CN110687204A - 一种激光超声检测的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光超声检测的方法及装置，该方法包括在样品表面选定待探测点，采用抛光激光器对所述待探测点进行抛光，形成抛光区域；通过脉冲激光器输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声；采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声；重复上述步骤，通过得到样品内部缺陷检测结果。本发明提出了一种激光超声检测的方法及装置，能够显著改变探测区域的表面状况，以达到抛光的效果，最终获得理想光滑的表面；检测时只需对探测点进行局部激光抛光即可，不会对样品表面带来严重影响，因此不会影响到探测的速度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光检测技术领域，尤其涉及一种激光超声检测的方法及装置。
背景技术
光超声是一种非接触、高精度、无损伤的新型超声检测技术，该技术接合了超声检测的高精度和光学检测非接触的优点,具有高灵敏度(亚纳米级)、高检测带宽(GHz)的优点。它利用激光脉冲在被检测工件中激发超声波,并用激光束探测超声波的传播,从而获取工件的缺陷。目前该技术的工业应用包括激光焊接焊缝质量在线监控、飞机机身搭接腐蚀检测、风力发电机叶片检测、高温陶瓷、复合材料检测、金属、电子元器件/半导体封装质量检测、种材料涂层缺陷检测等众多领域，同时该技术在各工业领域不停的发展并走向市场。
激光超声最佳检测手段是光学探测。光学探测是非接触式，不会干扰待测超声场，探测点可快速移动，且具有较高的空间分辨率及较宽的频带，传统的压电换能器则难以做到这一点，尤其是在高频段。然而，光学探测技术也有一个明显的缺点，就是当物体的散射非常严重时，其灵敏度一般至少要下降一个数量级。如光偏转法在超声和激光超声的检测中用的很多，但是其缺点是要求镜面反射，在工业中很多的样品表面不是镜面反射，无法进行检测，限制了光偏转在工业领域的应用范围。
目前激光超声无损检测光学探测方法的关键不足之处在于：针对粗糙样品表面的激光超声光学检测灵敏度低，甚至存在无法检测的情况，极大限制了其工业应用的范围，使一些廉价、高效的检测手段只能应用于光滑的样品表面。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种激光超声检测的方法及装置，解决现有技术中的上述问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种激光检测方法，包括如下步骤：
在样品表面选定待探测点，采用抛光激光器对所述待探测点进行抛光，形成抛光区域；
通过脉冲激光器输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声；
采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声；
重复上述步骤，通过得到样品内部缺陷检测结果。
可选的，所述步骤：在样品表面选定待探测点进行局部抛光，形成抛光区域，包括：
在样品表面选定待探测点，抛光激光器输出的抛光激光经反射镜反射后，作用于所述待探测点，使所述待探测点的表面物质在激光的作用下熔融并凝固，形成抛光区域。
可选的，所述步骤：在样品表面选定待探测点进行局部抛光，形成抛光区域，包括：
在样品表面选定待探测点，将抛光激光器输出的抛光激光依次经过反射镜和合束镜后，作用于所述待探测点，使所述待探测点的表面物质在激光的作用下熔融并凝固，形成抛光区域。
可选的，所述步骤：通过脉冲激光器输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声，包括：
将脉冲激光器输出的脉冲激光经过反射镜后，打在所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声。
可选的，所述步骤：采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，包括：
利用激光干涉仪输出探测光并聚焦于所述抛光区域，获得高灵敏度激光超声；
所述步骤：接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声，包括：
