CN109342461B - 一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法 - Google Patents
一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109342461B CN109342461B CN201811171874.8A CN201811171874A CN109342461B CN 109342461 B CN109342461 B CN 109342461B CN 201811171874 A CN201811171874 A CN 201811171874A CN 109342461 B CN109342461 B CN 109342461B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- sample
- lens
- laser interferometer
- laser shock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明是一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，属于表面处理领域。本发明激光冲击强化在产生表面改性的同时，会在材料内部产生应力波，应力波在材料内部传播时会被内部的缺陷阻挡或反射，从而不能到达样品另一侧或达到另一侧的波的能量较低，利用激光干涉仪在另一侧探测应力波引起的材料表面振动，可以检测到应力波的强度，通过对各位置应力波强度的成像，就能反映出材料内部的缺陷情况，本发明开发了一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，其优点和有益效果表现为可以在激光冲击强化的同时实现零件内部缺陷检测，从而将缺陷检测融入到激光冲击强化过程中，减少工艺流程，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明是一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，属于表面处理领域。
背景技术
激光冲击强化是一种新型表面处理工艺，它利用激光照射到材料表面时产生的热、力冲击实现材料的表面改性，使其表面晶粒细化并残留压应力，从而提高材料的抗疲劳性能，由于需要进行表面处理的零件多为关键或重要零件，一般需要进行内部缺陷检测，而现有的针对该类零件内部缺陷检测的方法多为超声或射线检测，不与激光冲击强化的同时进行，因此增加了制造工序，影响生产效率，本发明利用激光冲击强化时产生的应力波，依据应力波与材料内部缺陷的相互作用规律作为检测缺陷的依据，使检测过程融入到激光冲击强化的过程中，减少了制造工序，提高生产效率；
发明内容
本发明针对这一问题设计了一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该方法的步骤是：
(1)样品安放及设备连接
将待处理样品安放在可上下及水平移动的工作台上，激光冲击强化系统和激光干涉仪分别对称置于待处理样品的两侧，激光干涉仪发出的激发激光经过一个焦距为f的透镜，该透镜中心与样品表面的距离为f，调节透镜位置，使激发激光垂直照射在样品表面，形成光斑Ⅰ，调节激光冲击强化系统的定位激光，使其垂直照射在样品的另一侧，形成光斑Ⅱ，并保证光斑Ⅱ与光斑Ⅰ在样品两侧相对，被定位激光照射的一侧采用喷水装置在待处理样品表面形成水幕或粘贴铝箔，利用同轴电缆将激光冲击强化系统的触发信号输入到激光干涉仪的同步接口和多通道数字示波器的同步接口，利用同轴电缆连接激光干涉仪的输出接口与多通道数字示波器的输入接口；
(2)扫查
打开激光干涉仪并将其输出带宽限制在0.5MHz-25MHz之间，打开多通道数字示波器，打开激光冲击强化系统使其发射工作激光，利用工作台使待处理样品沿垂直于工作激光和定位激光的水平方向往复运动并沿高度方向进给，或沿高度方向往复运动并沿垂直于工作激光和定位激光的水平方向进给，使激光冲击强化系统的工作激光和激光干涉仪的激发激光分别遍历样品两侧各位置，利用多通道数字示波器记录下激光照射样品各位置时激光干涉仪输出的信号峰值；
(3)成像
将待处理样品各位置的坐标形成一个二维位置矩阵，将多通道数字示波器显示的信号峰值中的最大值定义为255，最小值定义为0，中间均分256级，每一级对应一个灰度值或色彩值，将灰度值或色彩值填充到相应的二维位置矩阵中，绘制出信号峰值的二维灰度图或二维彩虹图；
(4)结果分析
在二维灰度图或二维彩虹图上找到灰度值相对低或颜色相对偏蓝的区域，该区域判断为缺陷区。
激光干涉仪与焦距为f的透镜之间采用光纤连接，所述透镜置于激光干涉仪与待处理样品之间，透镜的中心与样品表面的距离为f。
本发明的优点和有益效果是：
本发明开发了一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，其优点和有益效果表现为：1.本发明利用了激光冲击强化过程中产生的应力波，提出了利用该应力波进行检测的方法，2.该方法可以在激光冲击强化的同时实现零件内部缺陷检测，从而将缺陷检测融入到激光冲击强化过程中，使制造过程和检测过程相结合，减少工艺流程，降低生产成本。
本发明的工作原理是：
激光冲击强化在产生表面改性的同时，会在材料内部产生应力波，应力波在材料内部传播时会被内部的缺陷阻挡或反射，从而不能到达样品另一侧或达到另一侧的波的能量较低，利用激光干涉仪在另一侧探测应力波引起的材料表面振动，可以检测到应力波的强度，通过对各位置应力波强度的成像，就能反映出材料内部的缺陷情况。
