利用光學(xué)特性的無(wú)損檢測技術(shù)
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激光全息照相檢測是一種全息干涉計量法。
物體內部的缺陷在受到外力作用時(shí)，例如抽真空（施加負壓）、充氣加壓、加熱、振動(dòng)、彎曲等加載方式的作用下，與缺陷對應的物體表面將產(chǎn)生與周?chē)煌木植课⑿∽冃危ㄎ灰疲?，采?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/激光">激光全息照相的方法，將發(fā)生變形前后兩個(gè)光波的波陣面記錄下來(lái)進(jìn)行對比觀(guān)察，從而可以判斷并檢出物體的內部缺陷。
激光全息照相是利用光的干涉現象，右圖為激光全息照相光路系統示意圖，由圖中所示可見(jiàn)，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(guò)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(huì )發(fā)生干涉（它們來(lái)自同一激光源，有固定的相位關(guān)系），干涉的結果是產(chǎn)生干涉條紋：在有的區域兩個(gè)波的相位相同時(shí)，產(chǎn)生相長(cháng)干涉，形成干涉條紋圖像中的明亮條紋，當兩個(gè)波的相位相反時(shí)則產(chǎn)生相消干涉，形成暗條紋，于是構成了明暗相間的干涉條紋圖像。當試件內無(wú)缺陷時(shí)，加載后試件表面的變形是連續規則的，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均勻的，與試件外形輪廓的變化相協(xié)調。如果試件內存在有缺陷，則加載后對應有內部缺陷的試件表面部位的變形比周?chē)淖冃未?，則光程出現差異，對應有缺陷的局部區域將會(huì )出現有不連續突變的干涉條紋，亦即條紋形狀與間距將發(fā)生畸變，從而可以根據干涉條紋圖形判別試件內部的缺陷。
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構、疊層膠接結構、復合材料以及薄壁構件的裂紋、脫粘、未粘合等缺陷，其優(yōu)點(diǎn)是對試件的加工精度要求不高，安裝調試方便，能得到物體的三維圖像，缺點(diǎn)是對不透光物體沒(méi)有穿透能力，一般只能用于厚度小的薄材料，設備較昂貴，并且在檢測時(shí)受機械振動(dòng)、聲振動(dòng)（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(jìn)行檢測。
2 激光電子散斑剪切技術(shù)
ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry)也稱(chēng)為T(mén)V全息攝影術(shù)(TV Holography)或數字全息術(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(chēng)為參考光束的結合，發(fā)生干涉，攝像機會(huì )記錄一系列的斑點(diǎn)圖像。通過(guò)圖像比較可以顯示出斑點(diǎn)結構中的變化并產(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(dòng)分析這些緣紋并計算處定量的位移值。先進(jìn)的ESPI系統利用若干個(gè)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)。根據這些數據，可以獲得應變、應力、振動(dòng)模式以及更多的數值。
ESPI系統提供了變形、位移、應變和應力方面的信息，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(cháng)、真實(shí)應變/真實(shí)應力作用，以及許多其他描述新材料所需要的材料參數。高速的測量系統還可以提交動(dòng)態(tài)的材料數值，可用于碰撞試驗與碰撞模擬。
汽車(chē)工業(yè)在許多方面采用ESPI：分析底盤(pán)的疲勞行為，傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機、齒輪箱、車(chē)輪以及許多其他部件，這對于汽車(chē)安全都是高應力和關(guān)鍵的部件。此外,噪聲振動(dòng)（NVH-Noise Vibration Harshness）問(wèn)題也可以采用脈沖ESPI技術(shù)解決。一個(gè)脈沖激光器以可變的時(shí)間延遲發(fā)出兩個(gè)激光脈沖，由1-3個(gè)高速ESPI攝像機記錄圖像，測量的結果顯示運作的偏差，這是用于消除聲源，使阻尼系統最優(yōu)化，消除剎車(chē)時(shí)發(fā)出的尖銳噪音或者消除其顫動(dòng)等。NVH的典型應用是減小噪音，ESPI也可以用于優(yōu)化音質(zhì)，例如關(guān)車(chē)門(mén)的碰撞試驗。脈沖ESPI技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)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。
除了汽車(chē)工業(yè)以外，所有的運輸工業(yè)，例如鐵路、海運、航空等等都可以利用這種具有全視場(chǎng)、三維、非接觸測量能力的ESPI。
激光剪切測量技術(shù)（Laser shearography）也是一種散斑干涉測量技術(shù)，這是廣泛應用于無(wú)損檢測或無(wú)損檢驗的，但是其光學(xué)設置有了一些改進(jìn)，參考波束被取代，物體圖像是雙重的，在攝像機中是側向剪切與有層理的。產(chǎn)生的斑點(diǎn)圖像顯現出被測試或分析表面變形的梯度，可以通過(guò)現代的相位移技術(shù)與緣紋打開(kāi)技術(shù)對這種信息進(jìn)行自動(dòng)分析。
由于激光剪切測量得到的是唯一的變形梯度，它不受剛性物體運動(dòng)的影響，因此，這種技術(shù)典型地應用于生產(chǎn)線(xiàn)或維修中的缺陷識別。
EPSI和剪切（Shearography）技術(shù)是激光光學(xué)全場(chǎng)測量技術(shù)，它們是基于激光散斑效應，這是在用激光照射粗糙表面時(shí)發(fā)生的現象。
無(wú)損檢測與無(wú)損檢驗都是剪切測量技術(shù)最廣泛應用的領(lǐng)域?，F代復合材料的生產(chǎn)過(guò)程中，許多不同的構件要粘接在一起，這些零件裝配的過(guò)程往往需要手工操作，因此在生產(chǎn)線(xiàn)上一定階段中實(shí)施無(wú)損檢測對于產(chǎn)品的可靠性與質(zhì)量控制是非常重要的，剪切測量技術(shù)為所有的無(wú)損檢測應用提供了一個(gè)非常有用的工具。
航空工業(yè)利用剪切測量技術(shù)試驗玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料（CFRP）的復合材料、光潔層面、泡沫塑料以及鋁復合材料等。全自動(dòng)檢驗系統已經(jīng)安裝用于A(yíng)RIANE 5的檢驗，以及直升機旋轉槳葉檢驗。對于維修檢驗，便攜式的剪切測量檢驗系統已經(jīng)利用真空加載或熱加載用于探查缺陷。最近，剪切測量技術(shù)還被證實(shí)可用于協(xié)和式飛機零件的維修檢驗。Pratt Whitney的噴氣發(fā)動(dòng)機耐磨密封也已經(jīng)采用激光剪切測量系統利用振動(dòng)激勵進(jìn)行檢驗。在汽車(chē)工業(yè)中的輪胎試驗和表板檢驗也已是眾所周知的應用了。 (end)
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