針對合金刀具制造和切削過程中產(chǎn)生表面缺陷的無損檢測問題婿着，建立激光超聲實(shí)驗(yàn)裝置专运。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明肄埠，該系統(tǒng)能有效檢測刀具表面裂紋，檢測效率高绵另，實(shí)驗(yàn)裝置簡單悬鲜，經(jīng)濟(jì)成本低，且易于實(shí)現(xiàn)完全非接觸式檢測姨莽。

　　隨著柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等自動化加工系統(tǒng)的快速發(fā)展厉源，機(jī)械加工的自動化程度得到大幅提高。為了保證機(jī)械制造自動化和生產(chǎn)的順利進(jìn)行仲侈，需要對加工過程中所出現(xiàn)的故障進(jìn)行有效檢測豆蝠。刀具是機(jī)械加工過程中最基本的加工元素，刀具的破損會導(dǎo)致加工過程中斷秆惑、引起工件報(bào)廢赛羡、增加廢品率、使機(jī)床損壞哗蛋、降低機(jī)床使用率词祝、增大生產(chǎn)成本。因此届谈，刀具的健康檢測成為整個生產(chǎn)過程安全枯夜、順利進(jìn)行的一個重要環(huán)節(jié)。

　　硬質(zhì)合金具有硬度高艰山、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)湖雹，允許切削速度比高速鋼高4～10倍，因此被制成各種合金刀具并廣泛應(yīng)用于航空航天制造業(yè)程剥、模具制造業(yè)劝枣、汽車制造業(yè)及機(jī)床制造業(yè)等眾多領(lǐng)域汤踏。合金刀具在制造和切削過程中往往會留下各種表面缺陷织鲸，為滿足刀具使用的安全性、可靠性和耐用度的高標(biāo)準(zhǔn)要求溪胶，必須對其表面缺陷進(jìn)行檢測搂擦。

　　常用的刀具表面缺陷檢測方法主要有肉眼觀察、放大鏡觀察哗脖、浸油吹砂瀑踢、體視顯微鏡和工具顯微鏡等，但是這些方法自動化程度低才避，對刀具表面粗糙度要求高咱茂，且容易產(chǎn)生漏檢。激光超聲技術(shù)是通過激光激發(fā)超聲信號，無需耦合劑缴碉，超聲信號又可通過光學(xué)方法檢測敢添，故可實(shí)現(xiàn)完全非接觸激發(fā)和接收，便于在高溫叁乍、高壓季训、高速旋轉(zhuǎn)等惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無損檢測；激光超聲的激發(fā)和檢測都是在瞬間完成的则沃，能夠?qū)崿F(xiàn)快速實(shí)時檢測肝庸；另外激光超聲可用于表面幾何形狀復(fù)雜及受限制如焊縫根部、小直徑管道等的檢測章迎，因此吓死，廣泛應(yīng)用于無損檢測領(lǐng)域。

　　目前焚寂，將激光超聲技術(shù)應(yīng)用于刀具表面缺陷檢測仍處于初始研究階段统岭。本文建立激光超聲實(shí)驗(yàn)裝置，將激光超聲檢測技術(shù)應(yīng)用于刀具表面缺陷檢測粉臊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明草添，該系統(tǒng)能有效檢測刀具表面缺陷，檢測效率高扼仲，結(jié)構(gòu)簡單远寸，安裝、操作容易屠凶，體積較小驰后，且易于實(shí)現(xiàn)完全非接觸檢測。