所述激光干涉仪接收高灵敏度激光超声并传送至工控机中进行储存。
可选的，所述步骤：采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，包括：
利用连续激光器输出激光并经过反射镜后打在所述抛光区域获得高灵敏度激光超声，通过设置光电探头接收所述高灵敏度激光超声并传送至数据采集卡上；
所述步骤：接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声，包括：
所述数据采集卡将接收到的所述高灵敏度激光超声储存至工控机中。
一种激光检测装置，包括用于放置样品的检测平台，还包括：
抛光激光器，所述抛光激光器的光路上设有第一反射装置，所述第一反射装置将所述抛光激光器输出的抛光激光反射至样品的待测点上，形成抛光区域；
脉冲激光器，所述脉冲激光器的光路上设有第二反射装置，所述第二反射装置将所述脉冲激光器输出的脉冲激光反射至所述抛光区域上，在所述抛光区域激发出激光超声；
采集装置，用于采集所述激光超声；
工控机，电连接所述采集装置，用于储存并计算处理所述采集装置采集到的的激光超声，得到样品内部缺陷检测结果。
可选的，所述第一反射装置包括反射镜和合束镜，所述采集装置包括激光干涉仪，所述合束镜设置于所述激光干涉仪的光路上。
可选的，所述第一反射装置包括反射镜；所述采集装置包括连续激光器，所述连续激光器的光路上设有第三反射装置，所述第三反射装置将所述连续激光器输出的连续激光反射至所述抛光区域，获得高灵敏度激光超声；
所述高灵敏度激光超声的反射光路上设有光电探头，所述光电探头上电连接有用于采集所述激光超声的数据采集卡，所述数据采集卡电连接所述工控机。
可选的，还包括二维平移台，所述二维平移台包括至少两个驱动装置，所述驱动装置驱动连接所述检测平台。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种激光超声检测的方法及装置，能够显著改变探测区域的表面状况，以达到抛光的效果；当大功率的连续激光作用在样品表面达到熔点时，样品近表面层开始熔化，因为材料表面熔化部分各处曲率半径的不同，使熔融的材料向曲率低(即曲率半径大)的地方流动，使得各处的曲率趋于一致。同时，固态和液态临界处快速凝固，最终获得理想光滑的表面，因而能够用于激光超声光学检测；基于此，检测时只需对探测点进行局部激光抛光即可，不会对样品表面带来严重影响，因此不会影响到探测的速度和效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种激光超声检测的装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种激光超声检测的方法的流程框图；
图3为本发明提供的一种激光超声检测的装置的又一结构示意图；
图4为本发明提供的一种激光超声检测的方法的又一流程框图。
上述图中：10、抛光激光器；20、脉冲激光器；30、探测装置；40、工控机；50、检测平台；61、反射镜；62、合束镜；70、第二反射装置；80、样品；90、第三反射装置；91、光电探头；92、数据采集卡。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请结合参考图1，本发明提供了一种激光检测装置，包括用于放置样品80的检测平台50，还包括：
抛光激光器10，抛光激光器10的光路上设有第一反射装置，第一反射装置将抛光激光器10输出的抛光激光反射至样品80的待测点上，形成抛光区域。
脉冲激光器20，脉冲激光器20的光路上设有第二反射装置70，第二反射装置70将脉冲激光器20输出的脉冲激光反射至抛光区域上，在抛光区域激发出激光超声。
采集装置，用于采集激光超声。
工控机40，电连接采集装置，用于储存并计算处理采集装置采集到的的激光超声，得到样品80内部缺陷检测结果；还用于控制抛光激光器10、脉冲激光器20、采集装置的工作时序。
二维平移台，二维平移台包括至少两个驱动装置，驱动装置驱动连接检测平台50。当二维平台包括两个驱动装置时，该两个驱动装置则分别设置于X轴和Y轴上，用于在X轴和Y轴的方向上调整样品80的位置，以实现对样品80上不同区域的检测。
请结合参考图1和图2，在本实施例中，第一反射装置包括反射镜61和合束镜62，第二反射装置70为一个反射镜61；采集装置包括激光干涉仪，合束镜62设置于激光干涉仪的光路上。
