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便攜式真空加載剪切電視全息無損檢測系統(tǒng)研究

作者：時(shí)間：2017-02-06 來源：網(wǎng)絡(luò)

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剪切電視全息測量技術(shù)是一種先進(jìn)的測量技術(shù),可用于微變形測量[1]、無損檢測[2,3]、應(yīng)力應(yīng)變分析[4]等領(lǐng)域,具有全場、非接觸、精度高等優(yōu)點(diǎn), 在科研、工業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景.剪切電視全息干涉術(shù)具有參物光共光路及自身作參考場的特點(diǎn),因此結(jié)構(gòu)簡單,對光源的相干性要求低,抗干擾能力強(qiáng),不需采取特別的隔振措施, 非常適用于現(xiàn)場測量.剪切電視全息的一個(gè)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)無損檢測,如輪胎、容器、蜂窩粘接結(jié)構(gòu)航空復(fù)合材料等.由于受器件的限制(如激光器功率、攝像機(jī)及圖像板的分辨率等),剪切電視全息技術(shù)的一次測量范圍比較小,而在實(shí)際用中,測量對象面積一般都比較大,因此無法將被測物體一次測量完成;另外,由于剪切激光電視全息技術(shù)對被測物體表面位移梯度敏感,因此必須采用適當(dāng)?shù)募虞d方式使被測物體的內(nèi)部缺陷表現(xiàn)出來.通常采用真空加載方式.如前所述,在實(shí)際應(yīng)用中,測量對象面積都比較大,需要制造大的真空室,對于蜂窩粘接結(jié)構(gòu)航空復(fù)合材料,面積通常在幾m2到數(shù)十m2,制造這么大的真空室無論從資金、技術(shù)還是實(shí)用性上都是不現(xiàn)實(shí)的.針對這一問題,本文介紹一種便攜式真空加載剪切電視全息無損檢測系統(tǒng),可由人拿著對大面積蜂窩結(jié)構(gòu)航空復(fù)合材料分塊抽真空加載和檢測,從而有效地克服了上述困難.

1　剪切電視全息原理

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201702/338413.htm

Michelson型剪切電視全息干涉測量系統(tǒng)如圖1所示,2個(gè)平面反射鏡M1、M2被放置成互成90°±δ角,被測物體經(jīng)半透半反棱鏡成2個(gè)像到2個(gè)

平面全反射鏡M1、M2上,因此2個(gè)平面反射鏡在CCD攝像機(jī)靶面上將形成2個(gè)互相錯(cuò)位的像,物體上任一點(diǎn)A(x, y)與點(diǎn)B(x+δx, y)成像到CCD靶面上的同一點(diǎn),在靶面上光強(qiáng)可以表示為

式中:Ψ=θ(x+δx, y)-θ(x, y),表示A、B兩點(diǎn)在x方向剪切的相位差.當(dāng)物體變形后,A與B都發(fā)生位移,引起剪切波前相位差變化,變化量用Δ表示,這時(shí)光強(qiáng)為

變形前的圖像存在圖像板中,與變形后的圖像相減并取絕對值,這時(shí)圖像光強(qiáng)為

實(shí)際情況是Δ變化比Ψ變化慢得多,由(3)式可看到它有2個(gè)互相調(diào)制的函數(shù)項(xiàng),第1項(xiàng)頻率高,表示散斑,第2項(xiàng)變化頻率低,表示散斑條紋.

時(shí),將出現(xiàn)亮條紋,并且該亮條紋帶有散斑點(diǎn).

由文獻(xiàn)[4]可知,若照明光接近垂直入射,則x方向剪切時(shí)　　 w/ x≈(kλ/2δx)

式中　δx為x方向的剪切量.

y方向剪切時(shí)　　 w/ y≈(kλ/2δy)

式中　δy為y方向的剪切量.

2　剪切電視全息測量系統(tǒng)介紹

剪切電視測量系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,半導(dǎo)體泵浦的YAG倍頻激光器發(fā)出功率為60mW、波長為532 nm的激光,經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束照明被測物體,被測物體經(jīng)半透半反棱鏡成2個(gè)像到2個(gè)平面全反射鏡M1、M2上,被M1、M2反射后經(jīng)半透半反棱鏡到達(dá)CCD攝像機(jī)靶面.2個(gè)平面反射鏡M1、M2安裝成互成90°±δ角,因此2個(gè)平面反射鏡反射的2個(gè)像在CCD靶面上將形成2個(gè)互相錯(cuò)位的像,并形成干涉散斑場.該干涉散斑場由CCD攝像機(jī)轉(zhuǎn)換為視頻圖像信號,視頻信號由圖像板數(shù)字量化并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,得到物體變形位移梯度的信息.在本系統(tǒng)中用CCD攝像機(jī)代替全息干板,省去了沖洗干板的麻煩,使測量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化.但攝像機(jī)分辨率比全息干板低,因此要根據(jù)測量要求選擇適當(dāng)分辨率的攝像機(jī).通常采用512×512×8 bits的圖像板,攝像機(jī)的分辨率應(yīng)大于512線;在高測量要求的場合可選用1 024×1 024×8 bits的圖像板,攝像機(jī)也應(yīng)選擇大于1 024線的高分辨率攝像機(jī),這時(shí)系統(tǒng)成本也將增加.

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