當(dāng)被測(cè)試件中存在內(nèi)部缺陷時(shí)，這種激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法對(duì)內(nèi)部缺陷實(shí)施有效檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明其目的就在于提供一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)及其方法，解決了現(xiàn)有激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法對(duì)被測(cè)試件中的內(nèi)部缺陷實(shí)施有效檢測(cè)的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案是，

一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括脈沖激光器，所述脈沖激光器分別連接控制器和振鏡掃描系統(tǒng)，所述振鏡掃描系統(tǒng)一側(cè)設(shè)有石英塊，石英塊下端設(shè)有oa材料層，oa材料層下端設(shè)有待檢測(cè)內(nèi)部缺陷的被測(cè)材料，所述石英塊上端設(shè)有縱波傳感器，縱波傳感器的輸出端分別連接x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)和信號(hào)調(diào)理電路，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端連接a/d采集卡，a/d采集卡的輸出端分別連接上位機(jī)軟件系統(tǒng)和控制器，所述控制器還分別與振鏡掃描系統(tǒng)、x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)和上位機(jī)軟件系統(tǒng)連接。

一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)方法，包括以下步驟：

（1）脈沖激光器將產(chǎn)生的激光束通過(guò)光纖射入到振鏡掃描系統(tǒng)中，動(dòng)鏡掃描系統(tǒng)通過(guò)改變激光束的射入到石英塊的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)oa材料層進(jìn)行x-y軸逐點(diǎn)掃描；

（2）oa材料層在激光的作用下，由于激光熱彈效應(yīng)在材料產(chǎn)生超聲波信號(hào)，其中oa材料層的作用是放大激光產(chǎn)生的縱波信號(hào)，約束激光產(chǎn)生的聲表面波及橫波信號(hào)；

（3）激光產(chǎn)生的縱波信號(hào)傳播到被測(cè)材料的底端經(jīng)反射后通過(guò)oa材料層和石英塊，被縱波傳感器接收，當(dāng)激光束發(fā)生位置偏轉(zhuǎn)時(shí)，控制器通過(guò)控制x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)縱波傳感器，以滿足當(dāng)激光激勵(lì)位置發(fā)生改變，縱波傳感器能接收到產(chǎn)生的縱波信號(hào)；

（4）縱波傳感器將接收到的縱波信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，被a/d采集卡采集后存儲(chǔ)于上位機(jī)軟件系統(tǒng)中；

（5）上位機(jī)軟件將接收到的縱波信號(hào)存儲(chǔ)于(x，y，t)三維數(shù)組中，當(dāng)被測(cè)材料內(nèi)部存在缺陷時(shí)，縱波信號(hào)還未傳播到材料底端就發(fā)生反射，這時(shí)接收到的一次縱波最大峰值時(shí)間提前；當(dāng)被測(cè)材料內(nèi)部不存在缺陷時(shí)，縱波信號(hào)需傳播到材料底端發(fā)生反射，這時(shí)接收到的一次縱波最大峰值時(shí)間推遲，根據(jù)波速、傳播時(shí)間及傳播距離之間的關(guān)系：s=vt/2可以計(jì)算出內(nèi)部缺陷的位置；同時(shí)上位機(jī)軟件通過(guò)比較不同位置處接收的一次縱波最大峰值時(shí)間，確定內(nèi)部缺陷的位置及選取該時(shí)刻的縱波傳播圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部缺陷的可視化檢測(cè)。

有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1．突破了現(xiàn)有激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法對(duì)材料缺陷定量檢測(cè)的缺點(diǎn)；

2．利用oa材料層提高激光束在材料中的光聲轉(zhuǎn)換效應(yīng)，提高了激光束在材料中產(chǎn)生的縱波幅值，約束了橫波及聲表面波信號(hào)；

3．該檢測(cè)方法不需對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，只需根據(jù)到達(dá)縱波傳感器的一次縱波最大峰值時(shí)間不同，計(jì)算出材料缺陷的位置。選取該時(shí)刻縱波在材料內(nèi)部的傳播圖像，數(shù)據(jù)分析量小，且提高了整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的效率；

4．該檢測(cè)方法不受盲區(qū)的影響，適用于材料表面、近表面、內(nèi)部的缺陷，不僅操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、而且不依賴于檢測(cè)人員的技術(shù)水平。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

圖1為本發(fā)明一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)的掃描方式視圖。

具體實(shí)施方式

一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括脈沖激光器1，如圖1所示，所述脈沖激光器1分別連接控制器12和振鏡掃描系統(tǒng)3，所述振鏡掃描系統(tǒng)3一側(cè)設(shè)有石英塊4，石英塊4下端設(shè)有oa材料層5，oa材料層5下端設(shè)有待檢測(cè)內(nèi)部缺陷6的被測(cè)材料7，所述石英塊4上端設(shè)有縱波傳感器8，縱波傳感器8的輸出端分別連接x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)9和信號(hào)調(diào)理電路10，所述信號(hào)調(diào)理電路10的輸出端連接a/d采集卡11，a/d采集卡11的輸出端分別連接上位機(jī)軟件系統(tǒng)13和控制器12，所述控制器12還分別與振鏡掃描系統(tǒng)3、x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)9和上位機(jī)軟件系統(tǒng)13連接。

