[发明专利]基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法

说明书

本发明属于激光增材制造无损检测技术领域，公开了基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法。打印激光器发射具有第一波长的打印激光，并依次经合束镜、双镀膜接收振镜、双镀膜接收场镜后作用于打印基板上形成打印件；激励激光器发射激励激光，并依次经激励振镜、激励场镜后倾斜入射至打印件的表面；激光测振仪发射具有第二波长的接收激光，并依次经合束镜、双镀膜接收振镜、双镀膜接收场镜后入射至打印件的表面；激光测振仪收集激励激光在打印件表面激励的超声波信号；控制单元实现打印与检测的一体化控制。本发明能够解决激光超声线检测装置存在检测灵敏度低、有效扫描范围小、打印效率低的问题。

技术领域

本发明属于激光增材制造无损检测技术领域，更具体地，涉及一种基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法。

背景技术

激光选区熔覆增材制造方法以其能够精密控制零件尺寸而成为金属增材制造应用最为广泛的方法之一。然而，由于在打印过程中激光能量、扫描速度、扫描间距等参数控制的误差，不可避免地出现裂纹、未熔合、气孔和夹渣等随机性工艺缺陷。为了实现高质量的增材打印，亟待开发高效可靠的在线检测装置及方法。

激光超声以其非接触、宽频带和高效率等特点而成为金属增材制造在线方法研究的热点。现有技术，例如“基于共享振镜SLM在线激光缺陷检测装备及方法”，其主要是点是利用一个共享振镜将激励激光器与打印设备进行集成，并在共享振镜旁边加装一个接收激光器系统，通过激励激光器发射超声波，然后通过接收激光器拾取超声振动信号，从而实现内部缺陷的探测。该装置可以实现打印与检测的交替进行，但是还存在较多改进的地方：首先，从打印装备的布局来说，为了不对打印过程产生影响，共享振镜仍然位于打印腔的正中心，这就导致接收激光器处于偏心位置，接收激光器在接收超声时由于倾斜接收角度大而导致信号灵敏度低，不利于检测微米尺度的缺陷；其次，激励光路中的振镜和接收光路中的振镜均布置在打印腔体正上方，由于两种振镜的尺寸限制，两个光路发射的光束只在一个小范围之内有交集，从而导致激光超声可以有效覆盖的检测范围有限，不适用于尺寸较大的零件的打印检测；最后，打印与检测之间是交替进行，即在执行检测时无法执行打印过程，从而降低了打印效率。

因此，亟待解决现有激光超声在线检测技术对于选区熔覆增材制造缺陷检测所面临的检测灵敏度不够高、检测覆盖范围有限等问题，开发能够真正实现对打印进行完全无干扰的在线检测手段。

发明内容

本发明通过提供基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法，解决现有激光超声线检测装置存在检测灵敏度低、有效扫描范围小、打印效率低的问题。

本发明提供基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，包括：激励激光光路、同轴光路、控制单元；

所述激励激光光路包括：激励激光器、激励振镜和激励场镜；所述同轴光路包括：激光测振仪、打印激光器、合束镜、双镀膜接收振镜和双镀膜接收场镜；

所述打印激光器用于发射具有第一波长的打印激光，所述打印激光依次经所述合束镜、所述双镀膜接收振镜、所述双镀膜接收场镜后作用于打印基板上形成打印件；

所述激励激光器用于发射激励激光，所述激励激光依次经所述激励振镜、所述激励场镜后以第一角度倾斜入射至所述打印件的表面；

所述激光测振仪用于发射具有第二波长的接收激光，所述接收激光依次经所述合束镜、所述双镀膜接收振镜、所述双镀膜接收场镜后入射至所述打印件的表面；所述激光测振仪用于收集所述激励激光在所述打印件表面激励的超声波信号，所述超声波信号由所述接收激光在所述打印件表面的反射光携带，所述反射光依次经所述双镀膜接收场镜、所述双镀膜接收振镜、所述合束镜后返回至所述激光测振仪；

所述控制单元用于实现打印与检测的一体化控制；

其中，所述激励振镜用于实现打印范围全覆盖的超声波激励；所述激励场镜用于实现所述激励激光在所述打印件表面的指定位置聚焦；