基于激光衍射测量技术的光学材料瑕疵无损检测方法研究

【摘要】：在工业领域,我们常常需要在不破坏或不损害被检材料的前提下,探测材料表面或内部存在的各种缺陷,这对材料在高温、高压、高负荷和高速度等工作环境下正常工作是十分重要的。这种探伤技术称为无损检测技术。随着现代化工业和科学技术的快速发展,无损检测技术在提高生产率、降低生产成本等诸多领域正发挥着越来越大的作用。激光技术在无损检测上的应用越来越广泛,形成了激光超声、激光全息、激光散斑、激光衍射等无损检测新技术。本论文主要针对广泛应用于民用与军用航空领域的关键材料蓝宝石的无损检测需求研究设计一套镜面瑕疵的无损检测方法。论文分析了激光超声、激光全息、激光散斑、激光衍射检测技术,总结了四种检测技术的原理、方法、特点、应用及发展,并对比分析了激光衍射检测技术的优势,建立用激光衍射法对镜面瑕疵进行系统检测系统的一套方案。论文在光的衍射理论基础上,提出了一种模拟瑕疵对激光进行衍射光的仿真计算方法,编写了基于基尔霍夫衍射算法的仿真计算程序。以仿真计算为依据,通过调节镜面瑕疵与探测屏之间的距离,根据仿真出的衍射光场分布图,寻找变化规律,进而得出了等相位面上光场分布具有稳定性的结论;又通过分析不同瑕疵尺寸、形状情况下仿真出的衍射光场分布图,寻找变化规律,建立了镜面瑕疵与衍射场分布特征的对应关系。论文还利用基尔霍夫衍射理论,对不同形状瑕疵进行反推仿真计算,得到不同形状的瑕疵所对应的瑕疵重现衍射光场分布特性,通过分析比较确定了瑕疵重现光场分布与初始瑕疵光场呈现出良好的一一对应关系,从而建立起衍射光场强度与瑕疵尺寸形状之间的一一对应关系,这种一一对应的关系就是利用该方法进行实际检测中的评判依据。论文在以上研究结果的基础上,设计建立了初步的试验装置,并获得了实验测试数据。