[發(fā)明專利]一種材料內(nèi)部缺陷的激光超聲透射時(shí)延檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810998746.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN109374627A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫凱華;王增勇;李建文;孫朝明;葛繼強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88;G01N21/17
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明;韓志英

本發(fā)明公開了一種材料內(nèi)部缺陷的激光超聲透射時(shí)延檢測(cè)方法。該方法包括如下步驟：首先，通過激光器激發(fā)的脈沖激光作用在樣品表面激發(fā)出超聲體波；其次，在樣品的另一側(cè)表面，利用探測(cè)激光聚焦在激發(fā)激光的對(duì)心位置處來(lái)探測(cè)超聲體波信號(hào)；再次，通過二維移動(dòng)樣品實(shí)現(xiàn)掃查，選取樣品無(wú)缺陷位置處信噪比較高的超聲體波作為參考波，對(duì)所有掃查點(diǎn)處探測(cè)得到的超聲波信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算；最后，通過計(jì)算超聲波信號(hào)波形相關(guān)系數(shù)和相關(guān)系數(shù)最大處的波形時(shí)延值來(lái)對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明的激光超聲透射時(shí)延檢測(cè)方法對(duì)于內(nèi)部缺陷尤其是亞毫米微缺陷的檢測(cè)具有高靈敏度和高穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部缺陷的準(zhǔn)確定位和定量，適用于各類材料的無(wú)損檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種材料內(nèi)部缺陷的激光超聲透射時(shí)延檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

內(nèi)部缺陷廣泛存在于各類材料和產(chǎn)品工件中，如果未能及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這些缺陷在外力作用下將逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致工件產(chǎn)品斷裂失效，嚴(yán)重危及產(chǎn)品質(zhì)量與工程安全，因此，對(duì)材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確和及時(shí)的無(wú)損檢測(cè)至關(guān)重要。然而，隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，對(duì)于內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)也提出了高精度、高速在線檢測(cè)以及非接觸檢測(cè)等高要求，常規(guī)無(wú)損檢測(cè)手段已經(jīng)難以滿足要求。激光超聲技術(shù)（固體中的激光超聲[M]. 北京:人民郵電出版社, 2015.）作為一種新興的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有無(wú)輻射、非接觸、快速檢測(cè)、高空間分辨率、可適應(yīng)高溫高壓惡劣環(huán)境、激發(fā)的超聲波具有寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，在材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，利用現(xiàn)有激光超聲技術(shù)對(duì)內(nèi)部缺陷尤其是亞毫米級(jí)的微小內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)還存在一些技術(shù)難題，主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是在激光無(wú)損激發(fā)超聲波的條件下，沿垂直材料表面方向傳播的超聲波的幅值較低，缺陷檢測(cè)信號(hào)的信噪比偏低；二是在激光超聲掃描檢測(cè)的過程中，材料不同掃描位置處的表面狀態(tài)存在差異，對(duì)激發(fā)激光的吸收以及探測(cè)激光的信號(hào)接收都會(huì)產(chǎn)生較大影響，從而引起超聲幅值的波動(dòng)。因此，在利用超聲幅值變化對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，無(wú)論是信號(hào)的低信噪比還是幅值波動(dòng)均會(huì)對(duì)內(nèi)部缺陷尤其是亞毫米微缺陷檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，并且缺陷越小，該影響越大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種材料內(nèi)部缺陷的激光超聲透射時(shí)延檢測(cè)方法。

本發(fā)明的材料內(nèi)部缺陷的激光超聲透射時(shí)延檢測(cè)方法包括以下步驟：

a.激光器發(fā)射出脈沖激光經(jīng)凸透鏡聚焦后形成圓形光源輻照在固定在平移臺(tái)上的樣品的一側(cè)表面，產(chǎn)生超聲體波，超聲體波向樣品的內(nèi)部傳播；

b.超聲體波與樣品中的內(nèi)部缺陷作用后形成透射體波，并傳播至樣品的另一側(cè)；

c.激光干涉儀的探頭發(fā)射出連續(xù)的探測(cè)激光，探測(cè)激光輻照在樣品另一側(cè)表面，探測(cè)激光與圓形光源分布在樣品兩側(cè)的對(duì)心位置處，探測(cè)激光探測(cè)超聲體波和透射體波的超聲波信號(hào)；

d.工控機(jī)接收和記錄激光器發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)和激光干涉儀探測(cè)得到的超聲波信號(hào)，同時(shí)，工控機(jī)控制平移臺(tái)沿掃查路徑進(jìn)行二維運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)樣品進(jìn)行二維掃查檢測(cè)；

e.選取樣品的無(wú)缺陷位置處掃查信號(hào)中信噪比≥24 dB的超聲體波作為參考波，對(duì)掃查路徑上所有點(diǎn)探測(cè)得到的超聲波信號(hào)波形進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，計(jì)算超聲波信號(hào)波形相關(guān)系數(shù)和超聲波信號(hào)波形相關(guān)系數(shù)最大處的波形時(shí)延值；

f.將所有探測(cè)點(diǎn)處計(jì)算得到超聲波信號(hào)波形相關(guān)系數(shù)以及波形時(shí)延值繪制成相關(guān)系數(shù)C掃圖和時(shí)延C掃圖，依據(jù)C掃圖中的灰度值差異來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定內(nèi)部缺陷的位置和尺寸。

步驟a中的圓形光源的直徑D范圍為1 mm≤ D≤2 mm。

步驟a中的樣品為金屬材料時(shí)，在樣品被圓形光源輻照的一側(cè)增加非金屬覆蓋層，非金屬覆蓋層的厚度h≤2 mm，非金屬覆蓋層通過耦合劑與樣品表面緊密連接；或者，增加圓形光源的能量直至樣品表面產(chǎn)生微熔蝕。