基于激光超声的残余应力分布检测方法及系统技术方案

本申请涉及一种基于激光超声的残余应力分布检测方法及系统，涉及激光超声的技术领域，其系统包括：激光超声激发探测模块，用于激发和测量待检测工件用的激光；激光调制模块，用于调制激光同时生成多种频率的窄带超声表面波；扫描模块，用于规划多种频率的窄带超声表面波的路径信息；机械处理模块，用于基于所述路径信息调整所述多种频率的窄带超声表面波在待检测工件表面的检测位置；计算模块，用于基于路径信息、多频窄带超声表面波的表面及亚表面深度、多频窄带超声表面波速度和声弹性原理计算所述待扫描工件表面的残余应力分布。本申请具有降低待检测工件表面粗糙对残余应力检测精度的影响，提高待检测工件表面残余应力检测准确性的效果。力检测准确性的效果。力检测准确性的效果。

【技术实现步骤摘要】
基于激光超声的残余应力分布检测方法及系统


[0001]本申请涉及激光超声的
，尤其是涉及一种基于激光超声的残余应力分布检测方法及系统。

技术介绍

[0002]航空航天、航海和化工等领域中的工业产品，由于原材料、结构和加工工艺等限制，在加工完成后，零部件放置或运行过程中容易在结构表面及近表面产生损伤或缺陷，这些表面缺陷一旦产生可能会造成重大的经济损伤或事故，因此，对工件表面的残余应力分布检测十分重要。
[0003]超声检测作为目前主要的无损检测技术之一，具有易操作、检测能力强、适用范围广等优点，但是，有些零部件的表面会进行镀层、涂层或表面粗糙，利用传统的超声表面波对样品表面的残余应力进行检测，易受到零部件表面粗糙、镀层、涂层等表面微结构的影响，使得测量零部件残余应力位置发生误差，进而使得零部件表面残余应力分布检测的结果不准确。

