[發(fā)明專利]融合散斑干涉和剪切散斑干涉的缺陷深度檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010690247.6
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111751383B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 顧國慶;王艷芳;邱成春
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/22
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

1.一種融合散斑干涉和剪切散斑干涉的缺陷深度檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步：同步進行散斑干涉缺陷檢測以及剪切散斑干涉缺陷檢測；

第二步：通過散斑干涉缺陷檢測獲取缺陷散斑干涉相位圖，同時對缺陷散斑干涉相位圖進行相位處理獲取散斑干涉連續(xù)相位圖,進而獲取缺陷區(qū)域表面離面變形信息；通過剪切散斑干涉缺陷檢測獲取缺陷剪切散斑干涉相位圖，同時對缺陷剪切散斑干涉相位圖進行相位處理獲取對應離面變形一階導數(shù)信息的剪切散斑干涉連續(xù)相位圖；

第三步：從獲取的剪切散斑干涉連續(xù)相位圖中提取缺陷位置、形狀及大致邊界尺寸，同時在散斑干涉連續(xù)相位圖中識別缺陷的對應位置、形狀及大致邊界尺寸；

第四步：建立缺陷深度與相關參數(shù)的力學關系，結合對應離面變形信息的散斑干涉連續(xù)相位分布，求解缺陷深度；

在第一步中，采用散斑干涉系統(tǒng)和剪切散斑干涉系統(tǒng)同步采集變形前后的四幅相移散斑干涉圖和四幅相移剪切散斑干涉圖，其中，變形前的相移散斑干涉圖像強度或者變形前的相移剪切散斑干涉圖像強度均可表示為

其中，I_bi(x,y)表示變形前的相移散斑干涉或變形前的相移剪切散斑干涉圖像強度，A(x,y)表示背景光強，B(x,y)表示調制光強，φ表示初始相位；

變形后的相移散斑干涉圖像強度或者變形后的相移剪切散斑干涉圖像強度均可表示為

其中，I_ai(x,y)表示變形后的相移散斑干涉或變形后的相移剪切散斑干涉圖像強度，A(x,y)表示背景光強，B(x,y)表示調制光強，φ表示初始相位，δ表示變形引起的相位變化；

在第二步中，采用四步相移算法，對變形前后的四幅相移散斑干涉圖和四幅相移剪切散斑干涉圖分別進行解調運算得到散斑干涉相位分布以及剪切散斑干涉相位分布，變形前的散斑干涉相位分布或者變形前的剪切散斑干涉相位分布均可表示為

其中，φ為初始相位；

變形后的散斑干涉相位分布或者變形后的剪切散斑干涉相位分布均可表示為

其中，φ表示初始相位，δ表示變形引起的相位變化；

由變形引起的相位變化即為

其中，φ表示初始相位，δ表示變形引起的相位變化；

對于散斑干涉，解包后的連續(xù)相位與缺陷區(qū)域離面變形存在以下關系

其中，δ_d表示解包后散斑干涉的連續(xù)相位，w表示缺陷區(qū)域離面變形，λ激光光源波長；

對于剪切散斑干涉，解包后的連續(xù)相位與缺陷區(qū)域離面變形一階導數(shù)存在以下關系

或

其中，δ_x表示解包后的沿著x方向的剪切散斑干涉相位，δ_y表示解包后的沿著y方向的剪切散斑干涉相位，表示沿著x方向的缺陷區(qū)域離面變形一階導數(shù)，表示沿著y方向的缺陷區(qū)域離面變形一階導數(shù)，λ表示激光光源波長，△x表示沿著x方向的剪切量，△y表示沿著y方向的剪切量；

在第三步中，觀察第二步中獲取的剪切散斑干涉連續(xù)相位圖中的相位輪廓，提取缺陷的位置、形狀以及邊界尺寸，同時在獲取的散斑干涉連續(xù)相位圖中標識出缺陷的對應位置、形狀以及邊界尺寸，并標記缺陷區(qū)域的中心位置；

第四步中，相關參數(shù)包括缺陷區(qū)域離面變形w、載荷分布q₀、缺陷區(qū)域半徑r、材料彈性模量E以及泊松比μ，依據(jù)薄板彎曲方程，薄板受橫向均布載荷作用時，缺陷區(qū)域離面變形在極坐標系下的通解表示為

其中，w表示缺陷區(qū)域離面變形即在此處表示薄板的彎曲撓度，ρ表示缺陷區(qū)域極坐標半徑，且ρ≤r，D表示薄板剛度，且D＝Et³/[12(1-μ²)]，μ表示泊松比，E表示材料彈性模量，C_j(j＝1,2,3,4)表示常數(shù)；

考慮到ρ＝0時，薄板中心撓度為有限值，故C₁＝C₂＝0，則有

其中，w表示缺陷區(qū)域離面變形即在此處表示薄板的彎曲撓度，ρ表示缺陷區(qū)域極坐標半徑，D表示薄板剛度，C₃、C₄表示常數(shù)；

利用待定系數(shù)法求解公式(9)中C₃、C₄以及D，具體的，在缺陷區(qū)域0≤ρ≤r內，從獲取的散斑干涉連續(xù)相位圖中任意選擇三個點P_k(ρ_k,w_k)(k＝1,2,3)，通過矩陣形式表示為

其中，q₀表示薄板受橫向均布載荷，ρ₁、ρ₂、ρ₃表示選擇的三個點的缺陷區(qū)域極坐標半徑，w₁、w₂、w₃表示選擇的三個點的彎曲撓度，求解得出

其中，q₀表示薄板受橫向均布載荷，ρ₁、ρ₂、ρ₃表示選擇的三個點的缺陷區(qū)域極坐標半徑，w₁、w₂、w₃表示選擇的三個點的薄板的彎曲撓度，

由于D＝Et³/[12(1-μ²)]，獲得與散斑干涉離面變形有關的缺陷深度解析表達式

其中，D表示薄板剛度，t表示缺陷深度，μ表示泊松比，E表示材料彈性模量。