便攜式真空加載剪切電視全息無損檢測(cè)系統(tǒng)研究

半導(dǎo)體泵浦的YAG倍頻激光器體積非常小,為25 mm×30 mm,CCD攝像機(jī)與方棱鏡等構(gòu)成的剪切光學(xué)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(jì)算機(jī)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(cè)的區(qū)域也就是直徑350 mm的面積.對(duì)于大的檢測(cè)面積,可采用多次分塊檢測(cè)的辦法完成,即檢測(cè)完一處后,移動(dòng)到下一處檢測(cè),直至全部檢測(cè)完畢.

若要得到定量數(shù)據(jù),需采用相移技術(shù).我們使用相移器實(shí)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(yīng),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(dòng)反射鏡移動(dòng),使參考光波相位發(fā)生變化.伸縮量S與電壓V的關(guān)系為

式中:E為加在PZT上的電場(chǎng)強(qiáng)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(guān)的參數(shù),對(duì)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(dá)到人為相移的目的.相移器由計(jì)算機(jī)通過D/A自動(dòng)控制.

系統(tǒng)軟件是Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序,在Pentium100微機(jī)上工作時(shí),每幅圖的檢測(cè)時(shí)間少于1 s.

3　真空加載方式下的無損檢測(cè)機(jī)理

由于剪切激光電視全息技術(shù)對(duì)被測(cè)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(cè)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(dāng)改變真空室內(nèi)的壓力時(shí),被測(cè)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(duì)應(yīng)的表面變形量與周圍相比有一個(gè)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(cè)量這個(gè)位移梯度來判斷缺陷的存在位置及大小的.

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)航空復(fù)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(fù)合材料的強(qiáng)度大大降低,嚴(yán)重影響航空飛行器的安全,因此必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的無損檢查.我們用此測(cè)量系統(tǒng)對(duì)鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料脫粘缺陷進(jìn)行了無損檢測(cè),圖4為檢測(cè)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(yīng)變,因此真空加載剪切電視全息無損檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)剛體運(yùn)動(dòng)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(cè)系統(tǒng)與激光全息檢測(cè)和普通電視全息檢測(cè)方法相比突出的優(yōu)點(diǎn)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(cè)系統(tǒng),對(duì)大件鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)航空復(fù)合材料進(jìn)行分塊抽真空加載和檢測(cè),取得了滿意的效果,解決了實(shí)際工程中大構(gòu)件鋁蒙皮蜂窩結(jié)構(gòu)航空復(fù)合材料的無損檢測(cè)問題,使散斑干涉計(jì)量技術(shù)走向?qū)嵱没蟠笄斑M(jìn)了一步