一种青铜器表面缺陷检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种青铜器表面缺陷检测系统，包括光路产生装置、数据采集装置以及数据处理装置；其中，光路产生装置包括激光发生器和光路调节器；数据采集装置包括电容式位移传感器、前置放大器及高速数据采集卡；数据处理装置包括数据处理器和显示器，数据采集装置用以提取放大后的电位移信号，数据处理装置用以提取因缺陷非线性调制作用引起的新的超声频率成份的特征值，并将特征值按照扫描点的空间位置进行排布，以将缺陷位置及尺寸以图像方式表现出来，并在显示器进行可视化显示。本实用新型专利技术所公开系统能扫描检测青铜器表面缺陷的位置及尺寸信息，具有检测效率高、检测精度高、对待测青铜器表面无损伤等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种青铜器表面缺陷检测系统
本技术属于考古领域，尤其涉及一种用于青铜器表面缺陷检测的系统。
技术介绍
青铜器在世界各地均有出现，是一种世界性文明的象征。随着中国考古事业的发展，我国也相继挖掘出土了大量青铜器文物。青铜器文物主要是指：以古代传统工艺制作的，以锡、铅、铜为基本元素的青铜器具。受铸造工艺及外界环境影响，青铜器表面极易产生砂孔、气眼或疲劳裂纹等缺陷。如不能及时发现并尽快修复，在外界环境（如温度、湿度、外力作用等）影响下，这些缺陷可能会逐步扩展，最终导致青铜器文物产生断裂式破坏，这对于青铜器文物的保护是极其不利的。因此，对青铜器表面缺陷，尤其是表面早期微小缺陷进行检测，对于文物的保护具有重要意义。国内外现有青铜器表面缺陷检测方式主要有涡流检测、射线检测、超声波检测等。涡流检测首先利用铁磁圈在青铜器表面及内部感应产生电涡流，进而根据电磁场分布情况判断青铜器内部及表面质量情况。但在青铜器内部产生的电涡流会导致青铜器被测部位连续发热，可能会影响青铜器表面及内部材质，这对文物保护极其不利。射线检测一般利用射线（如X射线等）照射待测青铜器，通过观察射线透过青铜器后衰减程度对青铜器表面及内部质量情况进行检测。这种检测方法对环境、对操作工人身体具有较大损伤，目前已基本不采用。青铜器表面缺陷检测最常用的方式是超声波检测。超声波在青铜器表面及内部进行传播时，当青铜器表面存在缺陷，超声波传播特性（如幅值、相位等）发生变化，通过对波传播特性的改变进行分析，可以对缺陷进行检测。传统超声波检测方式一般利用超声换能器在青铜器表面激发超声波，再利用压电陶瓷传感器等在青铜器表面接收与缺陷作用后波形，通过对波传播特性改变进行分析以实现缺陷检测。这种检测方式存在如下缺点：（1）超声换能器需要直接接触青铜器表面进行超声波激发，检测中超声换能器可能会划伤青铜器表面，（2）超声换能器或压电陶瓷传感器需要通过耦合剂与青铜器表面粘接，耦合剂可能对青铜器产生腐蚀作用，（3）在某些特殊条件下（如无氧、高压等），检测用耦合剂可能出现失效问题，（4）所用超声波换能器或压电陶瓷传感器尺寸相对较大，在检测过程中存在较大检测盲区。
技术实现思路
本技术为解决现有青铜器表面缺陷检测方式的不足而提供一种青铜器表面缺陷检测系统，能够对实际青铜器表面缺陷位置、尺寸进行高效、高精度、无损检测。本技术为解决所述技术问题的一种青铜器表面缺陷检测系统，包括：光路产生装置、数据采集装置以及数据处理装置；其中，光路产生装置包括激光发生器和光路调节器；激光发生器用以激发高能激光脉冲束；光路调节器用以对激光发生器产生的高能激光脉冲束进行对焦、分光，以及控制高能激光脉冲束以预设速率及预设路径对待检测青铜器表面进行扫描检测；数据采集装置包括电容式位移传感器、前置放大器及高速数据采集卡；电容式位移传感器设置于待检测青铜器表面上方的指定位置，与待检测青铜器表面是非接触关系，以在感应高能激光脉冲束照射到待检测青铜器表面后产生的激光超声波后，产生电位移信号；电容式位移传感器输出端连接前置放大器输入端，前置放大器用以将电容式位移传感器产生的微弱电位移信号进行放大；前置放大器输出端连接高速数据采集卡输入端，用以对放大后电位移信号进行采集；数据处理装置包括数据处理器和显示器，高速数据采集卡的输出端与数据处理器输入端相连接，数据处理器输出端与显示器相连接，数据处理器用以提取放大后的电位移信号，进行处理得到因缺陷非线性调制作用引起的新的超声频率成份的特征值，并将特征值按照扫描点的空间位置进行排布，以将缺陷位置及尺寸以图像方式表现出来，并传输到显示器进行显示。其中，经聚焦后高能激光脉冲束的光斑直径为0.3mm。其中，激光发生器产生高能激光脉冲束后，经过一分束器作用分为第一激光束与第二激光束；其中，第一激光束作为触发信号打开高速数据采集卡使能端口，以使高速数据采集卡进入工作状态，第二激光束在光路调节器的控制下照射到待检测青铜器表面，以对待检测青铜器表面缺陷进行二维点阵扫描检测。其中，光路调节器控制第二激光束在待检测青铜器表面检测的扫描路径是周期形方波，相邻两扫描点之间距离为0.1mm。其中，激光发生器为Nd:YAG激光发生器，所激发脉冲束脉冲宽度为20ns，波长为1064nm，激发频率为20KHz。