一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法技术

本发明专利技术公开了一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，根据偏振激光散射原理，经金属基复材表面散射的表面单次散射光偏振状态与入射激光基本保持一致，而经表面损伤处散射的损伤多次散射光偏振状态与入射光明显不同，通过光学信号处理系统即可将表面损伤处的损伤多次散射光从检测光线中分离出来，并进行信号增强，从而检测到表面损伤，通过计算机分析，进一步得到损伤的位置信息。本发明专利技术通过分离散射光线排除了表面粗糙度对表面损伤检测的影响，可以提供更准确的损伤检测结果，从而精确指导后续加工工艺。本发明专利技术通过调整入射P偏振光的光斑大小，可以调整检测精度和检测速度，最高可以实现5μm以下的损伤检测。最高可以实现5μm以下的损伤检测。最高可以实现5μm以下的损伤检测。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法


[0001]本专利技术涉及无损检测
，具体为一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法。

技术介绍

[0002]金属基复材是以金属或合金为基体，与一种或几种增强材料混合制成的复合材料，具有异质、不连续的特点。金属基复材既保留了原有组分材料的强度和刚度，又增强了韧性。由于其优良的综合性能，金属基复材广泛应用于航空航天、国防军工、武器装备等领域。
[0003]目前，应用于金属基复材的无损检测技术主要有超声波检测法、X射线检测法、工业CT法(计算机断层扫描)、涡流检测法、红外热成像法和荧光渗透法。超声波检测法具有穿透能力强、安全性好、检测范围广等优点，目前成为金属基复材无损检测最主要的手段，但杨治国在《颗粒增强金属基复合材料损伤的超声检测与监测》一文中指出，超声波检测法对位于表面和非常接近表面的某些缺陷常常难以检测。蒋福棠等在《金属基复合材料的无损检测》一文中对X射线检测法进行了评价，指出X射线检测法是检查金属基复材中孔隙、夹杂等体积型缺陷的优良方法，但对于裂纹损伤，通常只能检测与试件表面垂直的裂纹。工业CT法作为一种先进的无损检测技术对各种缺陷的检测能力大大优于X射线检测法，但其设备结构复杂，对检测人员要求高，另外倪培君等在《工业CT检测的实验室能力认可》中指出工业CT设备的焦点尺寸与空间分辨率之间相互制约，无法对大尺寸零件进行高精度检测。涡流检测法和红外热成像法是一种常用的检测金属材料缺陷的无损检测方法，但基于其检测原理，无法检测颗粒增强金属基复材等非连续性材料。荧光渗透法是利用毛细现象检查材料表面开口缺陷的一种无损检测方法，如一种荧光渗透检测方法及其应用(公开号：CN115372253 A)，可以检测金属和非金属，但需要检测人员在暗室中观察缺陷，易产生视觉疲劳，造成错检。目前，偏振激光散射检测方法被应用于检测硅片等半导体材料的亚表面损伤(如：一种偏振激光散射检测单晶硅片亚表面损伤的方法，公开号：CN109781666 B)，尚未有应用于金属基复材检测的报道。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术要提供一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，能够解决现有检测设备复杂、检测精度不足、检测速度慢的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，包括以下步骤：
[0006]A、激光器发射检测激光束，检测激光束经过扩束镜放大光束，再经偏振片变为P偏振光，P偏振光经过偏振分光镜反射，入射到金属基复材样品上；
[0007]B、P偏振光在金属基复材样品表面发生单次散射和反射，在表面损伤处发生多次散射；表面单次散射光的偏振状态几乎与P偏振光保持一致，而损伤多次散射光则变成部分
偏振光和S偏振光，通过偏振分光镜将部分偏振光和S偏振光从散射光线中分离出来；
[0008]C、部分偏振光再经过四分之一波片变为S偏振光，经格兰镜过滤掉除S偏振光以外的光线，S偏振光由光电检测器检测并转化为电信号，电信号经过数据采集卡转化为数字信号，然后将数字信号传送给计算机；
[0009]D、使用计算机通过运动控制器控制移动平台，使P偏振光照射在金属基复材样品表面上；控制移动平台沿X轴、Y轴按照S型路线进行移动，使P偏振光完成金属基复材样品表面的检测；
[0010]E、通过计算机分析处理数据采集卡采集的数字信号，准确获得金属基复材样品表面损伤的位置信息。