具体实施方式
实施例1
牌号为300M的高强钢材料，其同时实现激光冲击强化剂内部缺陷检测的步骤如下：
(1)样品安放及设备连接
将待处理样品安放在可上下及水平移动的工作台上，激光干涉仪发出的激发激光经过一个焦距为f的透镜，该透镜中心与样品一侧表面的距离为f，调节透镜位置，使激发激光垂直照射在样品表面，形成光斑Ⅰ，调节激光冲击强化系统的定位激光，使其垂直照射在样品的另一侧，形成光斑Ⅱ，并保证光斑Ⅱ与光斑Ⅰ在样品两侧相对，被定位激光照射的一侧采用喷水装置在表面形成水幕或粘贴铝箔，利用同轴电缆将激光冲击强化系统的触发信号输入到激光干涉仪的同步接口和多通道数字示波器的同步接口，利用同轴电缆连接激光干涉仪的输出接口与多通道数字示波器的输入接口；
(2)扫查
打开激光干涉仪并将其输出带宽限制在2.5MHz-7.5MHz之间，打开多通道数字示波器，打开激光冲击强化系统使其发射工作激光，利用工作台使样品沿水平方向往复运动并沿高度方向进给，或沿高度方向往复运动并沿水平方向进给，使激光冲击强化系统的工作激光和激光干涉仪的激发激光分别遍历样品两侧各位置，利用多通道数字示波器记录下激光照射样品各位置时激光干涉仪输出的信号峰值；
(3)成像
将样品各位置的坐标形成一个二维位置矩阵，将多通道数字示波器显示的信号峰值中的最大值定义为255，最小值定义为0，中间均分256级，每一级对应一个灰度值或色彩值，将灰度值或色彩值填充到相应的二维位置矩阵中，绘制出信号峰值的二维灰度图；
(4)结果分析
在二维灰度图上找到灰度较低的区域，该区域判断为缺陷区；
实施例2
牌号为A100的高强钢材料，其同时实现激光冲击强化剂内部缺陷检测的步骤如下：
(1)样品安放及设备连接
将待处理样品安放在可上下及水平移动的工作台上，激光干涉仪发出的激发激光经过一个焦距为f的透镜，该透镜中心与样品一侧表面的距离为f，调节透镜位置，使激发激光垂直照射在样品表面，形成光斑Ⅰ，调节激光冲击强化系统的定位激光，使其垂直照射在样品的另一侧，形成光斑Ⅱ，并保证光斑Ⅱ与光斑Ⅰ在样品两侧相对，被定位激光照射的一侧采用喷水装置在表面形成水幕或粘贴铝箔，利用同轴电缆将激光冲击强化系统的触发信号输入到激光干涉仪的同步接口和多通道数字示波器的同步接口，利用同轴电缆连接激光干涉仪的输出接口与多通道数字示波器的输入接口；
(2)扫查
打开激光干涉仪并将其输出带宽限制在4MHz-6MHz之间，打开多通道数字示波器，打开激光冲击强化系统使其发射工作激光，利用工作台使样品沿水平方向往复运动并沿高度方向进给，或沿高度方向往复运动并沿水平方向进给，使激光冲击强化系统的工作激光和激光干涉仪的激发激光分别遍历样品两侧各位置，利用多通道数字示波器记录下激光照射样品各位置时激光干涉仪输出的信号峰值；
(3)成像
将样品各位置的坐标形成一个二维位置矩阵，将多通道数字示波器显示的信号峰值中的最大值定义为255，最小值定义为0，中间均分256级，每一级对应一个灰度值或色彩值，将灰度值或色彩值填充到相应的二维位置矩阵中，绘制出信号峰值的二维彩虹图；
(4)结果分析
在二维彩虹图上找到颜色较蓝的区域，该区域判断为缺陷区。
Claims (2)
1.一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，其特征在于：该方法的步骤是：
(1)样品安放及设备连接
将待处理样品安放在可上下及水平移动的工作台上，激光冲击强化系统和激光干涉仪分别对称置于待处理样品的两侧，激光干涉仪发出的激发激光经过一个焦距为f的透镜，该透镜中心与样品表面的距离为f，调节透镜位置，使激发激光垂直照射在样品表面，形成光斑Ⅰ，调节激光冲击强化系统的定位激光，使其垂直照射在样品的另一侧，形成光斑Ⅱ，并保证光斑Ⅱ与光斑Ⅰ在样品两侧相对，被定位激光照射的一侧采用喷水装置在待处理样品表面形成水幕或粘贴铝箔，利用同轴电缆将激光冲击强化系统的触发信号输入到激光干涉仪的同步接口和多通道数字示波器的同步接口，利用同轴电缆连接激光干涉仪的输出接口与多通道数字示波器的输入接口；
(2)扫查
打开激光干涉仪并将其输出带宽限制在0.5MHz-25MHz之间，打开多通道数字示波器，打开激光冲击强化系统使其发射工作激光，利用工作台使待处理样品沿垂直于工作激光和定位激光的水平方向往复运动并沿高度方向进给，或沿高度方向往复运动并沿垂直于工作激光和定位激光的水平方向进给，使激光冲击强化系统的工作激光和激光干涉仪的激发激光分别遍历样品两侧各位置，利用多通道数字示波器记录下激光照射样品各位置时激光干涉仪输出的信号峰值；
(3)成像
将待处理样品各位置的坐标形成一个二维位置矩阵，将多通道数字示波器显示的信号峰值中的最大值定义为255，最小值定义为0，中间均分256级，每一级对应一个灰度值或色彩值，将灰度值或色彩值填充到相应的二维位置矩阵中，绘制出信号峰值的二维灰度图或二维彩虹图；
(4)结果分析
在二维灰度图或二维彩虹图上找到灰度值相对低或颜色相对偏蓝的区域，该区域判断为缺陷区。
2.根据权利要求1所述的一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法，其特征在于：激光干涉仪与焦距为f的透镜之间采用光纤连接，所述透镜置于激光干涉仪与待处理样品之间，透镜的中心与样品表面的距离为f。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811171874.8A CN109342461B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811171874.8A CN109342461B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109342461A CN109342461A (zh) | 2019-02-15 |