技术实现思路

[0004]为了降低待检测工件表面粗糙、表面涂层、表面镀层、表面微结构对残余应力检测精度的影响，提高待检测工件表面残余应力检测的准确性，本申请提供一种基于激光超声的残余应力分布检测方法及系统。
[0005]第一方面，本申请提供一种基于激光超声的残余应力分布检测系统，采用如下的技术方案：一种基于激光超声的残余应力分布检测系统，包括：激光超声激发探测模块，用于激发和测量待检测工件用的激光；激光调制模块，用于调制所述激光超声激发探测模块激发的激光同时生成多种频率的窄带超声表面波；扫描模块，用于规划多种频率的窄带超声表面波的路径信息，所述路径信息包括扫描路径和扫描方向；机械处理模块，用于基于所述路径信息调整所述多种频率的窄带超声表面波在所述待检测工件表面的检测位置，使得所述多种频率的窄带超声表面波检测位置重合；计算模块，用于基于所述路径信息、多频窄带超声表面波的穿透深度、多频窄带超声表面波速度和声弹性原理计算所述待扫描工件亚表面的残余应力分布；所述激光超声激发探测模块均与所述机械处理模块、所述激光调制模块、所述计算模块和所述扫描模块连接。
[0006]通过采用上述技术方案，利用扫描模块生成扫描路径和扫描方向，使得待检测工件实现更大面积的区域的检测，降低异常工件遗漏的可能性；利用激光调制模块调制激光同时生成多种频率的窄带超声表面波，减少了多次频率扫描的空间定位精度的影响，利用
不同深度的表面波和不同深度表面波移动方向的表面波速度结合声弹性原理计算待检测工件表面的残余应力，实现对待检测工件表面残余应力分布精准控制测量，降低待检测工件表面粗糙、表面涂层、表面镀层、表面微结构对残余应力检测精度的影响，提高待检测工件表面残余应力检测的准确性。
[0007]可选的，所述多频窄带超声表面波为双频超声窄带表面波。
[0008]可选的，所述激光调制模块包括双周期光学掩模，所述双周期光学掩模包括两种周期分布的光栅；所述双周期光学掩模用于生成双频窄带超声表面波，所述双频窄带超声表面波包括高频窄带激光超声表面波和低频窄带激光超声表面波。
[0009]通过采用上述技术方案，利用高频激光超声表面波检测待检测工件由于表面粗糙引起的表面波速度改变，利用低频激光超声表面波检测较深的应力分布，根据高频和低频双频窄带超声表面波不同的穿透深度差分，以消除表面粗糙度对残余应力测量结果的影响，获取待检测工件表面的应力分布；两种频率的激光通过双周期光学掩模激发，不仅降低两次频率的超声表面波扫描时位置可能不一致会引起的测量误差，提高了待检测工件测量残余应力的精度，同时也降低了扫描次数，提高了测量待检测工件残余应力的速度。
[0010]可选的，所述激光超声激发探测模块包括激光器、振镜、干涉仪、采集卡和控制单元；所述激光器与所述控制单元连接，所述激光器的发射端与所述振镜的输入端连接；所述控制单元还依次连接所述采集卡和所述干涉仪；所述干涉仪用于探测激光器发射至待检测工件的超声表面波；所述采集卡被配置为根据所述干涉仪探测的超声表面波获取超声表面波信号，并将获取到的超声表面波信号发送至所述控制单元；所述控制单元被配置为向所述机械处理模块发送控制指令，还被配置为根据所述采集卡发送的超声信号生成检测结果。
[0011]可选的，所述机械处理模块包括机械臂、导光臂和机械控制器，所述机械臂与所述导光臂均匀所述机械控制器连接；所述机械臂与所述振镜、所述干涉仪和所述扫描模块连接；所述导光臂与所述激光器和所述振镜连接。
[0012]第二方面，本申请提供一种基于激光超声的残余应力检测方法，应用于第一方面所述的基于激光超声的残余应力分布检测系统，采用如下的技术方案：一种基于激光超声的残余应力分布检测及方法，应用于第一方面任一项所述基于激光超声的残余应力分布检测系统，包括：步骤S1，扫描模块扫描待检测工件，生成并显示所述待检测工件的扫描路径和扫描方向；步骤S2，激光超声激发探测模块发射激光；步骤S3，激光调制模块调节所述激光同时生成多频窄带超声表面波；步骤S4，按照路径信息扫描，采集所述多频窄带超声表面波沿着移动路径方向和扫描方向的表面波深度和表面波速度；步骤S5，通过所述路径信息、多频窄带超声表面波的穿透深度、多频窄带超声表面波速度和声弹性原理计算所述待扫描工件亚表面的残余应力分布。
[0013]通过采用上述技术方案，利用扫描模块生成扫描路径和扫描方向，使得待检测工
件实现更大面积的区域的检测，降低异常工件遗漏的可能性；利用激光调制模块调制激光同时生成多种频率的窄带超声表面波，减少了多次频率扫描的空间定位精度的影响，利用不同深度的表面波和不同深度表面波移动方向的表面波速度结合声弹性原理计算待检测工件表面的残余应力，实现对待检测工件表面残余应力分布精准控制测量，降低待检测工件表面粗糙、表面涂层、表面镀层、表面微结构对残余应力检测精度的影响，提高待检测工件表面残余应力检测的准确性。
[0014]可选的，所述多频窄带超声表面波为双频窄带超声表面波，所述激光调制模块调节所述激光生成多频窄带超声表面波包括：双周期光学掩模调节所述激光形成两种周期分布的光栅；调整所述两个周期分布的光栅的光栅宽度，获取高低双频窄带超声表面波。
[0015]通过采用上述技术方案，利用双频窄带超声表面波检测待检测工件由于表面粗糙引起的表面波速度改变和较深的应力分布，两种频率的激光通过双周期光学掩模激发，不仅降低两次频率的超声表面波扫描时位置可能不一致会引起的测量误差，提高了待检测工件测量残余应力的精度，同时也降低了扫描次数，提高了测量待检测工件残余应力的速度。
[0016]可选的，所述扫描模块扫描待检测工件，生成并显示所述待检测工件的待检测图像和扫描路径包括：通过双目相机扫描待检测工件，构建所述待检测工件的待检测图像；响应于用户的区域选择动作，选取待检测区域；基于所述检测区域的大小选取扫描方式，并生成扫描路径。
[0017]通过采用上述技术方案，根据扫描路径向激发超声表面波，实现更大面积的区域的检测，对待检测工件内边残余应力进行检测，降低异常工件遗漏的可能性。
[0018]可选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光超声的残余应力分布检测系统，其特征在于，包括：激光超声激发探测模块（10），用于激发和测量待检测工件用的激光；激光调制模块（30），用于调制所述激光超声激发探测模块（10）激发的激光同时生成多种频率的窄带超声表面波；扫描模块（20），用于规划多种频率的窄带超声表面波的路径信息，所述路径信息包括扫描路径和扫描方向；机械处理模块（40），用于基于所述路径信息调整所述多种频率的窄带超声表面波在所述待检测工件表面的检测位置，使得所述多种频率的窄带超声表面波检测位置重合；计算模块（50），用于基于所述路径信息、多频窄带超声表面波的穿透深度、多频窄带超声表面波速度和声弹性原理计算所述待扫描工件亚表面的残余应力分布；所述激光超声激发探测模块（10）均与所述机械处理模块（40）、所述激光调制模块（30）、所述计算模块（50）和所述扫描模块（20）连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多频窄带超声表面波为双频超声窄带表面波。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光调制模块（30）包括双周期光学掩模，所述双周期光学掩模包括两种周期分布的光栅；所述双周期光学掩模用于同时生成双频窄带超声表面波，所述双频窄带超声表面波包括高频窄带激光超声表面波和低频窄带激光超声表面波。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光超声激发探测模块（10）包括激光器（101）、振镜（102）、干涉仪（103）、采集卡（104）和控制单元（105）；所述激光器（101）与所述控制单元（105）连接，所述激光器（101）的发射端与所述振镜（102）的输入端连接；所述控制单元（105）还依次连接所述采集卡（104）和所述干涉仪（103）；所述干涉仪（103）用于探测待检测工件的超声表面波；所述采集卡（104）被配置为根据所述干涉仪（103）探测的超声表面波获取超声表面波信号，并将获取到的超声表面波信号发送至所述控制单元（105）；所述控制单元（105）被配置为向所述机械处理模块（40）发送控制指令，还被配置为根据所述采集卡（104）发送的超声信号生成检测结果。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述机械处理模块（40）包括机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，张宏超，
申请(专利权)人：北京翔博科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：