利用光學(xué)特性的無損檢測技術(shù)
1.激光全息照相檢測
激光全息照相檢測是一種全息干涉計量法。
物體內(nèi)部的缺陷在受到外力作用時,例如抽真空(施加負壓)、充氣加壓、加熱、振動、彎曲等加載方式的作用下,與缺陷對應(yīng)的物體表面將產(chǎn)生與周圍不 ..
1.激光全息照相檢測
激光全息照相檢測是一種全息干涉計量法。 物體內(nèi)部的缺陷在受到外力作用時,例如抽真空(施加負壓)、充氣加壓、加熱、振動、彎曲等加載方式的作用下,與缺陷對應(yīng)的物體表面將產(chǎn)生與周圍不同的局部微小變形(位移),采用激光全息照相的方法,將發(fā)生變形前后兩個光波的波陣面記錄下來進行對比觀察,從而可以判斷并檢出物體的內(nèi)部缺陷。 激光全息照相是利用光的干涉現(xiàn)象,右圖為激光全息照相光路系統(tǒng)示意圖,由圖中所示可見,激光發(fā)生器1(如氦-氖激光器、紅寶石激光器、氬離子激光器等)發(fā)出的激光束一部分經(jīng)棱鏡2反射到反射鏡4再經(jīng)透鏡5擴束投射到試件6的表面(加載),試件表面反射的光波投射到照相干板7上(物波),另一部分激光束通過棱鏡2再經(jīng)透鏡3擴束投射到反射鏡8,然后再反射投射到照相干板7上(參考波),這兩束光波將會發(fā)生干涉(它們來自同一激光源,有固定的相位關(guān)系),干涉的結(jié)果是產(chǎn)生干涉條紋:在有的區(qū)域兩個波的相位相同時,產(chǎn)生相長干涉,形成干涉條紋圖像中的明亮條紋,當(dāng)兩個波的相位相反時則產(chǎn)生相消干涉,形成暗條紋,于是構(gòu)成了明暗相間的干涉條紋圖像。當(dāng)試件內(nèi)無缺陷時,加載后試件表面的變形是連續(xù)規(guī)則的,所產(chǎn)生的干涉條紋形狀與明暗條紋間距的變化也是連續(xù)均勻的,與試件外形輪廓的變化相協(xié)調(diào)。如果試件內(nèi)存在有缺陷,則加載后對應(yīng)有內(nèi)部缺陷的試件表面部位的變形比周圍的變形大,則光程出現(xiàn)差異,對應(yīng)有缺陷的局部區(qū)域?qū)霈F(xiàn)有不連續(xù)突變的干涉條紋,亦即條紋形狀與間距將發(fā)生畸變,從而可以根據(jù)干涉條紋圖形判別試件內(nèi)部的缺陷。 攜帶有試件表面微小變形(位移)信息的物波與參考波相干涉形成以干涉條紋的反差、形狀和間距變化形式記錄試件全部信息的圖形,就是全息圖。 前面提及的激光-超聲全息照相檢測就是以超聲波為物波,激光束為參考波形成的一種全息圖。 激光全息照相檢測可用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)、疊層膠接結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料以及薄壁構(gòu)件的裂紋、脫粘、未粘合等缺陷,其優(yōu)點是對試件的加工精度要求不高,安裝調(diào)試方便,能得到物體的三維圖像,缺點是對不透光物體沒有穿透能力,一般只能用于厚度小的薄材料,設(shè)備較昂貴,并且在檢測時受機械振動、聲振動(如環(huán)境噪聲)以及環(huán)境光等的干擾大等等,因此需要在安靜、清潔的暗室中進行檢測。 2.激光電子散斑剪切技術(shù) ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry)也稱為TV全息攝影術(shù)(TV Holography)或數(shù)字全息術(shù)(Digital Holography)。一束激光被透鏡擴展并投射到被測量表面上,反射光與從激光器直接投射到攝像機的稱為參考光束的結(jié)合,發(fā)生干涉,攝像機會記錄一系列的斑點圖像。通過圖像比較可以顯示出斑點結(jié)構(gòu)中的變化并產(chǎn)生相關(guān)緣紋,它們起因于記錄圖像之間的表面位移與變形,智能軟件自動分析這些緣紋并計算處定量的位移值。先進的ESPI系統(tǒng)利用若干個激光照射方向或攝像機,產(chǎn)生位移和變形的三維信息以及輪廓信息(3D-ESPI系統(tǒng))。根據(jù)這些數(shù)據(jù),可以獲得應(yīng)變、應(yīng)力、振動模式以及更多的數(shù)值。 ESPI系統(tǒng)提供了變形、位移、應(yīng)變和應(yīng)力方面的信息,材料工業(yè)利用這種技術(shù)可以測量楊氏彈性模量、泊松比、裂紋生長、真實應(yīng)變/真實應(yīng)力作用,以及許多其他描述新材料所需要的材料參數(shù)。高速的測量系統(tǒng)還可以提交動態(tài)的材料數(shù)值,可用于碰撞試驗與碰撞模擬。 汽車工業(yè)在許多方面采用ESPI:分析底盤的疲勞行為,傳動系、發(fā)動機、齒輪箱、車輪以及許多其他部件,這對于汽車安全都是高應(yīng)力和關(guān)鍵的部件。此外,噪聲振動(NVH-Noise Vibration Harshness)問題也可以采用脈沖ESPI技術(shù)解決。一個脈沖激光器以可變的時間延遲發(fā)出兩個激光脈沖,由1-3個高速ESPI攝像機記錄圖像,測量的結(jié)果顯示運作的偏差,這是用于消除聲源,使阻尼系統(tǒng)最優(yōu)化,消除剎車時發(fā)出的尖銳噪音或者消除其顫動等。NVH的典型應(yīng)用是減小噪音,ESPI也可以用于優(yōu)化音質(zhì),例如關(guān)車門的碰撞試驗。脈沖ESPI技術(shù)的其他優(yōu)點還有可以分析沖擊事件,例如顯示瑞利波(Raleigh waves)在金屬或地下的傳播與反射。 |
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