便攜式真空加載剪切電視全息無損檢測系統(tǒng)研究

半導體泵浦的YAG倍頻激光器體積非常小,為25 mm×30 mm,CCD攝像機與方棱鏡等構(gòu)成的剪切光學頭部分體積為200 mm×80 mm×80mm,安裝在350 mm×500 mm的圓桶形真空室中(如圖2虛線框所示),手持部分總重量小于8 kg,便于攜帶.真空室與真空泵相聯(lián),由計算機控制真空加載.由于真空室直徑為350 mm,因此每次抽真空加載所檢測的區(qū)域也就是直徑350 mm的面積.對于大的檢測面積,可采用多次分塊檢測的辦法完成,即檢測完一處后,移動到下一處檢測,直至全部檢測完畢.

若要得到定量數(shù)據(jù),需采用相移技術.我們使用相移器實現(xiàn)相移.壓電陶瓷晶體一端固定,自由端粘貼一球面反射鏡,在壓電陶瓷晶體兩極加直流電壓V.由于PZT具有電致伸縮效應,改變加在壓電陶瓷晶體上的電壓可以引起壓電陶瓷晶體的收縮與膨脹,帶動反射鏡移動,使參考光波相位發(fā)生變化.伸縮量S與電壓V的關系為

式中:E為加在PZT上的電場強度; d33為加壓方向的壓電系數(shù); M3為電致伸縮系數(shù); t為兩電極間的距離.d33和M3是與PZT材料有關的參數(shù),對某一選定的PZT晶體,其縱向尺寸t一定.可以通過改變加在PZT上的電壓V來改變PZT晶體的伸縮量,達到人為相移的目的.相移器由計算機通過D/A自動控制.

系統(tǒng)軟件是Windows環(huán)境下的應用程序,在Pentium100微機上工作時,每幅圖的檢測時間少于1 s.

3　真空加載方式下的無損檢測機理

由于剪切激光電視全息技術對被測物體表面位移梯度敏感,因此,必須采用適當?shù)募虞d方式使被測物體內(nèi)部缺陷表現(xiàn)出來,我們采用真空加載方式.圖3為帶有脫粘缺陷的膠接結(jié)構(gòu)示意圖.當改變真空室內(nèi)的壓力時,被測試件內(nèi)封閉缺陷部位的內(nèi)外表面將產(chǎn)生壓力差;另一方面,由于脫粘缺陷區(qū)是無約束的,因此該區(qū)域?qū)a(chǎn)生一定程度的變形,發(fā)生離面位移,與它對應的表面變形量與周圍相比有一個位移梯度,在散斑圖上將出現(xiàn)特征條紋.剪切全息正是通過測量這個位移梯度來判斷缺陷的存在位置及大小的.

4　實驗結(jié)果

鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)航空復合材料是航空工業(yè)的一種重要材料.如果鋁蒙皮與蜂窩之間有脫粘情況發(fā)生,將使鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)復合材料的強度大大降低,嚴重影響航空飛行器的安全,因此必須對其進行嚴格的無損檢查.我們用此測量系統(tǒng)對鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)復合材料脫粘缺陷進行了無損檢測,圖4為檢測結(jié)果,由圖中可清楚直觀地看到缺陷的位置和大小.由于剛體位移不產(chǎn)生應變,因此真空加載剪切電視全息無損檢測系統(tǒng)對剛體運動不敏感,能更加清楚地觀察缺陷,這是剪切電視全息無損檢測系統(tǒng)與激光全息檢測和普通電視全息檢測方法相比突出的優(yōu)點之一.

5　結(jié)　論

本文介紹的便攜式真空加載剪切電視全息無損檢測系統(tǒng),對大件鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)航空復合材料進行分塊抽真空加載和檢測,取得了滿意的效果,解決了實際工程中大構(gòu)件鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)航空復合材料的無損檢測問題,使散斑干涉計量技術走向?qū)嵱没蟠笄斑M了一步