[發明專利]一種基于激光超聲的亞表面缺陷埋藏深度的測量方法

有效

• 申請號: 201710920102.9
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107747922B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 居冰峰;王傳勇;孫安玉;孫澤青;朱吳樂;薛茂盛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G01N21/17;G01N29/07
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基于激光超聲的亞表面缺陷埋藏深度的測量方法。其步驟為：1)將激光器探頭安裝到位移平臺上；2)脈沖激光器探頭和超聲波探頭分別放置在工件亞表面缺陷的兩側；3)脈沖激光器發出脈沖激光在工件上激勵出超聲波，超聲探頭分別測得直達表面波信號R和與缺陷相互作用后的反射回信號PR；4)控制位移平臺運動，使脈沖激光在亞表面缺陷的一側以某一距離Δd掃描n(n≥2)個點，超聲探頭在每掃描一個點時接收直達波和反射回波；5)通過超聲探頭接收得到的各個掃描點的直達波信號和缺陷回波信號的到達時間，計算出亞表面缺陷的埋藏深度。本發明能夠用于超精密加工在位檢測和其他一些高溫高壓等特殊環境中的亞表面缺陷埋藏深度的檢測。

技術領域

本發明涉及無損檢測領域，尤其涉及一種基于激光超聲的亞表面缺陷埋藏深度的無損測量方法。

背景技術

亞表面缺陷，是在表面之下幾微米到幾百微米之間，尺寸大小在幾微米到數十微米之間的裂紋和壓痕，是在諸如精磨、拋光等超精密加工過程中產生的微缺陷。在零件的使用過程中，亞表面缺陷會降低零件的強度和使用壽命，對設備的安全運行產生極大的威脅，甚至可能造成不可估量的后果，輕則設備故障，重則安全事故和嚴重的經濟損失等等。因此，亞表面缺陷必須在后續的加工過程中予以去除。但是由于亞表面缺陷具有表面不可見，深度淺，尺寸小等特征，常規方法并不容易檢測到，更別提對其深度進行定量檢測。為此，眾多學者致力于研究檢測亞表面缺陷的方法。

在已有的研究中，Balogun等人開發了一套基于皮秒激光超聲的全光學掃描超聲顯微鏡系統，該系統利用皮秒激光激勵出頻率高達GHz的超聲縱波，具有探測和定量檢測微小淺表缺陷的能力。但是，由于縱波只進行單點檢測，所以需要配上掃描系統。同時，激勵和接收上GHz的超聲，也使得系統復雜而昂貴。Kromine等人提出了一種基于線源激光掃描技術來探測亞表面缺陷，該方法通過線源激光激勵出聲表面波，在線源激光掃描過程中表面波回波會發生較大的變化，通過這個信號的變化來檢測亞表面缺陷。該方法能夠快速探測到亞表面缺陷并對其進行定位，但是對于亞表面缺陷的埋藏深度的測量卻無能為力。Cho通過使用點源激光激發的表面波檢測了粘接質量，同時通過機械掃描裝置掃描，對亞表面橫向缺陷進行了定位，該方法同樣不能對亞表面缺陷埋藏深度進行定量測量。其他無損檢測方法，諸如熱波成像法和X射線檢測法等，在亞表面缺陷的檢測中也有所應用。但是熱波成像技術對于微小缺陷不敏感，且不能進行定量檢測。X射線方法雖然比較成熟，但是設備成本高，且射線對人體有害，不能很好的應用到在位測量中。

在無損檢測領域，探測到缺陷和對缺陷尺寸進行定量檢測同樣重要，對于精密和超精密加工中產生的亞表面缺陷更是如此。亞表面缺陷的埋藏深度對于后續加工去除缺陷層是一個重要的參數。在已有的無損檢測方法中，很少有能對亞表面缺陷的埋藏深度進行定量測量。本發明能夠快速準確的探測到亞表面缺陷并對其埋藏深度進行定量測量。如果采用激光干涉儀探測超聲，該方法還可以用于在位測量，或者用于高溫高壓等極端環境下的缺陷檢測。

發明內容

本發明是為了檢測精密以及超精密加工材料在加工過程中所產生的亞表面缺陷的埋藏深度，以指導后續加工把缺陷去除掉，而提出的一種基于激光超聲表面波的亞表面缺陷埋藏深度的測量方法。其具體方案如下：

一種基于激光超聲的亞表面缺陷埋藏深度的測量方法，包括以下步驟：

1)將脈沖激光器探頭安裝在位移運動平臺上，位移運動平臺的運動方向與亞表面缺陷的長度方向垂直；

2)脈沖激光器探頭和超聲探頭分別放置在亞表面缺陷的兩側，且脈沖激光器探頭照射在工件上的激光光斑與超聲探頭的連線與亞表面缺陷垂直；