[发明专利]固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置及方法，该装置包括检测连续激光源、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、第四聚焦透镜、固体材料样品、数字微镜阵列、光阑、工业相机CCD、光电探测器、计算机、示波器。方法为：首先将一束连续检测激光聚焦于样品表面，使用数字微镜阵列搜集并均分反射的散射光斑；然后将声扰动引起的样品表面质点振动，转化为散射光斑在数字微镜上的移动；接着使用光电探测器接收数字微镜反射光斑的功率变化，最终实现粗糙表面声扰动的光学检测。本发明可实现对沿粗糙固体材料表面声扰动的非接触式检测。

一、技术领域

本发明涉及激光超声无损检测技术领域，特别是一种固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置及方法。

二、背景技术

无损检测以不损害被检测对象的使用性能为前提，应用多种物理和化学方法，对各种材料、零部件、结构件进行有效的检验和测试，在机械制造、石油化工、车辆船舶制造、航空航天和核能等诸多工业领域均有应用，一直是工业领域关注的重点问题之一。目前常用的五大无损检测技术有：射线检测、超声检测、电磁检测、渗透检测和磁粉检测等。超声检测不同于其他四大检测技术，具有无污染、无辐射、高能量，以及良好的方向性、穿透性的优点，在无损检测领域受到广泛关注。但是传统的超声检测法是接触式的，需要使用耦合剂，不适于形貌复杂工件的检测和在线快速扫查检测，如文献1(专利申请号：201310176780.0，《一种焊缝内部缺陷的检测方法和装置》)。

目前能够实现超声的非接触式检测方法主要有：电磁超声检测法、空气耦合超声检测法、激光超声检测法以及多种技术相结合的检测方法，如激光激发-电磁超声检测、激光激发-空气耦合超声检测等混合方法。电磁超声检测法只能检测体积较大的导电材料并且受表面质量影响大，如文献2(专利申请号：201210290309.X，《激光-电磁超声无损检测系统的金属缺陷检测方法》)和文献3(OpticsLaser Technology,Vol.44,860-865(2012)，《Inspection of cracks using laser-induced ultrasound with shadow method:Modeling and validation》)；空气耦合超声检测法受其原理限制，探头与探测物要保持合适的距离，超声波在空气中会经过两次严重的衰减，检测精度较差，对于微小的内部缺陷更是难以检出，如文献4(机械工程学报，Vol.44，10-14(2008)《空气耦合式超声波无损检测技术的发展》)。

激光超声技术具有非接触、宽带、可远程控制、高穿透性、可同时激发多种模式超声波等优点，是一种有潜力的无损检测技术。激光超声技术包括激光超声激发技术和激光超声检测技术两方面，前者关注使用激光在材料内激发超声的技术和方法，后者关注使用激光检测在材料内传播超声的技术和方法。目前较为成熟的激光超声检测技术有光偏转技术、泵浦-探针技术、迈克尔逊干涉技术、双波混合干涉技术，以及F-P干涉技术等。这些技术中，前三种检测技术对待测工件表面要求较高，通常需要表面达到镜面反射，后两种检测技术虽然可实现粗糙表面检测，但通常检测系统原理复杂，造价极高。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种受环境干扰小、设备简单易用、造价低廉的固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置及方法，对沿材料粗糙表面传播的超声扰动实现非接触无损检测，并且实现多种材料粗糙表面声扰动检测。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置，包括检测连续激光源、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、第四聚焦透镜、固体材料样品、数字微镜阵列、光阑、工业相机CCD、光电探测器、计算机、示波器；其中数字微镜阵列与计算机连接，工业相机CCD连接计算机以获取图像；