基于前述结构，本实施例提供一种激光检测方法，该方法能够作用于表面粗糙的样品80，具体地，该样品80为铅样品80。该方法包括如下步骤：
S11、在样品80表面选定待探测点，采用抛光激光器10对所述待探测点进行抛光，形成抛光区域。
该步骤中，抛光激光器10波长为1080nm、脉冲调制输出最大输出能量200W的激光器，且抛光区域直径约为2mm。
在样品80表面选定待探测点，将抛光激光器10输出的抛光激光依次经过反射镜61和合束镜62后，作用于待探测点，使待探测点的表面物质在激光的作用下熔融并凝固，形成抛光区域。
抛光激光器10输出1080nm激光，经过反射镜61反射至合束镜62，并透过合束镜62照射至样品80的探测点。
S12、通过脉冲激光器20输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声。
该步骤中，脉冲激光器20激发的激光波长为1064nm、脉宽7ns、最大能量500mJ且连续可调。脉冲激光器20输出激光经过第二反射装置70后，打在样品80表面并激发激光超声。
S13、采用探测装置30输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声。
该步骤中，利用激光干涉仪输出探测光经合束镜62反射后聚焦于抛光区域，形成探测区域，并获得高灵敏度激光超声。激光干涉仪采用632.8nm的激光探测激光波长，且探测区域为直径50um的圆形。
S14、接收高灵敏度激光超声并储存于工控机40中，并计算处理所述激光超声。
激光干涉仪接收高灵敏度激光超声并传送至工控机40中，并储存至硬盘。
S15、重复上述步骤，通过得到样品80内部缺陷检测结果。
二维平移台由步进电机控制，分别进行水平方向的二维扫描，实现对样品80表面的扫查；最后通过工控机40处理得到样品80的缺陷。
基于上述实施例，本发明还提供了另一种实施例，具体如下：
请结合参考图3和图4，在本实施例中，第一反射装置、第二反射装置70均仅包括一个反射镜61。此外，采集装置包括连续激光器，连续激光器的光路上设有第三反射装置90，第三反射装置90将连续激光器输出的连续激光反射至抛光区域，获得高灵敏度激光超声。
进一步的，高灵敏度激光超声的反射光路上设有光电探头91，光电探头91上电连接有用于采集激光超声的数据采集卡92，数据采集卡92电连接工控机40。
在前述的基础上，本实施例提供了一种激光检测方法，包括：
S21、在样品80表面选定待探测点，采用抛光激光器10对所述待探测点进行抛光，形成抛光区域。
该步骤中，抛光激光器10波长为808nm、脉冲调制输出最大输出能量200W的激光器，且抛光区域直径约为2mm。
在样品80表面选定待探测点，将抛光激光器10输出的抛光激光依次经过反射镜61和合束镜62后，作用于待探测点，使待探测点的表面物质在激光的作用下熔融并凝固，形成抛光区域。
抛光激光器10输出1064nm激光，其中脉宽7ns、最大能量500mJ且连续可调。经过反射镜61反射至合束镜62，并透过合束镜62照射至样品80的探测点。
S22、通过脉冲激光器20输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声。
该步骤中，脉冲激光器20激发的激光波长为1064nm、脉宽7ns、最大能量500mJ且连续可调。脉冲激光器20输出激光经过第二反射装置70后，打在样品80表面并激发激光超声。
S23、采用探测装置30输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声。
该步骤中，利用连续激光器输出激光并经过反射镜61后打在抛光区域获得高灵敏度激光超声，通过设置光电探头91接收高灵敏度激光超声并传送至数据采集卡92上。
其中，连续激光器采用632.8nm波长的光作为探测激光，该激光能量为5mW、探测点直径为50um。
S24、接收高灵敏度激光超声并储存于工控机40中，并计算处理所述激光超声。
所述数据采集卡92将接收到的所述高灵敏度激光超声传送至工控机40中，并储存至硬盘。
S25、重复上述步骤，通过得到样品80内部缺陷检测结果。
二维平移台由步进电机控制，分别进行水平方向的二维扫描，实现对样品80表面的扫查；最后通过工控机40处理得到样品80的缺陷。
基于上述实施例，本发明提供的激光检测的方法及装置具有如下优点：
