[发明专利]一种材料内部缺陷的激光超声透射时延检测方法

说明书

本发明公开了一种材料内部缺陷的激光超声透射时延检测方法。该方法包括如下步骤：首先，通过激光器激发的脉冲激光作用在样品表面激发出超声体波；其次，在样品的另一侧表面，利用探测激光聚焦在激发激光的对心位置处来探测超声体波信号；再次，通过二维移动样品实现扫查，选取样品无缺陷位置处信噪比较高的超声体波作为参考波，对所有扫查点处探测得到的超声波信号进行互相关运算；最后，通过计算超声波信号波形相关系数和相关系数最大处的波形时延值来对内部缺陷进行检测。本发明的激光超声透射时延检测方法对于内部缺陷尤其是亚毫米微缺陷的检测具有高灵敏度和高稳定性，能够实现内部缺陷的准确定位和定量，适用于各类材料的无损检测。

技术领域

本发明属于材料无损检测技术领域，具体涉及一种材料内部缺陷的激光超声透射时延检测方法。

背景技术

内部缺陷广泛存在于各类材料和产品工件中，如果未能及时检测发现，这些缺陷在外力作用下将逐渐扩展，导致工件产品断裂失效，严重危及产品质量与工程安全，因此，对材料内部缺陷进行准确和及时的无损检测至关重要。然而，随着工业自动化和智能化的发展，对于内部缺陷的无损检测也提出了高精度、高速在线检测以及非接触检测等高要求，常规无损检测手段已经难以满足要求。激光超声技术（固体中的激光超声[M]. 北京:人民邮电出版社, 2015.）作为一种新兴的超声无损检测技术，具有无辐射、非接触、快速检测、高空间分辨率、可适应高温高压恶劣环境、激发的超声波具有宽频带等优点，在材料内部缺陷检测方面具有广阔的应用前景。

然而，利用现有激光超声技术对内部缺陷尤其是亚毫米级的微小内部缺陷进行检测还存在一些技术难题，主要体现在两点：一是在激光无损激发超声波的条件下，沿垂直材料表面方向传播的超声波的幅值较低，缺陷检测信号的信噪比偏低；二是在激光超声扫描检测的过程中，材料不同扫描位置处的表面状态存在差异，对激发激光的吸收以及探测激光的信号接收都会产生较大影响，从而引起超声幅值的波动。因此，在利用超声幅值变化对缺陷进行检测时，无论是信号的低信噪比还是幅值波动均会对内部缺陷尤其是亚毫米微缺陷检测的灵敏度和稳定性造成严重影响，并且缺陷越小，该影响越大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种材料内部缺陷的激光超声透射时延检测方法。

本发明的材料内部缺陷的激光超声透射时延检测方法包括以下步骤：

a.激光器发射出脉冲激光经凸透镜聚焦后形成圆形光源辐照在固定在平移台上的样品的一侧表面，产生超声体波，超声体波向样品的内部传播；

b.超声体波与样品中的内部缺陷作用后形成透射体波，并传播至样品的另一侧；

c.激光干涉仪的探头发射出连续的探测激光，探测激光辐照在样品另一侧表面，探测激光与圆形光源分布在样品两侧的对心位置处，探测激光探测超声体波和透射体波的超声波信号；

d.工控机接收和记录激光器发出的触发信号和激光干涉仪探测得到的超声波信号，同时，工控机控制平移台沿扫查路径进行二维运动，带动样品进行二维扫查检测；

e.选取样品的无缺陷位置处扫查信号中信噪比≥24 dB的超声体波作为参考波，对扫查路径上所有点探测得到的超声波信号波形进行互相关运算，计算超声波信号波形相关系数和超声波信号波形相关系数最大处的波形时延值；

f.将所有探测点处计算得到超声波信号波形相关系数以及波形时延值绘制成相关系数C扫图和时延C扫图，依据C扫图中的灰度值差异来准确测定内部缺陷的位置和尺寸。

步骤a中的圆形光源的直径D范围为1 mm≤ D≤2 mm。

步骤a中的样品为金属材料时，在样品被圆形光源辐照的一侧增加非金属覆盖层，非金属覆盖层的厚度h≤2 mm，非金属覆盖层通过耦合剂与样品表面紧密连接；或者，增加圆形光源的能量直至样品表面产生微熔蚀。