详情

原文传递一种基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法及系统

专利名称：	一种基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法及系统
摘要：	本发明公开一种基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法及系统，检测方法步骤为：（1）脉冲激光发生器发出激光束，激光束入射到待检测缸体表面产生检测超声信号，（2）激光干涉仪发出检测光束，检测光束接收检测超声信号；（3）检测超声信号经放大后传输到高速数据采集卡进行处理后再传输到数据分析系统；（4）数据分析系统对检测超声信号进行成像检测；（5）将检测结果实时显示。在线检测系统包括PLC控制器、激光干涉仪、高速数据采集卡、数据分析系统、显示屏、激光脉冲发生器和光路调节系统等。本申请中检测方法具有完全非接触式、检测效率及精度高、检测结果直观的优点，检测系统能够实现缸体表面裂纹在线、实时、快速、精确检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	杭州兴鑫科技有限公司
发明人：	刘永强;俞育飞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910460629.7
公开号：	CN110146449A
代理机构：	杭州天欣专利事务所(普通合伙)
代理人：	张狄峰
分类号：	G01N21/17(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	310000 浙江省杭州市西湖区留下街道留下村工业区块7号1幢2楼
主权项：	1.一种基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：步骤如下：第一步：脉冲激光发生器发射出高能脉冲激光束，高能脉冲激光束经光路调节系统分为两束：第一激光束入射到待检测缸体表面的扫描检测点，并在该扫描检测点激发产生激光超声波信号，该激光超声波信号作为检测超声信号并以扫描检测点为辐射中心向四周扩散；第二激光束入射到高速数据采集卡的使能口，使高速数据采集卡进入工作状态；第二步：激光干涉仪发出检测光束，该检测光束入射到待检测缸体表面的一固定点，该固定点与任一扫描检测点不重合，检测光束接收第一步中的检测超声信号；第三步：激光干涉仪的信号输出端与信号放大器输入端相连，激光干涉仪首先将采集到的检测超声信号传输至信号放大器，信号放大器对激光干涉仪传输信号进行放大后传输到高速数据采集卡进行高速采样，并将采样得到信号传输到数据分析系统进行分析处理；第四步：数据分析系统对采集到的检测超声信号进行成像检测；第五步：将成像检测结果在显示屏上实时显示。 2.根据权利要求1所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：所述光路调节系统包括第一凸透镜、分光镜、第二凸透镜以及扫描振镜；所述第一凸透镜放置在脉冲激光发生器发射出的高能脉冲激光束光路上，用来对高能脉冲激光束进行聚焦；所述分光镜放置在第一凸透镜的焦点位置处，分光镜将入射的高能脉冲激光束分为水平方向传送的第一激光束与竖直方向传送的第二激光束；第一激光束经过第二凸透镜聚焦后入射到扫描振镜的中心位置，所述扫描振镜控制第一激光束以一定速度在待检测缸体表面一定范围内进行扫描入射，扫描入射的第一激光束在待检测缸体表面激发产生激光超声波信号；第二激光束通过光纤传送到高速数据采集卡的使能口，使高速数据采集卡进入工作状态。 3.根据权利要求2所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：所述扫描振镜内部的镜片按设定速率在空间20°角范围内自由翻转，从而控制入射的第一激光束按一定路径传送到待检测缸体表面的扫描检测点。 4.根据权利要求2所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：入射到扫描振镜中心位置的激光束光斑直径为0.1mm。 5.根据权利要求2所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：所述扫描振镜控制检测光束对待检测缸体表面进行扫描检测时，扫描路径为周期形方波，相邻两扫描点之间距离为0.1mm。 6.根据权利要求1所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：所述第四步：数据分析系统对采集到的检测超声信号进行成像检测的具体步骤为： (1)首先对所采集到的检测超声信号进行初步降噪处理，以去除背景噪声，提高采集信号信噪比； (2)提取所采集到的检测超声信号中受缸体表面裂纹非线性调制作用影响的特性值，进而根据特征值改变量反演裂纹信息； (3)根据裂纹信息进行成像处理。 