(1)对于粗糙样品表面，针对一些激光超声光学检测方法灵敏度低的情况，利用该技术可以显著提高灵敏度，提高激光超声测量精度；(2)对于一些无法应用于粗糙样品表面的激光超声光学检测手段，利用该技术，可以拓展其使用范围，使其也能应用于表面粗糙的样品检测。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
在样品表面选定待探测点，采用抛光激光器对所述待探测点进行抛光，形成抛光区域；
通过脉冲激光器输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声；
采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，
接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声；
重复上述步骤，通过得到样品内部缺陷检测结果。
2.根据权利要求1所述的激光检测方法，其特征在于，所述步骤：在样品表面选定待探测点进行局部抛光，形成抛光区域，包括：
在样品表面选定待探测点，抛光激光器输出的抛光激光经反射镜反射后，作用于所述待探测点，使所述待探测点的表面物质在激光的作用下熔融并凝固，形成抛光区域。
3.根据权利要求1所述的激光检测方法，其特征在于，所述步骤：在样品表面选定待探测点进行局部抛光，形成抛光区域，包括：
在样品表面选定待探测点，将抛光激光器输出的抛光激光依次经过反射镜和合束镜后，作用于所述待探测点，使所述待探测点的表面物质在激光的作用下熔融并凝固，形成抛光区域。
4.根据权利要求2或3所述的激光检测方法，其特征在于，所述步骤：通过脉冲激光器输出脉冲激光并作用于所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声，包括：
将脉冲激光器输出的脉冲激光经过反射镜后，打在所述抛光区域，在所述抛光区域激发出激光超声。
5.根据权利要求4所述的激光检测方法，其特征在于，所述步骤：采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，包括：
利用激光干涉仪输出探测光并聚焦于所述抛光区域，获得高灵敏度激光超声；
所述步骤：接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声，包括：
所述激光干涉仪接收高灵敏度激光超声并传送至工控机中进行储存。
6.根据权利要求4所述的激光检测方法，其特征在于，所述步骤：采用探测装置输出探测光作用于所述抛光区域，激发高灵敏度激光超声，包括：
利用连续激光器输出激光并经过反射镜后打在所述抛光区域获得高灵敏度激光超声，通过设置光电探头接收所述高灵敏度激光超声并传送至数据采集卡上；
所述步骤：接收高灵敏度激光超声并储存于工控机中，并计算处理所述激光超声，包括：
所述数据采集卡将接收到的所述高灵敏度激光超声储存至工控机中。
7.一种激光检测装置，其特征在于，包括用于放置样品的检测平台，还包括：
抛光激光器，所述抛光激光器的光路上设有第一反射装置，所述第一反射装置将所述抛光激光器输出的抛光激光反射至样品的待测点上，形成抛光区域；
脉冲激光器，所述脉冲激光器的光路上设有第二反射装置，所述第二反射装置将所述脉冲激光器输出的脉冲激光反射至所述抛光区域上，在所述抛光区域激发出激光超声；
采集装置，用于采集所述激光超声；
工控机，电连接所述采集装置，用于储存并计算处理所述采集装置采集到的的激光超声，得到样品内部缺陷检测结果。
8.根据权利要求7所述的激光检测装置，其特征在于，所述第一反射装置包括反射镜和合束镜，所述采集装置包括激光干涉仪，所述合束镜设置于所述激光干涉仪的光路上。
9.根据权利要求7所述的激光检测装置，其特征在于，所述第一反射装置包括反射镜；所述采集装置包括连续激光器，所述连续激光器的光路上设有第三反射装置，所述第三反射装置将所述连续激光器输出的连续激光反射至所述抛光区域，获得高灵敏度激光超声；
所述高灵敏度激光超声的反射光路上设有光电探头，所述光电探头上电连接有用于采集所述激光超声的数据采集卡，所述数据采集卡电连接所述工控机。
10.根据权利要求1所述的激光检测装置，其特征在于，还包括二维平移台，所述二维平移台包括至少两个驱动装置，所述驱动装置驱动连接所述检测平台。
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