1 华侨大学 制造工程研究院，福建厦门3602
2 福建晶安光电有限公司，福建泉州36411
双面研磨作为蓝宝石衬底制备的一道重要工序，研磨表面裂纹深度将严重影响后续抛光的材料去除量，因此对研磨衬底表面裂纹特征研究及深度测量具有重要意义。本文采用截面显微观测法、聚焦离子束侧面观测法、差动蚀刻速率法、磁流变抛光法和逐层抛光法等方法观测双面研磨蓝宝石衬底表面裂纹特征和测量裂纹深度。采用截面显微观测法和聚焦离子束侧面观测法观测研磨后蓝宝石衬底亚表面裂纹形态主要有斜线状、横线状、钩状和树杈状。采用差动蚀刻速率法测得蓝宝石衬底研磨表面裂纹密集层厚度为9~10 μm，而采用磁流变抛光法测得研磨衬底局部亚表面裂纹深度为25~30 μm，采用逐层抛光法测得研磨衬底整体亚表面裂纹深度约为30~35 μm。此外，根据不同方法所检测的裂纹特征和裂纹深度，构建了蓝宝石衬底双面研磨表面裂纹模型，为后续抛光工艺的制定与优化提供依据。
蓝宝石衬底 研磨 表面裂纹 裂纹检测 sapphire substrate lapping surface crack crack detection 光学 精密工程
2023, 31(14): 2060
1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院，陕西 西安 710055
2 西部绿色建筑国家重点实验室，陕西 西安 710055
建筑外墙外保温层作为一种建筑节能材料被广泛应用。为了有效检测外保温层出现的质量问题，提出一种基于外保温层表面裂缝三维传热模型的红外热成像检测方法。首先，借助红外热成像技术，搭建了建筑外墙外保温层表面裂缝检测实验平台，对外保温层的表面裂缝进行检测。之后，通过ANSYS软件建立了建筑外墙外保温层表面裂缝的红外热成像检测三维模型，验证了该模型的可行性，并模拟计算了裂缝尺寸和环境温度对检测效果的影响。结果表明：外保温层裂缝和非裂缝区域的温差主要受到实验环境温度、裂缝尺寸的影响。当环境温度一定时，裂缝宽度和厚度增大，温差随之增加。伴随着环境温度升高，温差也逐渐增大，当实验的环境温度在10 ℃以下时，温差变化较为平缓；当环境温度大于10 ℃，温差增长的速率随着温度的增加逐渐增大。
红外热成像 保温层 表面裂缝 无损检测 有限元模拟 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2204001
1 江西理工大学 机电工程学院，江西 赣州 341000
2 陆军装甲兵学院 装备再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072
为探究基于射频识别(RFID)标签传感器对表面裂纹扩展动态监测能力，采用微带标签天线作为裂纹传感器，以其反向散射信号作为裂纹扩展表征参数，并设计了一种裂纹扩展测试的新方法。该方法采用降载勾线法以获得表面裂纹在扩展中的实际尺寸，建立了表面裂纹尺寸与反向散射信号相位之间的关系。实验结果表明,该传感器可对5.646 mm2的裂纹扩展量进行感知，理论上能够实现0.195 (° )/mm2的监测灵敏度，达到了动态监测的目的。
射频识别 反向散射信号相位 表面裂纹 降载勾线法 监测 radio frequency identification backscattered signal phase surface crack beach marking monitoring
1 太原科技大学机械工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学先进成形与智能装备研究院, 山西 太原 030002
为了实现表面V形裂纹的定量检测, 采用有限元的方法研究了激光激发的超声表面波与表面V形裂纹的作用机理, 在反射回波信号中提取了与表面裂纹长度和角度有关的特征信号。分析了裂纹的角度和长度变化对表面波信号的影响, 并对时域信号进行了时频分析, 提出了一种利用反射表面波定量表征表面V形裂纹长度的方法。数值结果表明, 随着裂纹长度的增加, 反射回波的到达时间差也线性增加, 透射表面波对裂纹角度的变化比较敏感。通过反射回波到达的时间差与裂纹长度之间的关系可以快速判断裂纹长度, 并定量表征出相应裂纹的长度。数值结果与理论结果有很高的吻合度, 为表面V形裂纹长度的定量检测提供了一种高效准确的方法。
激光超声 表面裂纹 时频分析 表面波 laser ultrasonic surface crack time-frequency analysis surface wave
为实现复杂水下环境中裂缝尺寸的准确测量,提出了一种基于线结构光的核燃料棒表面裂缝尺寸测量方法。首先,对获取的图像进行灰度二维搜索,框选出待处理区域,再对该区域进行水平投影和一阶微分,进一步确定裂缝区域;然后,对裂缝区域进行阈值分割以缩小该区域范围,再利用种子点判断法确定出裂缝的上下边界;最后,使用最小二乘法拟合结构光中心线,用中心线方程与裂缝边界点集求交点来确定裂缝的具体位置,再将裂缝边界点转化为三维坐标进行距离采样,计算实际尺寸。实验结果表明使用该方法能精确快速测量出燃料棒表面裂缝的尺寸,并且使误差保持在0.03mm以内,可有效满足测量的便捷性和精确性。
图像处理 线结构光 表面裂缝 水平投影 种子点判断法 最小二乘法 距离采样 激光与光电子学进展
