激光-电磁超声无损检测系统的金属缺陷检测方法

摘要

一种激光-电磁超声无损检测系统的金属缺陷检测方法，使用由脉冲激光器、线型聚焦单元、横波电磁超声传感器、三维机械步进装置、信号放大滤波系统、数字示波器和计算机组成的激光-电磁超声检测系统。利用该系统激励出高斯型激光脉冲，然后经过光学聚焦系统输送至金属材料表面同时激励出表面波及横波。利用横波电磁超声传感器接收，据此来对表面及近表面缺陷进行定位检测；利用横波电磁超声传感器接收横波遇到内部缺陷时生成的衍射横波，当传感器位于金属材料内部缺陷的正上方时，接收到的衍射横波信号幅度最强，据此来确定缺陷的水平位置，并由缺陷回波的时间确定缺陷的垂直位置。本方法可同时检测金属材料表面、近表面和内部缺陷。

主权项

一种激光‑电磁超声无损检测系统的金属缺陷检测方法，它使用由脉冲激光器、线型聚焦单元、横波电磁超声传感器，三维机械步进装置、信号放大滤波系统、数字示波器、计算机组成的激光‑电磁超声无损检测系统，其特征是它包括如下步骤：① 校准脉冲激光器的输出能量，使其稳定输出10～200 mJ/pulse的高斯型脉冲激光；校准脉冲激光器与线型聚焦单元位置，使二者同中心放置；② 调整线型聚焦单元中柱面透镜的位置，以使金属材料位于柱面透镜焦距处；③ 将横波电磁超声传感器固定于三维机械步进电机上，开启电磁超声接收单元和三维机械步进装置的工作电源，调整电磁超声接收单元与金属材料之间的距离和水平位置，使电磁超声接收单元与金属材料表面的线型激光斑的中心位置处于同一水平线上； ④ 开启信号放大滤波单元、数字示波器和计算机的工作电源，设定放大滤波单元的滤波频率和放大倍数，校正数字示波器，并确认信号放大滤波单元、数字示波器和计算机处于联通状态；⑤ 开启激光激励超声波单元工作电源，以激励出高斯型脉冲激光，利用线型聚焦单元将脉冲激光进行能量汇聚且呈线型分布，并将线型激光束传输至金属材料表面，引起金属材料表面的热膨胀或烧蚀，以激励出指向性好、能量集中的超声表面波及横波；⑥ 调整横波电磁超声传感器的位置，使其沿线型激光斑与横波电磁超声传感器中心所处的水平线方向进行扫查以检测缺陷；观察示波器，当横波电磁超声传感器处于缺陷正上方时，接收到的缺陷信号幅度最大；将该状态下的信号输送至计算机进行记录、保存和后期处理；脉冲激光器，所述的脉冲激光器为调Q式YAG脉冲激光器；脉冲激光器输出激光至线型聚焦单元；线型聚焦单元，所述的线型聚焦单元由柱面透镜和可调焦距的光学镜架组成；可调焦距的光学镜架用于将线型聚焦单元与被检测金属材料之间的距离调节至线型聚焦透镜的焦距处；所述的线型聚焦单元用于将脉冲激光进行能量汇聚且呈线型分布，并将线型激光束传输至金属材料表面，引起金属材料表面的热膨胀或烧蚀，以激励出指向性好、能量集中的超声波；电磁超声接收单元，所述的电磁超声接收单元可在0～10 mm范围内将10～200 mJ/pulse脉冲激光在金属材料中激励出的超声横波信号以及缺陷衍射的横波接收并转化为电信号并输出至信号放大滤波单元；三维机械步进装置，所述的三维机械步进装置由步进电机和机械夹持装置组成，其移动精度为0.02 mm；所述的电磁超声接收单元夹持固定于三维机械步进装置上；信号放大滤波单元，所述的信号放大滤波单元包括前置放大器和模拟滤波器两个部分；信号放大滤波单元将电磁超声接收单元输出的电信号处理后输出至数字示波器；还有电联接在一起的数字示波器和计算机；所述的电磁超声接收单元包括通过连接螺钉连接在一起的前端盖和后端盖，在前端盖底部设置中央通孔，在中央通孔中设置有耐磨陶瓷片，在耐磨陶瓷片上方叠放隔热陶瓷片；在前端盖和后端盖之间设置传感器外壳，所述传感器外壳顶部设置有中间端盖，底部与前端盖的中央通孔对应设置有中央安装孔，在中央安装孔中设置羰基铁粉板，在羰基铁粉板和隔热陶瓷片之间设置有PCB检测线圈；PCB检测线圈与前置放大器之间进行电连接；在传感器外壳内部设置磁铁固定架，在磁铁固定架中设置第四圆形磁铁，在第四圆形磁铁上方依次叠放第三圆形磁铁，第二圆形磁铁和第一圆形磁铁；在第四圆形磁铁上方设置连接在传感器外壳上的固定架。