一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]光聲成像技術是一種新型的無損檢測技術，以短脈沖激光作為激勵源，以檢測到待測對象的光聲信號并將光聲信號作為信息載體，通過相應的圖像重建算法重建待測對象的結構等信息。光聲信號實質是超聲信號，同時具有光學信號的高對比度特性和超聲信號的高穿透性特征，材料對超聲的衰減散射遠小于對光的衰減和散射，用寬帶超聲探測器檢測超聲波代替光學成像中檢測散射光子，可以提供高對比度和高分辨率的影像，其成像達到厘米量級深度和微米量級分辨率。
[0003]鋼軌缺陷直接影響列車安全。鋼軌缺陷幾乎全部起源于鋼軌表面，隨時間推移向內發展形成多種缺陷類型，因此對于鋼軌表面缺陷無損檢測方法的研究十分重要。現有的鋼軌缺陷無損檢測技術對于鋼軌表面缺陷的檢測能力有限，如渦流檢測技術僅能檢測個別類型的表面缺陷，視覺檢測技術檢測不到近表面的缺陷信息。
【發明內容】
[0004]鑒于上述問題，本發明提供一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法及裝置，以解決現有無損檢測技術對鋼軌表面缺陷檢測能力有限的問題，實現多種類型的鋼軌表面缺陷的精確檢測。
[0005]根據本發明的一個方面，提供了一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法，該方法包括:
[0006]采用脈沖激光逐點逐行掃描鋼軌表面的待測區域，以激發該待測區域產生光聲信號;
[0007]采用聚焦超聲探頭同步采集待測區域中每一待測點的光聲信號，并對所述光聲信號進行預處理后上傳至計算機；
[0008]待測區域掃描完成后，所述計算機根據接收到的所有待測點的光聲信號進行圖像重建，得到光聲圖像；
[0009]對所述光聲圖像進行處理與分析，確定鋼軌表面缺陷信息。
[0010]可選的，所述對所述光聲信號進行預處理的步驟，具體包括:
[0011]對所述光聲信號依次進行放大、濾波和AD轉換；
[0012]對AD轉換后的模擬信號進行采樣，得到所述光聲信號的模擬采樣信號。
[0013]可選的，所述采用脈沖激光逐點逐行掃描鋼軌表面的待測區域，具體為:
[0014]以10um為掃描步長，且以10um為行間距，采用脈沖激光對鋼軌表面的待測區域進行逐點逐行掃描。
[0015]根據本發明的另一個方面，提供了一種應用于上述鋼軌表面缺陷檢測方法的基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測裝置，該裝置包括:
[0016]脈沖激光器、擴束鏡、聚焦鏡、光纖、聚焦超聲探頭、采集電路和計算機；
[0017]所述脈沖激光器，用于產生對鋼軌表面的待測區域進行掃描的脈沖激光，所述脈沖激光依次經過所述擴束鏡和聚焦鏡進行擴束和聚焦后，通過所述光纖照射到鋼軌表面的待測區域；
[0018]所述聚焦超聲探頭、采集電路和計算機依次電氣連接；所述聚焦超聲探頭，浸入耦合液中，對準鋼軌表面的待測區域的激光斑點中心，用于同步采集待測區域中每一待測點的光聲信號，并將采集到的光聲信號傳輸到采集電路；所述采集電路對所述光聲信號進行預處理后上傳至所述計算機；所述計算機根據接收到的所有待測點的光聲信號進行圖像重建，得到光聲圖像，并對所述光聲圖像進行處理與分析，確定鋼軌表面缺陷信息。
[0019]可選的，所述裝置還包括:
[0020]伺服驅動平臺，用于承載并固定所述光纖和聚焦超聲探頭，并在所述采集電路的控制下，進行位置移動。
[0021]可選的，所述脈沖激光器產生的脈沖激光，其波長為532nm，脈沖寬度為6nm。
[0022]可選的，所述聚焦超聲探頭，具體為單陣元的寬帶探頭，所述寬帶探頭的帶寬為5 ?1MHz。
[0023]本發明的有益效果為:
[0024]本發明提供的基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法及裝置，具有以下有益效果:
[0025](I)本發明利用激光激發鋼軌表面產生的光聲信號所具有的高對比度和高穿透性的特點，克服了缺陷類型對檢測方法的限制問題，能夠檢測多種類型的鋼軌表面缺陷。
[0026](2)本發明采用逐點掃描的方式采集鋼軌表面的光聲信號，掃描步長取lOOum，檢測精度更高，結果更精確，同時利用光聲圖像直觀地展現了缺陷的狀況。
