為了準(zhǔn)確測量殘余應(yīng)力的分布情況,提出一種基于反射式暗場白光數(shù)字全息的殘余應(yīng)力三維檢測技術(shù)。該技術(shù)將激光損傷點(diǎn)附近區(qū)域沿著軸向以數(shù)值化的形式離散成多層,每層的暗場反射光強(qiáng)度正比于該層光學(xué)雙折射的軸向梯度,因此利用白光數(shù)字全息測量每層暗場反射光強(qiáng)度,即可結(jié)合光彈效應(yīng)重建各層的剪切應(yīng)力。通過對激光損傷的熔石英玻璃測量,實(shí)際驗(yàn)證所提技術(shù)可以對樣品的三維殘余應(yīng)力分布進(jìn)行準(zhǔn)確重建,且軸向分辨率可達(dá)10μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提技術(shù)可以提高加工工藝和衡量產(chǎn)品的質(zhì)量。

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【部分圖文】：

圖1激光損傷點(diǎn)周圍的殘余應(yīng)力分布特性。

根據(jù)激光損傷的相關(guān)研究[27-28],激光損傷點(diǎn)周圍的殘余應(yīng)力分布特性如圖1所示。從圖1(a)可以看到,主應(yīng)力σ∥(x,y,z)大致在以損傷點(diǎn)為中心的徑向上分布,另一個主應(yīng)力σ⊥(x,y,z)大致在以損傷點(diǎn)為中心的環(huán)向上分布。從圖1(b)可以看到,將損傷點(diǎn)周圍存在的殘余應(yīng)力區(qū)域沿....

圖2測量激光誘導(dǎo)損傷殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)裝置

為了驗(yàn)證所提方法的可行性,搭建的暗場白光數(shù)字全息光路如圖2所示,其中CCD為電子耦合器件。使用功率為0.8W的超連續(xù)譜激光,經(jīng)過準(zhǔn)直和擴(kuò)束后的激光束被起偏器轉(zhuǎn)變?yōu)榫�偏振光,然后被分光棱鏡分為兩束,一束從激光損傷點(diǎn)的背面對損傷區(qū)域進(jìn)行照明,另一束照射在參考物體上。從兩臂反射回來的....

圖3不同深度的干涉圖樣、反射光強(qiáng)度及剪切應(yīng)力。

為了分析激光修復(fù)后損傷點(diǎn)周圍的應(yīng)力分布情況,使用聚焦CO2激光去除損傷點(diǎn)周圍的細(xì)微裂紋、碎屑和氣化凝結(jié)物,修復(fù)后損傷點(diǎn)的顯微照片如圖2插圖所示。從圖2插圖可以看到,修復(fù)后的損傷點(diǎn)變得非常光滑,透過率大大提高。使用相同裝置對修復(fù)后的損傷點(diǎn)進(jìn)行再次測量,部分深度的殘余應(yīng)力如圖3(d)....

圖4修復(fù)前后的殘余應(yīng)力的三維圖和平均應(yīng)力分布。

對修復(fù)后和修復(fù)前在20μm處的剪切應(yīng)力τk(x,y)進(jìn)行比較,結(jié)果如圖4(a)和圖4(b)所示。修復(fù)前和修復(fù)后的各層平均應(yīng)力與深度的關(guān)系,如圖4(c)所示。從圖4(c)可以看到,修復(fù)前和修復(fù)后的最大應(yīng)力都出現(xiàn)在60μm的深度處,但是修復(fù)后的應(yīng)力僅約為修復(fù)前的1/4。圖4(d)....

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