所述脈沖激光器1經(jīng)光纖2與振鏡掃描系統(tǒng)3連接。

所述振鏡掃描系統(tǒng)3的x、y方向旋轉(zhuǎn)小鏡的掃描視角為±25°,最大掃描頻率可達(dá)3khz。

所述x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)9包括x-y方向的電機(jī)平臺(tái)，其中最大掃描區(qū)域?yàn)?000×1000mm,最大掃描速度可達(dá)2m/s，掃描間距為0.1-5mm可調(diào)。

所述a/d采集卡11最高采樣頻率為100m；脈沖激光器1為nd:yag脈沖激光器。

一種基于材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)方法，包括以下步驟：

（1）脈沖激光器將產(chǎn)生的激光束通過(guò)光纖射入到振鏡掃描系統(tǒng)中，動(dòng)鏡掃描系統(tǒng)通過(guò)改變激光束的射入到石英塊的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)oa材料層進(jìn)行x-y軸逐點(diǎn)掃描；

（2）oa材料層在激光的作用下，由于激光熱彈效應(yīng)在材料產(chǎn)生超聲波信號(hào)，其中oa材料層的作用是放大激光產(chǎn)生的縱波信號(hào)，約束激光產(chǎn)生的聲表面波及橫波信號(hào)；

（3）激光產(chǎn)生的縱波信號(hào)傳播到被測(cè)材料的底端經(jīng)反射后通過(guò)oa材料層和石英塊，被縱波傳感器接收，當(dāng)激光束發(fā)生位置偏轉(zhuǎn)時(shí)，控制器通過(guò)控制x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)縱波傳感器，以滿足當(dāng)激光激勵(lì)位置發(fā)生改變，縱波傳感器能接收到產(chǎn)生的縱波信號(hào)；

（4）縱波傳感器將接收到的縱波信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，被a/d采集卡采集后存儲(chǔ)于上位機(jī)軟件系統(tǒng)中；

（5）上位機(jī)軟件將接收到的縱波信號(hào)存儲(chǔ)于(x，y，t)三維數(shù)組中，當(dāng)被測(cè)材料內(nèi)部存在缺陷時(shí)，縱波信號(hào)還未傳播到材料底端就發(fā)生反射，這時(shí)接收到的一次縱波最大峰值時(shí)間提前；當(dāng)被測(cè)材料內(nèi)部不存在缺陷時(shí)，縱波信號(hào)需傳播到材料底端發(fā)生反射，這時(shí)接收到的一次縱波最大峰值時(shí)間推遲，根據(jù)波速、傳播時(shí)間及傳播距離之間的關(guān)系：s=vt/2可以計(jì)算出內(nèi)部缺陷的位置；同時(shí)上位機(jī)軟件通過(guò)比較不同位置處接收的一次縱波最大峰值時(shí)間，確定內(nèi)部缺陷的位置及選取該時(shí)刻的縱波傳播圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部缺陷的可視化檢測(cè)。

實(shí)施例

選取試件奧氏體不銹鋼材料，規(guī)格為800×800×20mm，將其奧氏體不銹鋼材料放置在該系統(tǒng)中進(jìn)行掃描檢測(cè)，如圖2所示。

1、脈沖激光器發(fā)出的激光束通過(guò)光纖導(dǎo)入到振鏡掃描系統(tǒng)中，控制器控制振鏡掃描系統(tǒng)改變激光束通過(guò)石英塊射入到oa材料層中的激勵(lì)位置，按照?qǐng)D2所給出的掃描方式一或掃描方式二對(duì)奧氏體不銹鋼材料進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，其中掃描間隔為0.2mm，掃描區(qū)域?yàn)?00mm×200mm；

2、oa材料層在激光的作用下，由于激光熱彈效應(yīng)在材料產(chǎn)生超聲波信號(hào)，其中oa材料層的作用是放大激光產(chǎn)生的縱波信號(hào)，約束激光產(chǎn)生的聲表面波及橫波信號(hào)；

3、激光產(chǎn)生的縱波信號(hào)傳播到被測(cè)材料的底端經(jīng)反射后通過(guò)oa材料層和石英塊，被縱波傳感器接收，當(dāng)激光束發(fā)生位置偏轉(zhuǎn)時(shí)，控制器通過(guò)控制x-y軸精密移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)縱波傳感器，以滿足當(dāng)激光激勵(lì)位置發(fā)生改變，縱波傳感器能接收到產(chǎn)生的縱波信號(hào)；

4、縱波傳感器將接收到的縱波信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，被a/d采集卡采集后存儲(chǔ)于上位機(jī)軟件系統(tǒng)中；

上位機(jī)軟件將接收到的縱波信號(hào)存儲(chǔ)于(x，y，t)三維數(shù)組中，當(dāng)被測(cè)材料內(nèi)部存在缺陷時(shí)，縱波信號(hào)還未傳播到材料底端就發(fā)生反射，這時(shí)接收到的一次縱波最大峰值時(shí)間提前；當(dāng)被測(cè)材料內(nèi)部不存在缺陷時(shí)，縱波信號(hào)需傳播到材料底端發(fā)生反射，這時(shí)接收到的一次縱波最大峰值時(shí)間推遲，根據(jù)波速、傳播時(shí)間及傳播距離之間的關(guān)系：s=vt/2可以計(jì)算出內(nèi)部缺陷的位置；同時(shí)上位機(jī)軟件通過(guò)比較不同位置處接收的一次縱波最大峰值時(shí)間，確定內(nèi)部缺陷的位置及選取該時(shí)刻的縱波傳播圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部缺陷的可視化檢測(cè)，其中縱波傳播圖像采取顏色的形式呈現(xiàn)。