[0011]本专利技术所述的金属基复材包括纤维增强金属基复材、晶须增强金属基复材和颗粒增强金属基复材。
[0012]本专利技术所述的偏振分光镜、四分之一波片和格兰镜组成光学信号处理系统，对S偏振光进行分离和增强。
[0013]本专利技术应用于金属基复材样品表面损伤检测中，与现有检测方法相比主要优点如下：
[0014]1、本专利技术根据偏振激光散射原理，经金属基复材表面散射的表面单次散射光偏振状态与入射激光基本保持一致，而经表面损伤处散射的损伤多次散射光偏振状态与入射光明显不同，通过光学信号处理系统即可将表面损伤处的损伤多次散射光从检测光线中分离出来，并进行信号增强，从而检测到表面损伤，通过计算机分析，进一步得到损伤的位置信息。
[0015]2、本专利技术通过分离散射光线排除了表面粗糙度对表面损伤检测的影响，可以提供更准确的损伤检测结果，从而精确指导后续加工工艺。
[0016]3、本专利技术通过调整入射P偏振光的光斑大小，可以调整检测精度和检测速度，最高可以实现5μm以下的损伤检测。
[0017]4、本专利技术可应用于金属基复材样品表面损伤离线或者在线检测，金属基复材包括铝基碳化硅、钛基碳化硅等。相较于现有检测方法，更具有工业价值。
附图说明
[0018]图1表示本专利技术的流程图。
[0019]图2表示本专利技术所用装置的结构示意图。
[0020]图3表示经四分之一波片将部分偏振光转化为S偏振光的示意图。
[0021]图4表示金属基复材样品表面单次散射和损伤多次散射的示意图。
[0022]图5表示本专利技术扫描检测的路径示意图。
[0023]图中：1、激光器，2、检测激光束，3、扩束镜，4、偏振片，5、P偏振光，6、偏振分光镜，7、金属基复材样品，8、移动平台，9、部分偏振光，10、四分之一波片，11、格兰镜，12、S偏振光，13、光电检测器，14、数据采集卡，15、计算机，16、运动控制器，17、表面单次散射光，18、损伤多次散射光，19、表面损伤，20、S型路线。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术进行进一步地描述。
[0025]如图1
‑
5所示，一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，包括以下步骤：
[0026]A、将待测金属基复材样品7放置于移动平台8上；
[0027]B、启动激光器1发射检测激光束2，检测激光束2经扩束镜3放大光束，再经偏振片4变为P偏振光5，P偏振光5经过偏振分光镜6反射，入射到金属基复材样品7上。
[0028]经待测金属基复材样品7散射，产生表面单次散射光17和损伤多次散射光18，经偏振分光镜6将表面单次散射光17和损伤多次散射光18分离，包含有表面损伤信息的部分偏振光9和S偏振光12，依次透过偏振分光镜6、四分之一波片10和格兰镜11，经四分之一波片10将部分偏振光9转化为S偏振光12，经格兰镜11过滤掉除S偏振光12以外的光线；包含表面损伤19信息的S偏振光12被光电检测器13接收；
[0029]C、启动光电检测器13检测待测金属基复材样品7表面损伤散射信号；
[0030]D、使用计算机15通过运动控制器16控制移动平台8使P偏振光5照射在待测金属基复材样品7表面上；控制移动平台8沿X轴、Y轴按照S型路线20进行移动，使P偏振光5完成待测金属基复材样品7表面的检测；
[0031]F、计算机15分析处理光电检测器13测得的信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、激光器(1)发射检测激光束(2)，检测激光束(2)经过扩束镜(3)放大光束，再经偏振片(4)变为P偏振光(5)，P偏振光(5)经过偏振分光镜(6)反射，入射到金属基复材样品(7)上；B、P偏振光(5)在金属基复材样品(7)表面发生单次散射和反射，在表面损伤(19)处发生多次散射；表面单次散射光(17)的偏振状态与P偏振光(5)保持一致，而损伤多次散射光(18)则变成部分偏振光(9)和S偏振光(12)，通过偏振分光镜(6)将部分偏振光(9)和S偏振光(12)从散射光线中分离出来；C、部分偏振光(9)再经过四分之一波片(10)变为S偏振光(12)，经格兰镜(11)过滤掉除S偏振光(12)以外的光线，S偏振光(12)由光电检测器(13)检测并转化为电信号，电信号经过数据采集卡(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：白倩，石芳媛，康仁科，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：