[發明專利]一種利用數字剪切散斑干涉進行無損檢測的方法及其裝置

無效

• 申請號: 200910219056.5
• 申請日: 2009-11-19
• 公開（公告）號: CN101699272A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 趙建林;邸江磊;孫偉偉;王倩;焦向陽
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種利用數字剪切散斑干涉進行無損檢測的方法及其裝置，屬于光學無損檢測技術領域。

背景技術

數字剪切散斑干涉技術是一種基于激光的全場，非接觸表面變形(位移或應變)的測量技術。把一個具有微小楔角的剪切鏡置于成像透鏡的前面，使得物體表面的一點在像面上產生一對具有很小錯位的兩個像，由于物體表面被激光照明，使得由于錯位產生的兩幅剪切圖像相互干涉而形成了一個包含隨機干涉圖樣的剪切散斑場。錯位像在像平面上互相干涉，形成散斑干涉圖像并由CCD經圖像采集卡采集到計算機中，對變形前后兩幅散斑圖像做相減或相關運算即可以在計算機上實時顯示物體變形信息的散斑條紋。

數字剪切散斑干涉技術具有實時、全場、非接觸、無損、機構簡單、無需防震裝置等優點。由于檢測結果不受待測樣品剛體運動影響，檢測儀無需防震裝置，為應用于生產檢測線提供了技術基礎。同時，計算機圖像處理及分析系統使樣品中的缺陷可實時監測與測量，快捷方便。對測量樣品的高精度以及對測量環境的較低要求成為數字剪切散斑干涉技術成熟應用于輪胎、復合材料和金屬領域的基礎，其可以檢測輪胎內部微小氣泡和胎體脫層等典型缺陷，并可確定缺陷的斷面位置。

目前，基于數字剪切散斑原理的無損檢測方法及裝置所采用的圖像采集裝置均為面陣CCD或面陣CMOS，例如，廣州華工百川自控科技有限公司公開號為CN1632543A的發明專利，韓國輪胎株式會社公開號為CN1916563A的發明專利，Y.Y.Hung等人于2005年在Materials?Science?and?Engineering上發表的“Shearography：An?opticalmeasurement?technique?and?applications”中利用散斑干涉術測量物體變形及離面位移。另外，德國Steinbichler公司生產的激光數字剪切散斑輪胎無損檢測儀，可對整條輪胎進行檢測，一個掃描周期可在2min內完成，缺陷分辨率為1mm，檢測輪胎最大外直徑為1600mm，最大斷面寬度為600mm。但該檢測儀檢測系統的感光器件也是由若干個面陣CCD組成。

作為散斑圖記錄介質的面陣CCD或CMOS面積一般較小，其像素總數有限。若利用成像器件對較大視場成像，面陣CCD所采集的剪切散斑像的分辨率會降低，進而降低了材料缺陷的檢測靈敏度。因此基于面陣CCD的無損檢測，無法同時達到大視場面積和高靈敏度的要求。另外，若待測材料表面起伏較大，超過成像系統的景深限制，而面陣CCD為一準平面，成像在面陣CCD表面的像有一部分會產生離焦現象。由于受圖像記錄介質的影響，數字剪切散斑干涉技術的靈敏度及分辨率不能進一步提高。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種利用數字剪切散斑干涉進行無損檢測的方法及其裝置，根據待測樣品表面形貌可設計相應推掃軌道，以使推掃得到的待測樣品的像清晰在焦；同時，線陣CCD相對于相同分辨率的面陣CCD價格便宜，感光面尺寸大，可大幅度降低檢測成本。

技術方案

一種利用數字剪切散斑干涉進行無損檢測的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將激光束擴束后照射在待測樣品的表面上，經待測樣品表面反射后形成散射光；

步驟2：在與待測樣品表面平行，且與待測樣品同軸的空間平面上將待測樣品反射的散射光分成光強相等的兩束光；所述的兩束光相對于待測樣品軸線對稱，且兩束光之間角度為0.01°～20°；

步驟3：沿垂直于像素排列方向的像平面，以線陣CCD掃描得到兩束散射光形成的待測樣品表面的兩個錯開的散斑像H₁；所述線陣CCD的像素排列方向與散斑像的錯開方向平行；

步驟4：對包含待測樣品在內的樣品周圍區域抽真空，重復步驟1至步驟3，得到待測樣品抽真空后像平面上的對應兩束光所成兩個散斑像的另一幅圖像H₂；所述樣品周圍的相對真空度為0～-100KPa；

步驟5：對抽真空前后的兩幅圖像H₁和H₂進行相關運算，得到圖像H₃；

步驟6：對圖像H₃采用均值濾波法或中值濾波法進行濾波，去除出現的多條沿線陣CCD像素排列方向的與線陣CCD像素同寬的亮條紋得到圖像H₄；

步驟7：當圖像H₄中出現蝴蝶斑形狀的干涉條紋時證明待測樣品出現損傷，否則證明待測樣品無損。