专利名称：陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷产品表面缺陷检测装置，尤其是基于激光相干方式的陶瓷产品表面缺陷检测装置。
背景技术：
在陶瓷产品在生产过程中会产生裂纹、气孔等表面缺陷，这些缺陷直接影响到陶瓷产品的质量，必须通过技术手段实现快速缺陷检测，进而对产品品质进行有效控制。对于陶瓷产品表面缺陷检测，传统的方法是使用人工检测方式，通过直接观察和辅助设备(如放大镜)观测的方法来判断缺陷位置、数量和程度。这一方式存在着效率低下、对技术人员水平要求较高等缺点。在陶瓷产品表面缺陷自动检测方面，目前多采用的是超声波检测手段，这一手段可以实现对陶瓷产品表面的无损探伤检测。其主要不足在于常规的低频超声波系统或常规X射线系统，虽都能对陶瓷产品表面的结构进行检测，但是一般分辨率不高。微焦点X射线法，它可检测小至 ο μ m的裂纹，但裂纹的方位应与X射线束方向一致，对各种形式表面缺陷的适应性较差。
发明内容
本发明为了克服现有的陶瓷产品表面缺陷检测技术手段的不足，提供一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，可以实现对陶瓷产品表面缺陷的无损高精度检测。本发明通过以下技术方案实现单频激光器通过光纤耦合器A与环形器连接，环形器一端与收发望远镜连接，另一端与偏振分束器B输入端连接，偏振分束器B输出端分别与光纤耦合器B、C的输入端连接，收发望远镜与扫描电机连接，光纤耦合器A另一路输出与移频器输入端连接，移频器输出端与偏振分束器A输入端连接，偏振分束器A输出端分别与光纤耦合器B、C的输入端连接，光纤耦合B的输出与光电探测器A输入段连接，光纤耦合C的输出与光电探测器B输入段连接，光电探测器A、B的输出端与滤波放大采样电路输入端连接，与滤波放大采样电路与数据处理控制系统连接。本发明中，单频激光器输出单频连续激光，通过环形器和收发望远镜输出，并在扫描电机驱动下在陶瓷产品表面实现扫描探测。探测激光在陶瓷表面产生反射回波，由收发望远镜接收后，通过环形器接入偏振分束器B后分成两路正交的偏振回波光，分别输入到光纤耦合器B和C。发射激光的一路作为本征光，通过光纤耦合器A和移频器后，产生移频光，通过偏振分束器A后分成两路正交的偏振光，分别并接入光纤耦合器B和光纤耦合器C。 两路正交的回波光与本征光通过光纤耦合器B和光纤耦合器C后，分别通过光电探测器A 和光电探测器B实现相干探测。光电探测器输出通过滤波放大采样电路实现对相干探测信号的采集，并对两路正交信号进行平方求和，消除偏振变化影响，由数据处理控制系统对采样信号进行频谱分析，可以得到回波信号的频谱分布信息由于扫描电机由数据处理控制系统按照特定样式勻速扫描，对应的陶瓷产品表面与探测器之间存在位置连续变化，由此产生的激光回波信号的多普勒频率变化应该是与扫描样式相对应的连续变化函数，但在陶瓷表面存在缺陷的情况下，表面的微小结构变化反应到回波信号中，将会在多普勒扫描线上产生调制，调制幅度与表面缺陷的大小成正比。数据处理控制系统通过提取出这一调制信号幅度，计算得到陶瓷产品表面缺陷的结构尺寸数据。本技术发明与现有技术相比，其显著的优点是(1)采用高相干性激光作为探测信号源进行陶瓷产品表面探测，利用相干探测提取陶瓷产品表面的缺陷结构对回波信号多普勒的调制，探测分辨率可以大大提高。(2)采用相干探测手段，大大降低背景信号干扰，提高了系统探测信噪比与灵敏度。(3)采用收发同路光学系统，给近距离的陶瓷产品表面缺陷探测带来便利。(4)采用偏振分束收集手段，消除了不同陶瓷表面对激光信号的偏振改变效应。(5)装置采用全固态激光器和光纤器件，系统结构简单，可靠性高，体积与能耗较小，具有应用方便灵活的特点。
图1是本装置的结构框图。
具体实施例方式在图1中，单频激光器1与光纤耦合器A2连接，光纤耦合器A2与环形器3连接， 环形器3 —端与收发望远镜4连接，另一端与偏振分束器B8连接。光纤耦合器A2与移频器6连接，移频器6与偏振分束器A7连接。扫描电机5与收发望远镜4连接，数据处理控制系统14与扫描电机5连接。偏振分束器A7分别与光纤耦合器B9、光纤耦合器ClO连接， 偏振分束器B8分别与光纤耦合器B9、光纤耦合器ClO连接。光纤耦合器B9与光电探测器 All连接，光纤耦合器ClO与光电探测器B12连接。光电探测器All、光电探测器B12与滤波放大采用电路13连接，滤波放大采用电路13与数据处理控制系统14连接。具体而言，由单频激光器1产生单频连续激光，通过光纤耦合器2分为两路，一路作为探测信号光，输入环形器3，一路作为本征光，输入移频器6。环形器3将探测信号光输入到收发望远镜4，数据处理控制系统14控制电机扫描，由扫描电机5驱动收发望远镜4， 对陶瓷表面进行探测扫描。陶瓷表面产生的激光回波光由收发望远镜4接收后，通过环形器3进入偏振分束器B8，由偏振分束器B8将回波光分为正交的两路偏振光信号。同时，移频器6对本征光信号进行移频后，进入偏振分束器A7，将本征光分为正交的两路偏振光信号。偏振分束器A7和偏振分束器B8将分别将对应的偏振光信号输入光纤耦合器B9和光纤耦合器C10，再分别输出到光电探测器All、光电探测器B12表面，实现回波光与本征光的混频相干。光电探测器All、光电探测器B12输出的相干电信号与滤波放大采用电路13连接，对信号进行滤波放大和数据采集后，输入到数据处理控制系统14中，得到和扫描时序对应的陶瓷表面的激光回波信号数据。由于扫描电机由数据处理控制系统按照特定样式勻速扫描，对应的陶瓷产品表面与探测器之间存在位置连续变化，由此产生的激光回波信号的多普勒频率变化应该是与扫描样式相对应的连续变化函数，但在陶瓷表面存在缺陷的情况下，表面的微小结构变化反应到回波信号中，将会在多普勒扫描线上产生调制，调制幅度与表面缺陷的大小成正比。数据处理控制系统通过提取出这一调制信号幅度，计算得到陶瓷产品表面缺陷的结构尺寸数据。
权利要求
1.一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，其特征在于单频激光器通过光纤耦合器A与环形器连接，环形器一端与收发望远镜连接，另一端与偏振分束器B输入端连接，偏振分束器B输出端分别与光纤耦合器B、C的输入端连接，收发望远镜与扫描电机连接，光纤耦合器A另一路输出与移频器输入端连接，移频器输出端与偏振分束器A输入端连接，偏振分束器A输出端分别与光纤耦合器B、C的输入端连接，光纤耦合B的输出与光电探测器A 输入段连接，光纤耦合C的输出与光电探测器B输入段连接，光电探测器A、B的输出端与滤波放大采样电路输入端连接，与滤波放大采样电路与数据处理控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，其特征是所述的单频激光器为光纤激光器或半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，其特征是所述的光电探测器为雪崩二极管或PIN 二极管。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，其特征是所述的光电探测器为雪崩二极管或PIN 二极管。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，其特征是所述的移频器为声光移频器或电光移频器。
全文摘要
一种陶瓷产品表面缺陷激光相干检测装置，单频激光器通过光纤耦合器、环路器、收发望远镜输出激光探测陶瓷产品表面。探测回波通过环路器、偏振分束器、光纤耦合器与本征光在探测器表面混频相干。相干信号通过滤波放大采样后，通过提取回波连续多普勒频移信号上的叠加调制信号幅度计算得到陶瓷产品表面缺陷结构尺寸。
文档编号G01N21/88GK102455301SQ20111008721
公开日2012年5月16日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者冯广东, 杜兆芳, 湛群, 陆小彪, 黄晨 申请人:安徽农业大学