7.根据权利要求6所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：所述第(2)步中，反演裂纹信息的具体步骤为： 1)激光干涉仪采集空压机缸体受入射激光超声波激励后的速度及加速度矢量； 2)根据速度及加速度矢量来构建用于表征空压机缸体动态特性的相空间，相空间中的每一个点都一一映射缸体的一种动态特征，且这些点在相空间中沿着特定的轨迹线移动，最终都会沿着轨迹线逐渐收敛到相空间中的一个或多个特定点位置，该特定点被称为相空间中的奇异点； 3)由相空间中的点集移动轨迹线的趋势得到缸体动态特性，当缸体出现裂纹时，缸体相空间中表征缸体动态特性的点集收敛到奇异点的轨迹线会发生改变，通过定义特定的特征参数值来定义改变量，并将其与裂纹特征信息相关联，就可反演得到裂纹信息，其中描述缸体相空间中的点集轨迹线改变量的特征参数值为巴氏距离(Bhattacharyya Distance，BD)。 8.根据权利要求7所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：提取特征参数值巴氏距离BD的方法如下： (1)首先准备一块表面没有裂纹的缸体，没有裂纹的缸体可以利用电子显微镜对缸体表面进行检查得到； (2)利用激光干涉仪测量没有裂纹的缸体在激光超声激励作用下的响应信号； (3)根据采集到的响应信号重建没有裂纹的缸体的相空间，这里称之为完好缸体相空间； (4)从完好缸体相空间的点集运动轨迹上随机选取Q个基点y(i)，其中i＝1，2，…，Q，选取Q值时应使预测误差计算值不受其点数改变干扰；其中Q＝N/100，N为高速数据采集卡测量得到的相应数据点数； (5)利用激光干涉仪采集待测缸体的响应信号，并重构相空间，在该相空间点集轨迹上为每个基点y(i)寻找P个空间临近点x(j)，其中j＝1，2，…，P，空间临近点x(j)的选取根据欧式距离直接选取，即在轨迹线上距离y(i)最近的各点将被取为临近点；P值选取需确保吸引子局部特征可以被完全表征，同时计算值要对背景噪声不敏感，取P＝N/1000，N为高速数据采集卡测量得到的相应数据点数； (6)将各个基点与临近点沿着各自轨迹前进L步距离，此时，点y(i)的各临近点质心表示为：计算预测误差值PE表示为：特征参数值巴氏距离BD就可以表示为：其中u、δ分别为预测误差值PE的均值与方差，下标b、c分别表示完好缸体相空间与待测缸体相空间； (7)由式(1-2)知，裂纹越小，两相空间中点集运动轨迹越相似，PE值越小，BD计算值也就越小，根据实际BD计算值就可反演得到裂纹信息值。 9.根据权利要求8所述的基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测方法，其特征在于：所述成像处理方法步骤为：首先，利用扫描振镜控制第一激光束对待测缸体表面进行周期方波扫描检测，扫描过程中，激光干涉仪发出的检测光束辐照在待测缸体表面固定点处，该固定点和第一激光束的任一扫描检测点不重合；然后，利用激光干涉仪采集待测缸体表面每个扫描检测点上的响应信号，进而逐一计算每个点的BD值；最后，利用颜色深浅程度表征各点BD值大小程度，即可对裂纹进行成像处理。 10.一种基于激光超声的空压机缸体表面裂纹在线检测系统，其特征在于：包括PLC控制器、缸体输送机、传动电机、检测工作台、激光干涉仪、信号放大器、高速数据采集卡、数据分析系统、显示屏和集成有激光脉冲发生器和光路调节系统的检测控制盒；所述缸体输送机和传动电机设置在检测工作台下方，传动电机驱动缸体输送机，缸体输送机用于将待检测缸体输送至检测工作台正下方的检测工位，所述激光干涉仪和检测控制盒均设置在检测工作台上；所述光路调节系统包括第一凸透镜、分光镜、第二凸透镜以及扫描振镜；所述第一凸透镜放置在脉冲激光发生器发射出的高能脉冲激光束光路上，用来对高能脉冲激光束进行聚焦；所述分光镜放置在第一凸透镜的焦点位置处，分光镜将入射的高能脉冲激光束分为水平方向传送的第一激光束与竖直方向传送的第二激光束；第一激光束经过第二凸透镜聚焦后入射到扫描振镜的中心位置，所述扫描振镜控制第一激光束以一定速度在待检测缸体表面一定范围内进行扫描入射，扫描入射的第一激光束在待测缸体表面激发产生激光超声波信号；第二激光束通过光纤传送到高速数据采集卡的使能口，使高速数据采集卡进入工作状态；所述激光干涉仪用于发出检测光束，该检测光束入射到待检测缸体表面的一固定点，检测光束采集激光超声波信号，激光干涉仪的信号输出端与信号放大器的信号输入端相连；激光干涉仪将采集到的检测超声信号经信号放大器放大后传输到高速数据采集卡；所述高速数据采集卡与数据分析系统连接，数据分析系统对采集到的激光超声波信号进行分析计算后将检测结果传输至显示屏；所述PLC控制器与传动电机、激光干涉仪和激光脉冲发生器均通信连接。
所属类别：	发明专利