Page 44 - 无损检测2023年第十期

罗朝莉, 等:

铝板表面缺陷的激光超声可视化检测

目前关于表面缺陷激光超声检测的研究主要集
中于理论分析、 模型仿真、 一维和二维信号处理等方 2 激光超声可视化检测系统
面, 对三维信号重构研究较少 [ 10-16 ] 。文章采用高坪 激光超声可视化检测基本原理如图3所示, 检
等 [ 17-18 ] 开发的一种激光超声可视化检测系统, 利用 测系统由脉冲激光发射扫描单元、 数据采集单元和
脉冲激光器产生超声信号, 压电探头接收超声信号; 系统控制单元、 信号接收单元等组成。检测仪器主
采用脉冲激光逐点扫描检测范围内的采样点并得到 要包括脉冲激光器、 电动小镜、 数据采集卡、 滤波器、
单点超声时域波形, 再提取峰峰值以重构扫描区域 放大器及数据处理器等部件。脉冲激光扫描顺序如
内的二维超声波场图像及三维超声波场图像, 由此 图4所示, 激光扫描点从左下角位置①出发自下向
快速识别表面裂纹缺陷的位置和大小, 对接收到的 上以设定扫描点数逐点扫描至位置② , 然后移至第
信号按时间 - 强度方向重新排列以实时观察超声波 二列最后一点位置③ , 再自下向上逐点扫描, 如此反
场时空变化。结果表明, 激光超声可视化检测技术 复扫描直至完成设定范围内最后一扫描点; 图中
可快速检出铝板表面的裂纹缺陷, 并且能够三维显 N x 为x 轴激光扫描点数; N y 为 y 轴激光扫描点

, ) 为扫描点坐标。
示表面裂纹的位置及大小信息。 数;( l x l y
1 激光超声激发机理

激光超声产生机理主要有热弹效应和烧蚀效

应。热弹效应是指当入射激光的功率密度较低时,
激光照射在物体表面, 激光能量激发电子迁移引起
晶格振动使得物体表面温度上升且瞬间热膨胀, 从
而产生超声波, 热弹效应原理如图1所示, 热弹效应
所产生的超声波对物体表面无损伤, 可产生多种波
形, 应用最广。当入射激光的功率较高时, 物体表面
局部熔化、 汽化, 材料表面有小部分物质喷发出来,
产生垂直于表面的反作用力, 此时仍产生超声波, 但
主要是烧蚀效应产生的超声波, 烧蚀效应原理如图
2所示, 烧蚀效应会对表面产生一定的微损伤, 但可 图3 激光超声可视化检测基本原理
获得更高强度的超声信号。文中介绍的激光超声主
要是基于热弹效应产生。

图1 热弹效应原理示意 图4 脉冲激光扫描顺序
采用波长为1064nm 的空冷调 Q 固态二极管

泵浦脉冲激光器, 通过激光腔内锁模、 激光器阵的定
时激发、 电光调 Q 技术, 利用光纤相阵法控制产生

脉宽为7ns的激光束。激光能量为2mJ , 光斑直径

不大于1mm 。同步控制激光反射镜使其按上述设

定顺序从上到下、 从左至右偏转±25° 进行扫描。脉
冲激光照射在被测体表面, 试件表面会吸收光能、 瞬
图2 烧蚀效应原理示意
间热膨胀产生微小变形。压电传感器在铝板表面接
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2023年 第45卷 第10期
无损检测