[发明专利]一种用于评价工件表面形貌结构的激光散射检测方法

说明书

本发明公开了一种用于评价工件表面形貌结构的激光散射检测方法，采用线偏振激光散射检测加工表面的背散射光的偏振状态分布，通过改变入射激光与材料表面夹角，得到不同入射角下加工表面背散射光的偏振状态分布，求解不同入射角下材料加工表面纹理结构和形貌特征评价参数高度起伏方差s²和相关长度S_al，通过线性回归法零件加工表面准确的高度起伏方差s²和相关长度S_al值，实现加工表面纹理结构和形貌特征的精确检测与评价。本发明不受加工表面粗糙度、工作距离的限制，通过调整激光束与零件加工表面的角度，根据加工材料表面准确的高度起伏方差和相关长度值，可以更加科学的评价加工表面的纹理结构和形貌特征，具有较高的检测效率和精度。

技术领域

本发明涉及材料加工表面形貌结构的无损检测技术，特别是一种用于材料加工表面形貌结构的激光散射检测方法。

背景技术

材料加工表面形貌结构是评价材料加工表面质量的重要参数。零件加工表面的纹理结构、形貌分布特征通常与零件性能直接相关。大多数情况下，评价零件加工表面质量采用粗糙度的算术平均高度Ra，然而Ra并不能确切地揭示材料加工表面地纹理结构、形貌分布等特征。两个加工表面地Ra值相同，但两者的表面纹理结构和形貌分布可能完全不同，进而导致零件的性能相差悬殊。零件的性能并不单单决定于Ra。例如零件的断裂强度、疲劳强度、抗腐蚀能力均和零件加工表面的最大高度Rz密切相关。仅仅测量零件加工表面粗糙度Ra，不能准确评价零件加工表面质量。为了更加合理并全面评价零件加工表面质量，非常有必要检测零件加工表面的纹理结构和形貌分布特征。

现有测量零件加工表面形貌结构的方法主要有接触式探针扫描、原子力显微探测、光学干涉仪测量、激光共聚焦显微观测、激光扫描检测等。其中接触式探针扫描需要接触零件加工表面，其测量精度受扫描速度影响，实际测量扫描速度低，检测效率低；原子力纤维探测主要针对于极小尺度的超精密加工表面检测，不适用于实际宏观零件加工表面检测；光学干涉仪测量利用迈克尔逊干涉原理测量零件加工表面高度变化，然而零件加工表面不能过于粗糙，否则难以形成干涉，实际测量困难；激光共聚焦显微观测，利用激光采用共聚焦显微原理，测量加工表面，测量效率低，适用于小尺寸的精密检测，不适用于实际宏观大尺寸零件加工表面的检测，并且对于透明材料检测效果会降低；另外，光学干涉仪测量和激光共聚焦显微观测都对工作距离有限制，需要贴近加工表面检测，对于实际零件，尤其是大尺寸零件的检测是必须要考虑的问题；激光扫描检测，采用结构光或者点激光测量加工表面，检测速度快，效率高，但对于精密加工表面，检测结果噪声大，信噪比低，数据处理困难。实际生产加工中，对于加工表面纹理结构和形貌特征的评价大多采用Ra，不够科学。适用于实际生产加工中零件表面纹理结构和形貌特征的精密检测和评价仍然缺乏。因此，需要研发一种适用于大尺寸零件加工表面纹理结构和形貌特征检测，不受工作距离限制的高效精准的检测与评价方法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出一种用于评价工件表面形貌结构的激光散射检测方法，是采用线偏振的激光检测，不受加工表面粗糙度、工作距离的限制，通过调整激光束与零件加工表面的角度，根据加工材料表面准确的高度起伏方差和相关长度值，可以更加科学的评价加工表面的纹理结构和形貌特征，具有较高的检测效率和精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：