| CN109342461B true CN109342461B (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=65308184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811171874.8A Active CN109342461B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109342461B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111195783B (zh) * | 2020-01-13 | 2021-05-18 | 武汉大学 | 复合材料厚板超快激光-水射流辅助机械耦合打群孔加工装备和方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5948293A (en) * | 1998-12-03 | 1999-09-07 | General Electric Company | Laser shock peening quality assurance by volumetric analysis of laser shock peened dimple |
| CN105882685B (zh) * | 2016-05-23 | 2017-06-27 | 武汉大学 | 基于nLSP技术的高铁铁轨的强化、缺陷检测和修复系统及方法 |
-
2018
- 2018-10-09 CN CN201811171874.8A patent/CN109342461B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109342461A (zh) | 2019-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103234953B (zh) | 激光扫描热波层析成像系统与方法 | |
| CN109269986B (zh) | 相控阵激光超声检测系统 | |
| CN1310734C (zh) | 激光焊接监控系统及监控激光器焊接质量的方法 | |
| Zhang et al. | Coaxial monitoring of the fibre laser lap welding of Zn-coated steel sheets using an auxiliary illuminant | |
| EP3396369A1 (en) | Crack measurement device and method | |
| CN1969215A (zh) | 用于光谱系统的自动聚焦机构 | |
| US20210260698A1 (en) | Methods and devices for monitoring a welding process for welding glass workpieces | |
| CN203965344U (zh) | 用于探测表面不连续缺陷的光学检查设备 | |
| CN109342461B (zh) | 一种同时实现激光冲击强化及内部缺陷检测的方法 | |
| CN106896138A (zh) | 一种扫描热激励红外成像检测系统及方法 | |
| CN106525869A (zh) | 玻璃边部缺陷检测方法及其装置和系统 | |
| CN103105400B (zh) | 大口径光学元件表面缺陷的检测分类方法 | |
| US11002708B2 (en) | Photoacoustic microscope objective lens unit and photoacoustic microscope including the same | |
| US20210260700A1 (en) | Methods and devices for monitoring a welding process for welding glass workpieces | |
| CN203203927U (zh) | 一种激光扫描热波层析成像装置 | |
| CN103076337A (zh) | 一种多光源检测装置 | |
| CN110940659A (zh) | 基于时空整形的飞秒激光诱导击穿光谱发生与采集系统 | |
| CN105044117A (zh) | 用于平板表面质量的检测方法与系统 | |
| CN106970049A (zh) | 透射率分布测量系统及方法 | |
| CN206146852U (zh) | 玻璃边部缺陷检测装置和系统 | |
| JP5072691B2 (ja) | レーザ光の出力計測方法、出力計測装置 | |
| CN203011853U (zh) | 多光源检测装置 | |
| CN110174240A (zh) | 用于测量至少一个光学有效的物体的设备和方法 | |
| CN217424311U (zh) | 一种锥透镜面型质量检测的辅助成像装置 | |
| CN114653672B (zh) | 激光空化气泡的自动清洗循环及质量监测装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |