一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法

本发明涉及无损检测，具体为一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法。

背景技术：

1、金属基复材是以金属或合金为基体，与一种或几种增强材料混合制成的复合材料，具有异质、不连续的特点。金属基复材既保留了原有组分材料的强度和刚度，又增强了韧性。由于其优良的综合性能，金属基复材广泛应用于航空航天、国防军工、武器装备等领域。

2、目前，应用于金属基复材的无损检测技术主要有超声波检测法、x射线检测法、工业ct法(计算机断层扫描)、涡流检测法、红外热成像法和荧光渗透法。超声波检测法具有穿透能力强、安全性好、检测范围广等优点，目前成为金属基复材无损检测最主要的手段，但杨治国在《颗粒增强金属基复合材料损伤的超声检测与监测》一文中指出，超声波检测法对位于表面和非常接近表面的某些缺陷常常难以检测。蒋福棠等在《金属基复合材料的无损检测》一文中对x射线检测法进行了评价，指出x射线检测法是检查金属基复材中孔隙、夹杂等体积型缺陷的优良方法，但对于裂纹损伤，通常只能检测与试件表面垂直的裂纹。工业ct法作为一种先进的无损检测技术对各种缺陷的检测能力大大优于x射线检测法，但其设备结构复杂，对检测人员要求高，另外倪培君等在《工业ct检测的实验室能力认可》中指出工业ct设备的焦点尺寸与空间分辨率之间相互制约，无法对大尺寸零件进行高精度检测。涡流检测法和红外热成像法是一种常用的检测金属材料缺陷的无损检测方法，但基于其检测原理，无法检测颗粒增强金属基复材等非连续性材料。荧光渗透法是利用毛细现象检查材料表面开口缺陷的一种无损检测方法，如一种荧光渗透检测方法及其应用(公开号：cn115372253 a)，可以检测金属和非金属，但需要检测人员在暗室中观察缺陷，易产生视觉疲劳，造成错检。目前，偏振激光散射检测方法被应用于检测硅片等半导体材料的亚表面损伤(如：一种偏振激光散射检测单晶硅片亚表面损伤的方法，公开号：cn109781666 b)，尚未有应用于金属基复材检测的报道。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明要提供一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，能够解决现有检测设备复杂、检测精度不足、检测速度慢的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，包括以下步骤：

3、a、激光器发射检测激光束，检测激光束经过扩束镜放大光束，再经偏振片变为p偏振光，p偏振光经过偏振分光镜反射，入射到金属基复材样品上；

4、b、p偏振光在金属基复材样品表面发生单次散射和反射，在表面损伤处发生多次散射；表面单次散射光的偏振状态几乎与p偏振光保持一致，而损伤多次散射光则变成部分偏振光和s偏振光，通过偏振分光镜将部分偏振光和s偏振光从散射光线中分离出来；

5、c、部分偏振光再经过四分之一波片变为s偏振光，经格兰镜过滤掉除s偏振光以外的光线，s偏振光由光电检测器检测并转化为电信号，电信号经过数据采集卡转化为数字信号，然后将数字信号传送给计算机；

6、d、使用计算机通过运动控制器控制移动平台，使p偏振光照射在金属基复材样品表面上；控制移动平台沿x轴、y轴按照s型路线进行移动，使p偏振光完成金属基复材样品表面的检测；

7、e、通过计算机分析处理数据采集卡采集的数字信号，准确获得金属基复材样品表面损伤的位置信息。

8、本发明所述的金属基复材包括纤维增强金属基复材、晶须增强金属基复材和颗粒增强金属基复材。

9、本发明所述的偏振分光镜、四分之一波片和格兰镜组成光学信号处理系统，对s偏振光进行分离和增强。

10、本发明应用于金属基复材样品表面损伤检测中，与现有检测方法相比主要优点如下：

11、1、本发明根据偏振激光散射原理，经金属基复材表面散射的表面单次散射光偏振状态与入射激光基本保持一致，而经表面损伤处散射的损伤多次散射光偏振状态与入射光明显不同，通过光学信号处理系统即可将表面损伤处的损伤多次散射光从检测光线中分离出来，并进行信号增强，从而检测到表面损伤，通过计算机分析，进一步得到损伤的位置信息。

12、2、本发明通过分离散射光线排除了表面粗糙度对表面损伤检测的影响，可以提供更准确的损伤检测结果，从而精确指导后续加工工艺。

13、3、本发明通过调整入射p偏振光的光斑大小，可以调整检测精度和检测速度，最高可以实现5μm以下的损伤检测。

14、4、本发明可应用于金属基复材样品表面损伤离线或者在线检测，金属基复材包括铝基碳化硅、钛基碳化硅等。相较于现有检测方法，更具有工业价值。

技术特征：

1.一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，其特征在于：所述的金属基复材包括纤维增强金属基复材、晶须增强金属基复材和颗粒增强金属基复材。

3.根据权利要求1所述一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，其特征在于：所述的偏振分光镜(6)、四分之一波片(10)和格兰镜(11)组成光学信号处理系统，对s偏振光(12)进行分离和增强。

技术总结
本发明公开了一种偏振激光散射检测金属基复材表面损伤的方法，根据偏振激光散射原理，经金属基复材表面散射的表面单次散射光偏振状态与入射激光基本保持一致，而经表面损伤处散射的损伤多次散射光偏振状态与入射光明显不同，通过光学信号处理系统即可将表面损伤处的损伤多次散射光从检测光线中分离出来，并进行信号增强，从而检测到表面损伤，通过计算机分析，进一步得到损伤的位置信息。本发明通过分离散射光线排除了表面粗糙度对表面损伤检测的影响，可以提供更准确的损伤检测结果，从而精确指导后续加工工艺。本发明通过调整入射P偏振光的光斑大小，可以调整检测精度和检测速度，最高可以实现5μm以下的损伤检测。

技术研发人员：白倩,石芳媛,康仁科
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13