[0027](3)本發明采用光聲信號為載體采集鋼軌表面的缺陷信息，具有非接觸的特點，能夠在極端環境下進行作業，同時能夠應用于多種材料的表面缺陷檢測。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
[0029]圖1為本發明實施例提出的一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法的流程圖；
[0030]圖2為本發明另一實施例提出的一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法的流程圖；
[0031]圖3為本發明實施例提出的一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測裝置的結構示意圖；
[0032]圖4為本發明實施例中待測鋼軌橫裂紋缺陷的幾何模型示意圖；
[0033]圖5為本發明實施例中待測鋼軌斜裂紋缺陷的幾何模型示意圖；
[0034]圖6為本發明實施例中待測鋼軌魚鱗狀剝離缺陷的幾何模型示意圖；
[0035]圖7為本發明實施例中采集的鋼軌表面待測區域的光聲信號示意圖；
[0036]圖8為本發明實施例中待測鋼軌橫裂紋缺陷的光聲重建圖像；
[0037]圖9為本發明實施例中待測鋼軌斜裂紋缺陷的光聲重建圖像；
[0038]圖10為本發明實施例中待測鋼軌魚鱗狀剝離缺陷的光聲重建圖像。
【具體實施方式】
[0039]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0040]本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0041]本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)，具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語，應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非被特定定義，否則不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0042]圖1示出了本發明實施例的一種基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法的流程圖。
[0043]參照圖1，本發明實施例提出的基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法具體包括以下步驟:
[0044]S11、采用脈沖激光逐點逐行掃描鋼軌表面的待測區域，以激發該待測區域產生光聲信號;
[0045]其中，所述采用脈沖激光的波長為532nm，脈沖寬度為6nm。
[0046]采用脈沖激光逐點逐行掃描鋼軌表面的待測區域的步驟，具體為:
[0047]以10um為掃描步長，且以10um為行間距，采用脈沖激光對鋼軌表面的待測區域進行逐點逐行掃描。
[0048]S12、采用聚焦超聲探頭同步采集待測區域中每一待測點的光聲信號，并對所述光聲信號進行預處理后上傳至計算機；
[0049]其中，所述聚焦超聲探頭采用的是單陣元的寬帶探頭，探頭帶寬為5?10MHz，與光聲信號頻率保持一致。
[0050]S13、待測區域掃描完成后，所述計算機根據接收到的所有待測點的光聲信號進行圖像重建，得到光聲圖像；
[0051]其中，圖像重建具體是指用采集的每個待測點的光聲信號幅值來表征鋼軌表面該點的光吸收強弱，以此得到整個待測區域的表面光吸收分布。
[0052]S14、對所述光聲圖像進行處理與分析，確定鋼軌表面缺陷信息。
[0053]在本發明的另一實施例中，所述對所述光聲信號進行預處理的步驟，具體包括:
[0054]對所述光聲信號依次進行放大、濾波和AD轉換；
[0055]對AD轉換后的模擬信號進行采樣，得到所述光聲信號的模擬采樣信號。
[0056]本發明實施例提出的基于光聲信號的鋼軌表面缺陷檢測方法，如圖2所示，首先，使用脈沖激光掃描高鐵鋼軌表面的待測區域中的某一待測點，以激發該待測點產生的光聲信號；然后，利用聚焦超聲探頭同步采集光聲信號，經放大、濾波、AD轉換和采樣后上傳至計算機；判斷是否完成了待測區域中全部待測點的掃描，待測區域掃描完成后，利用所有點的光聲信號進行圖像重建，得到鋼軌表面的光吸收分布，最后，對光聲圖像進行處理與分析，得到鋼軌表面缺陷的位置、