本技术有益效果是：（1）检测用激光超声波的远程非接触式激发及利用电容式位移传感器对超声信号的非接触式接收的搭配使用，实现了青铜器表面缺陷的非接触式测量，因此本系统能在无氧、高温等极端环境下正常工作；（2）数据处理装置在提取因缺陷存在导致的新频率成份波形特征值时候，引入了状态空间法及非线性特征参数：局部吸引子变化比，相对于传统线性特征参数，如均值、方差等对缺陷敏感度更高，因而缺陷检测精度高；（3）激光发生器、光路调节器、扫描振镜集成在控制柜内，控制柜固定平放在地面或其他支撑物上，因此控制柜内的光路固定稳固，因此能有效避免振动对光路产生的影响；（4）数据处理装置提取的缺陷信号特征能够以图像形式在显示器上进行可视化实时显示，有助于操作人员实时、直观了解待测青铜器表面缺陷情况；（5）激光扫描技术的使用实现了缺陷位置及尺寸信息的精确检测，通过计算缺陷在成像图中占据的扫描点个数，根据相邻两扫描点之间距离，可以精确计算裂纹尺寸。附图说明图1为本技术所述的一种青铜器表面缺陷检测系统的整体结构示意图。图2为本技术所述的一种青铜器表面缺陷检测系统的三维结构示意图。图3为本技术所述的一种青铜器表面缺陷检测系统的光路结构图。图4为含实际砂孔缺陷的青铜器表面图像，该图由基恩士电子显微镜拍摄生成，放大倍数为50倍。图5为利用本技术所述一种青铜器表面微缺陷检测系统对图4所述青铜器表面缺陷进行检测后的缺陷成像图。附图标号：1-激光发生器、2-光路调节器、3-待测含缺陷青铜器、4-电容式位移传感器、5-前置放大器、6-高速数据采集卡、7-数据处理器、8-显示器、9-第一凸透镜、10-分光镜、11-第二凸透镜、12-反射镜、13-扫描振镜。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本技术保护的范围。参照图1和图2，图1是本技术提供的一种青铜器表面缺陷检测系统的结构示意图，图2是本技术提供的一种青铜器表面缺陷检测系统的三维结构示意图。该系统包括：光路产生装置、数据采集装置以及数据处理装置；其中，光路产生装置包括激光发生器1和光路调节器2；激光发生器1用以激发高能激光脉冲束；光路调节器2用以对激光发生器产生的高能激光脉冲束进行对焦、分光，以及控制高能激光脉冲束以预设速率对待检测青铜器3表面进行扫描检测。产生的光路示意图如图3所示。数据采集装置包括电容式位移传感器4、前置放大器5及高速数据采集卡6；电容式位移传感器4设置于待检测青铜器3表面上方的指定位置，与待检测青铜器3表面是非接触关系，以在感应高能激光脉冲束照射到待检测青铜器表面后产生的激光超声波后，产生电位移信号；电容式位移传感器4输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种青铜器表面缺陷检测系统，其特征在于，包括光路产生装置、数据采集装置以及数据处理装置；其中，所述光路产生装置包括激光发生器和光路调节器；激光发生器用以激发高能激光脉冲束；光路调节器用以对激光发生器产生的高能激光脉冲束进行对焦、分光，以及控制高能激光脉冲束以预设速率对待检测青铜器表面进行扫描检测；所述数据采集装置包括电容式位移传感器、前置放大器及高速数据采集卡；电容式位移传感器设置于待检测青铜器表面上方的指定位置，与待检测青铜器表面是非接触关系，以在感应高能激光脉冲束照射到待检测青铜器表面后产生的激光超声波后，产生电位移信号；电容式位移传感器输出端连接前置放大器输入端，前置放大器用以将电容式位移传感器产生的微弱电位移信号进行放大；前置放大器输出端连接高速数据采集卡输入端，用以对放大后电位移信号进行采集；所述数据处理装置包括数据处理器和显示器，高速数据采集卡的输出端与数据处理器输入端相连接，数据处理器输出端与显示器相连接，数据处理器用以提取放大后的电位移信号，进行处理得到因缺陷非线性调制作用引起的新的超声频率成份的特征值，并将特征值按照扫描点的空间位置进行排布，以将缺陷位置及尺寸以图像方式表现出来，并传输到显示器进行显示。...

【技术特征摘要】
1.一种青铜器表面缺陷检测系统，其特征在于，包括光路产生装置、数据采集装置以及数据处理装置；其中，所述光路产生装置包括激光发生器和光路调节器；激光发生器用以激发高能激光脉冲束；光路调节器用以对激光发生器产生的高能激光脉冲束进行对焦、分光，以及控制高能激光脉冲束以预设速率对待检测青铜器表面进行扫描检测；所述数据采集装置包括电容式位移传感器、前置放大器及高速数据采集卡；电容式位移传感器设置于待检测青铜器表面上方的指定位置，与待检测青铜器表面是非接触关系，以在感应高能激光脉冲束照射到待检测青铜器表面后产生的激光超声波后，产生电位移信号；电容式位移传感器输出端连接前置放大器输入端，前置放大器用以将电容式位移传感器产生的微弱电位移信号进行放大；前置放大器输出端连接高速数据采集卡输入端，用以对放大后电位移信号进行采集；所述数据处理装置包括数据处理器和显示器，高速数据采集卡的输出端与数据处理器输入端相连接，数据处理器输出端与显示器相连接，数据处理器用以提取放大后的电位移信号，进行处理得到因缺陷非线性调制作用引起的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷水，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：新型
国别省市：山西,14