[发明专利]一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置，其特征在于，包括超声激发装置、激光散射检测装置、运动平台、样品台、光电二极管、二极管放大器和数字示波器；

所述的样品台固定在所述的运动平台上，检测样品置于所述的样品台上；运动平台带动检测样品在X、Y、Z三维空间中运动，对检测样品表面及亚表面进行扫描检测；

所述超声激发装置包括超声驱动电源及超声探头；所述超声探头在检测样品上激发的声波类型为表面波；所述超声探头固定于检测样品表面，与检测样品表面紧密接触，接触面涂有超声耦合剂，扫描检测时超声探头随检测样品一同进行三维运动；

所述激光散射检测装置包括检测激光发生器、准直透镜、反射镜、长工作距离显微物镜和积分球散射集光器；检测激光发生器产生连续检测激光；检测激光通过准直透镜准直后，经由反射镜及长工作距离显微物镜照射至检测样品表面；所述的积分球散射集光器顶部设有第一开口，底部设有第二开口；由长工作距离显微物镜射入的光束经第一开口和第二开口照射至检测样品表面；法向反射光束经第一开口沿原光路折返，其余散射反射光照射入积分球散射集光器内部；所述长工作距离显微物镜的物方焦点落在检测样品表面上；

所述光电二极管安装于积分球散射集光器上，与二极管放大器、数字示波器依次通过导线连接；积分球散射集光器收集的信号通过光电二极管进行光电转换后，经由二极管放大器放大并被数字示波器采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置，其特征在于，优选的，运动平台为具有精确位置控制能力的XYZ三维运动平台。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述检测激光波长优选区间为350-1100nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述检测激光波长为650nm。

5.一种基于超声调制的亚表面缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、打开检测激光发生器，预热一段时间，使检测激光发生器工作在稳定状态；

步骤(2)、通过位移平台控制样品台进行三维移动，使长工作距离显微物镜物方焦点落在检测样品中心；

步骤(3)、确定检测样品的扫描区域；

步骤(4)、控制运动平台到达指定检测位置p(x，y)；

步骤(5)、控制检测激光发生器发出连续检测激光，记录积分球散射集光器上采集到的散射光信号，计算并获取一段时间内的散射光信号平均幅值A_s；完成指定区域扫描及相应的信号采集；

步骤(6)、将超声探头固定于检测样品表面，与样品表面紧密接触，并在接触面涂抹超声耦合剂；打开超声驱动电源，超声探头在样品表面激发出声波，与此同时触发散射光信号的采样并记录数据，完成指定区域的扫描及信号采集；

步骤(7)、调整超声探头位置，在N个等距的不同位置，重复完成步骤(6)操作，记录不同位置激发出来的声波影响下的散射光信号平均幅值A_s(n)；

步骤8、数据处理及结果输出

针对步骤5中所记录的信号数据，具体处理方法如下：未加超声激励时各位置采集的散射光信号平均幅值为A_s，通过公式A_v1＝A_s-min(A_s)对当前位置进行描述；利用扫描平面的位置信息和特定位置对应的A_v1值进行可视性描述，显示该扫描区域可视缺陷扫描检测的结果；

针对步骤6和7中所记录的信号数据，不同探头位置激发出来的声波影响下的散射光信号平均幅值为A_s(n)，通过公式对当前位置进行描述；利用扫描平面的位置信息和特定位置对应的A_v2值进行可视性描述，显示该扫描区域亚表面缺陷扫描检测的结果；

通过扫描平面的位置信息和特定位置对应的A_v值进行可视性描述，显示该扫描区域缺陷扫描检测的结果；其中A_v1表示量化后的当前位置可视缺陷检测的结果值，A_v2表示量化后的当前位置亚表面缺陷检测的结果值。