[發(fā)明專利]一種用于評價(jià)工件表面形貌結(jié)構(gòu)的激光散射檢測方法

在審

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• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113340853A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷景飛;徐九華;丁文鋒;蘇宏華;陳燕;楊長勇;張全利;趙正材
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;G01N21/21;G01B11/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

1.一種用于評價(jià)工件表面形貌結(jié)構(gòu)的激光散射檢測方法，其特征在于，激光器(1)發(fā)射檢測激光，檢測激光束經(jīng)過起偏器(2)，變?yōu)榫€偏振光(3)，再經(jīng)過偏振分光鏡(4)，照射到加工材料表面(7)，加工材料表面上背散射光經(jīng)過偏振分光鏡(4)，與入射光不同偏振狀態(tài)的光(5)被偏振分光鏡反射，進(jìn)而被探測器(6)接受，通過改變加工材料表面與檢測激光束的夾角，獲得不同角度下加工材料表面(7)背散射光的偏振狀態(tài)分布，通過求解獲得加工表面的高度起伏方差s²和相關(guān)長度S_al，通過回歸分析獲得零件加工表面準(zhǔn)確的高度起伏方差s²和相關(guān)長度S_al值，實(shí)現(xiàn)加工表面紋理結(jié)構(gòu)和形貌特征的精確檢測與評價(jià)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于評價(jià)工件表面形貌結(jié)構(gòu)的激光散射檢測方法，激光器提供光學(xué)系統(tǒng)的信號源；起偏器放置于激光器出光口前端，使得激光偏振狀態(tài)為線偏振激光；偏振分光鏡放置于擴(kuò)束鏡出光口的前方，用于分離不同偏振狀態(tài)的光；探測器用于探測表面背散射光偏振方向改變的光功率信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于評價(jià)工件表面形貌結(jié)構(gòu)的激光散射檢測方法，其特征在于，所述的工件是非透明材料，材料表面是平面或者復(fù)雜曲面，所述入射角的調(diào)整角度是0-60°。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于評價(jià)工件表面形貌結(jié)構(gòu)的激光散射檢測方法，其特征在于，所述的工件是金屬或者非金屬。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的用于評價(jià)工件表面形貌結(jié)構(gòu)的激光散射檢測方法，其特征在于，具體工藝如下：

步驟一、激光器發(fā)射激光，經(jīng)過起偏器之后，激光變?yōu)榫€偏振光，經(jīng)過偏振分光鏡透射，照射到待測樣品表面上；

步驟二、線偏振激光經(jīng)過待測樣品加工材料表面粗糙峰、紋理形貌背散射后，偏振狀態(tài)發(fā)生改變；

步驟三、樣品加工材料表面背散射光經(jīng)過偏振分光鏡，與原入射光偏振方向不同的光，被偏振分光鏡反射，進(jìn)而被探測器接受；

步驟四、改變激光束與樣品表面的相對角度，獲得樣品在不同位置時(shí)的背散射光信號；

步驟五、基于不同位置處探測器接受背散射光偏振信號分布，求解獲得加工表面的高度起伏方差s²和相關(guān)長度S_al；

探測器測量的光信號主要取決于加工表面的高度起伏方差s²和相關(guān)長度S_al，通過不同角度下加工表面背散射光的偏振狀態(tài)，根據(jù)公式(1)，求解不同角度處加工表面的高度起伏方差s²和相關(guān)長度S_al；

其中，C_pp、C_ps、C_ss、C_sp分別表示不同偏振狀態(tài)背散射光與入射光強(qiáng)度的比值；θ_i、k分別表示入射光的入射角和波數(shù)；r_p、r_s表示不同偏振狀態(tài)光在加工表面的振幅反射系數(shù)。

每一個(gè)角度對應(yīng)一個(gè)Cpp、Cps、Css、Csp值，而這些值只取決于s²和Sal，那么檢測兩個(gè)不同入射角就能得到關(guān)于s²和Sal的二元一次方程組，即可解出s²和Sal；

步驟六、通過線性回歸法零件加工表面準(zhǔn)確的高度起伏方差s²和相關(guān)長度S_al值，實(shí)現(xiàn)加工表面紋理結(jié)構(gòu)和形貌特征的精確檢測與評價(jià)。