2020, 57(22): 221013
陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术研究中心, 机械结构强度与振动国家重点实验室, 西安交通大学, 陕西西安 710049
激光红外检测方法作为一种新型的远距离无损检测技术, 对于表面裂纹的检测具有很高的效率。本文基于频域叠加法和数据库策略实现了激光激励下表面温度的快速数值模拟, 研究了裂纹尺寸与温度分布间的关系, 在时域与空域验证了快速数值方法的有效性。为基于红外检测信号实现裂纹尺寸的定量重构, 选取合适的特征量并且建立了基于确定论方法的裂纹重构算法。最后, 搭建了红外检测实验系统, 进行了平板试件裂纹红外检测实验, 基于实验信号实现了裂纹的定量重构, 验证了重构算法的有效性。
激光红外检测 表面裂纹 定量重构 确定论方法 laser spot thermography, surface crack, quantitati
1 哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院, 深圳市城市与土木工程防灾减灾重点实验室, 广东 深圳 518055
2 韩国科学技术院土木与环境工程系, 大田 34708, 韩国
提出一种用于半导体芯片表面裂纹瞬时成像检测的线激光锁相热成像新技术。该技术系统由线扫描激光源、高速红外照相机及控制计算机组成,由线激光束扫描目标芯片表面并利用红外相机测量热波传播。提出新型无基线裂纹可视化算法,裂纹可导致热波阻挡现象,故被自动可视化和诊断,不依赖由目标芯片原始状态所获得的基线数据。对芯片在制造过程中产生细微裂纹进行研究,实验证明热成像新技术可对宽度为几十微米的裂纹进行可视化。
图像处理 热成像 无损检测 表面缺陷检测 激光与光电子学进展
2020, 57(6): 061018
昆明理工大学机电工程学院, 云南 昆明 650500
为实现复杂背景下裂纹目标的有效检测,提出一种融合小波边缘检测与多尺度结构化森林的裂纹分割方法,以提高裂纹检测稳健性。该方法利用多幅裂纹图像和人工标注结果提取裂纹图像特征通道并离散化映射标准结果;利用三角滤波器和降采样方法获取常规和相关性候选特征;并将该特征与离散化后的标签进行结构化森林分类器的训练和验证,进而获得多个尺度的裂纹分割。在776幅结构体裂纹图像和600幅钢梁裂纹图像数据集上进行实验,结果表明,相比于单一多尺度结构化森林方法和其他几种分割方法,本文方法能够在较短的时间内获得最高的分割精度。
机器视觉 表面裂纹分割 多尺度结构化森林 反对称双正交小波变换 半重构 模极大值边缘检测
针对 X80管道表面裂纹缺陷检测，提出脉冲激光激发超声，连续激光接收超声波非接触无损检测方法，搭建激光超声检测实验系统。通过对管道表面 A、B扫描，采用幅值归一化、滤波、微分等方法对信号处理提取表面波信号，探究激光超声表面波对管道表面裂纹缺陷的检测机理。结果显示：超声表面波遇到裂纹缺陷时一部分发生反射，一部分沿缺陷边缘传播到裂纹底端，在裂纹底端发生模式转换变成横波传播到管道内壁，经管道内壁被反射回裂纹底端，并在裂纹底端再次发生模式转换，变成表面波沿裂纹边缘继续传播；测得的缺陷特征明显，缺陷位置和深度最大误差为 4%，分辨力达到 0.01 mm。实验表明该激光超声检测系统能够有效检测管道表面裂纹缺陷。
管道 激光超声 表面裂纹 模式转换 pipeline laser ultrasonic surface crack mode conversion
哈尔滨工业大学 机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验, 对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究, 并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示, 该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主, 砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加, 随着主轴转速的增加略有减小; 普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加, 而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比, 在相同的磨削参数下, 超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善, 且磨削力比减小近1/3, 表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少, 表面损伤层较浅, 亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低, 可以获得较为理想的表面质量。
碳化硅陶瓷 超声振动辅助磨削 磨削力比 表面损伤 亚表面裂纹 silicon carbide ceramics ultrasonic assisted grinding grinding force ratio surface damage sub-surface crack