　　1激光超聲檢測原理

　　超聲波通常是指頻率高于20kHz的機(jī)械波矗愧。這種機(jī)械波在材料中以一定的速度和方向傳播灶芝，遇到聲阻抗不同的異質(zhì)界面(如缺陷或被測物件的底面等)就會產(chǎn)生反射。根據(jù)聲波在不同界面的反射現(xiàn)象即可進(jìn)行超聲波探傷唉韭。目前夜涕，常用的超聲波探傷方法主要有脈沖反射法、穿透法和共振法等属愤。本文實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用脈沖反射法女器。當(dāng)激光脈沖照射在介質(zhì)表面，介質(zhì)表面局部范圍吸收光能產(chǎn)生較高溫升岗命，這部分介質(zhì)由于溫升會產(chǎn)生熱膨脹運(yùn)動巨脚，帶動周圍介質(zhì)一起運(yùn)動從而在其內(nèi)部產(chǎn)生超聲波，然后根據(jù)超聲波在介質(zhì)內(nèi)部傳播時的反射波情況來檢測介質(zhì)的缺陷品救。當(dāng)超波垂直入射介質(zhì)表面時敢弟，若已知入射波聲強(qiáng)I0贼卿，反射波聲強(qiáng)Ir，則不同界面的聲強(qiáng)反射率R可表示為

　　式中：P0為入射波的聲壓捅振；Pr為反射波的聲壓正脸；r為界面的聲壓反射率；Z1為第一種介質(zhì)的聲阻抗呀琢；Z2為第二種介質(zhì)的聲阻抗鄙叼。若已知透射波聲強(qiáng)It，則不同界面的聲強(qiáng)透過率T為

　　式中：Pt為透射波的聲壓壕归。

　　由式(1)群娃、(2)可以看出，超聲波經(jīng)過不同的界面發(fā)生反射現(xiàn)象時癞季，其反射波能量是減小的劫瞳，且反射波與透射波能量之和等于入射波能量。

　　2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及結(jié)果

　　激光超聲檢測實(shí)驗(yàn)裝置如圖1绷柒。由Q-Nd：YAG激光器產(chǎn)生的波長為1.06μm志于，脈沖寬度為15ns的激光脈沖經(jīng)球面鏡聚焦成直徑約為1mm的點(diǎn)源后照射到刀具表面，激發(fā)出超聲波信號废睦。該系統(tǒng)激光器為華北機(jī)電研究所研制伺绽，由振蕩級和放大級組成，通過調(diào)節(jié)放大級的工作電壓可以改變激光束的能量嗜湃，本文中激光器輸出單脈沖最大能量為120mJ奈应。超聲信號由粘貼在試樣表面的PVDF壓電薄膜來接收，經(jīng)放大购披、濾波處理后送入TDS2012雙通道數(shù)字示波器進(jìn)行采集杖挣，并保存數(shù)據(jù)。

　　如圖2所示合金刀具刚陡，直徑規(guī)格為惩妇，分別取無表面缺陷刀具和柄部帶有橫向裂紋刀具進(jìn)行檢測。實(shí)驗(yàn)中PVDF壓電薄膜和激光點(diǎn)源位于裂的同側(cè)筐乳。為更好地接收超聲信號撤掀，PVDF壓電薄膜需要通過耦合劑粘貼在刀具柄部。圖3為無表面缺陷刀具中探測到的超聲信號克酿，有橫向裂紋刀具中探測到的超聲信號颅唇。

　　由圖3可以看出申广，沒有缺陷的超聲信號只有一處明顯峰峰值限匕；由圖4可以看出，帶有缺陷的超聲信號有兩處明顯峰峰值东六，第一處波峰是傳感器探測到的直達(dá)表面波信號困荤，第二處波峰就是表面波遇到缺陷后的反射回波然板。顯然，可以通過這種方法進(jìn)行刀具表面缺陷的有效檢測捎鹤。

　　針對合金刀具制造和切削過程中產(chǎn)生表面缺陷的無損檢測問題秃标，本文建立激光超聲實(shí)驗(yàn)裝置，將激光超聲檢測技術(shù)應(yīng)用于刀具表面缺陷檢測亡荞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明篡话，該系統(tǒng)能有效檢測刀具表面缺陷，結(jié)構(gòu)簡單水孩，安裝镰矿、操作容易，體積較蟹帧秤标；激光激發(fā)和超聲信號接收都是在瞬間完成，檢測效率高宙刘，且超聲信號可以通過光學(xué)方法探測苍姜，易于實(shí)現(xiàn)完全非接觸式檢測，為機(jī)械制造過程中刀具健康狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)悬包，具有一定實(shí)用價(jià)值衙猪。

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