基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备及方法与流程

文档序号:19733672发布日期:2020-01-18 04:13阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:

所述无损检测设备包括第一分光器(9)、激光发生器(8)、第二分光器(7)、第三分光器(11)、干涉仪(13)及上位机系统(14),所述激光发生器(8)与所述第二分光器(9)相连接,所述第三分光器(11)分别与所述第一分光器(7)及所述第二分光器(9)相连接,所述第一分光器(7)及所述第三分光器(11)分别连接于所述干涉仪(13),所述干涉仪(13)连接于所述上位机系统(14);

所述激光发生器(8)用于发射激光束,所述第一分光器(9)用于将所述激光束均分成两束,分别为检测光及基准光,所述第三分光器(11)用于将所述基准光分为第一基准光及第二基准光,且所述第一基准光及所述第二基准光分别传输给所述干涉仪(13);所述第二分光器(7)用于将所述检测光分为第一检测激光(16)及第二检激光,所述第一检测激光(16)射入熔池(15)底部并反射回所述干涉仪(13);所述第二检测激光(18)射向所述熔池(15)后方已经凝固的焊道(2)的表面并反射回所述干涉仪(13);所述干涉仪(13)用于根据所述第一检测光及所述第一基准光之间的相位光程差所引起的电场相位差来生成第一干涉图,还根据所述第二基准光与第二检测激光(18)之间相对光程差所引起的电场相位差来生成第二干涉图;所述上位机系统(14)用于对接收到的所述第一干涉图及所述第二干涉图进行处理以得到熔池深度变化曲线、熔池高度变化曲线及熔池宽度变化曲线,继而实现定向能量沉积过程中当前焊道的实时内部气孔缺陷及表面缺陷的检测,由此实现定向能量沉积零件的内部气孔缺陷及表面缺陷的整体在线无损检测。

2.如权利要求1所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述检测设备还包括第一检测激光头(5)及第二检测激光头(6),所述第一检测激光头(5)及所述第二检测激光头(6)分别位于所述第二分光器(7)的下方,所述第一检测激光头(5)与所述熔池(15)相对设置。

3.如权利要求2所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述检测设备还包括辅助导入装置(4),所述辅助导入装置(4)与所述第一检测激光头(5)同轴设置,其用于增强所述第一检测激光(16)对所述熔池(15)的穿透力。

4.如权利要求1所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述上位机处理系统对所述第二干涉图进行处理以得到焊道高度变化曲线,进而对所述焊道高度变化曲线进行一阶求导并把导数不为零的点进行累加以得到焊道的像素宽度,由此得到焊道宽度变化曲线,从而实现焊道偏移、驼峰、流淌缺陷的分类识别。

5.如权利要求1所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述上位机系统(14)根据熔池深度变化曲线与内部气孔缺陷的关系、以及所述熔池深度变化曲线来实时预测内部气孔缺陷。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述检测设备还包括第一光导纤维(10),所述第一分光器(9)通过所述第一光导纤维(10)分别连接于所述第二分光器(7)及所述第三分光器(11);所述检测设备还包括定向能量沉积热源(3),所述定向能量沉积热源(3)是指聚焦热能的装置,聚焦热能是指将能量源聚焦以熔化待沉积的材料;所述能量源为激光束、电子束、等离子及等离子束中的任一种。

7.如权利要求6所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述检测设备还包括第二光导纤维(12),所述第二分光器(7)及所述第一分光器(9)通过所述第二光导纤维(12)分别连接于所述干涉仪(13),所述第一光导纤维(10)的结构与所述第二光导纤维(12)的结构相同。

8.如权利要求7所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,其特征在于:所述第一光导纤维(10)包括纤芯和包层,所述包层包覆所述纤芯,所述纤芯是由透明材料制成的,所述包层是由折射率低于所述纤芯的折射率的材料制成的。

9.一种基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

(1)提供权利要求1-8任一项所述的基于相干成像的定向能量沉积过程无损检测设备,并控制所述激光发生器(8)发射激光束,所述第一分光器(9)将所述激光束均分成检测光和基准光,所述检测光及所述基准光分别进入所述第二分光器(7)及所述第三分光器(11);

(2)所述第三分光器(11)将所述检测光分为第一检测光及第二检测光,所述第一检测光射入熔池(15)底部并反射回所述干涉仪(13),所述第二检测光射向熔池(15)后方已经凝固的焊道(2)的表面并反射回所述干涉仪(13);同时,所述第三分光器(11)将所述基准光分为第一基准光及第二基准光,并将所述第一基准光及所述第二基准光传输给所述干涉仪(13);

(3)所述干涉仪(13)依据所述第一检测光与所述第一基准光之间的相位光程差所引起的电场相位差来生成第一干涉图,还根据所述第二基准光与第二检测激光(18)之间相对光程差所引起的电场相位差来生成第二干涉图;此外,所述干涉仪(13)将得到的第一干涉图及所述第二干涉图传输给所述上位机系统(14);

(4)所述上位机系统(14)对接收到的所述第一干涉图及所述第二干涉图进行处理以得到熔池深度变化曲线、熔池高度变化曲线及熔池宽度变化曲线,继而实现定向能量沉积过程中当前焊道的实时内部气孔缺陷及表面缺陷的在线无损检测,由此实现定向能量沉积零件的内部气孔缺陷及表面缺陷的整体在线无损检测。

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