亚表面缺陷的磁光/涡流成像检测技术研究

　　1引言

　　目前表面无损检测技术已经相对成熟，对材料内部缺陷的无损检测也有多种手段，如适于检测表面开口缺陷的渗透法、适于探测深层内部缺陷的x、射线法、超声波检测法等。但这些技术都对精细表面下细小缺陷的探测无能为力。虽然也出现了磁性检测和超声显微镜成像等新方法来解决这一难题，但前者局限于铁磁性材料且影响因素复杂，分辨力低;后者也因为系统复杂、成本高、性能不理想等原没有发展成为成熟的技术。因此对亚表面缺陷的探今测已经成为光电检测技术研究领域中的一项哑待解决的难题。

　　以电涡流效应与法拉第磁光效应为理论基础的磁光/涡流成像技术，是一种新兴的涡流无损检测方法，研究的目标是既可以实现对亚表面细小缺陷的可视化无损检测，又可实现快速、精确的实时检测，使“非可视现象实时可视化”。磁光/涡流成像的原理是:以脉冲信号激励线圈使其在受检金属试件中感生涡流，若试件表层存在缺陷则会改变该涡流的分布，相应地改变涡流激发的磁场;磁光传感器(磁光石榴石薄膜)在该磁场的作用下会产生磁光效应，使经过的激光的偏振方向发生偏转;包含了缺陷信息的光线经偏振分光镜反射后被CCD接收，就可以对所检出的缺陷进行实时成像。

　　2实验装置

　　本方案设计的原理如图l所示。实际装置中，采用半导体激光器作为光源，具有无需稳频、效率高、体积小、结构简单且便于直接调制等优点。因为激光器所产生的激光束并不是均匀的平面光波，也不是均匀的球面光波，而是特殊的高斯光束，所形成的光斑为椭圆形，光斑中心最亮，向外逐渐减弱，但无清晰的轮廓因此为了改善光束的方向性，压缩光束的发散角，设计中采用了扩束器对激光进行扩束、准直，使光束接近均匀平面波，光斑近似圆形，有利于提高成像质量。

　　激光在扩束、准直后需经过偏振分光镜。因为半导体激光器产生的激光并非单一方向的线偏振光，偏振分光镜能够使光束中偏振方向平行于纸面的光线全部透过，而使其他偏振方向的光线产生反射，这样就能使激光束分成两路，一路为透射光，一路为反射光，透射光即实验中所需的单一方向的线偏振光。被测试件安放在凸透镜(目镜)的焦平面上，线偏振透射光(偏振方向平行于纸面)通过目镜聚焦于被测试件表面，反射后再次经过透镜.与原光线平行射出，然后经过112入波片成为相对原透射光偏振方向旋转了900的线偏振光(偏振方向垂直于纸面)。于是，光线再至偏振分光镜处就只能产生反射，而无法透射，这样既便于磁光传感器接收成像，还能转折光路，防止回光影响激光器稳定工作。线圈通电后，被测导体中的涡流产生包含缺陷信息的磁场，直接安放于被测试件表面的磁光薄膜在该磁场的作用下使反射回光的偏振面产生不同程度旋转，至偏振分光镜处被反射的程度也相应不同，再经偏振片滤除杂光干扰，成为有“亮”有“暗”的灰度图像，经过显微镜放大被CCD摄像头接收:最后，图像由计算机进行分析处理。