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為力學實驗室儀器而生
剪下電子散斑干涉術是一種測量離面位移導數場的鐳射干涉測量新技術↟╃│▩。除了電子散斑干涉術(ESPI◕✘☁•,Electronic Speckle Pattern Interferometry)的許多優點外◕✘☁•,還有光路簡單◕✘☁•,對測量環境要求低等特點↟╃│▩。由於剪下電子散斑干涉是測量位移導數◕✘☁•,因此◕✘☁•,在自動消除剛體位移的同時對於缺陷受載的應變集中十分靈敏↟╃│▩。因此被廣泛地應用於無損檢測(NDT◕✘☁•,nondestructive testina)領域↟╃│▩。該儀器使用大功率綠色半導體鐳射器作光源◕✘☁•,配備電子散斑條紋實時處理軟體◕✘☁•,操作方便◕✘☁•,便於攜帶◕✘☁•,可用於現場測量↟╃│▩。採用相移技術分析條紋◕✘☁•,可獲得離面位移導數場的全場資料↟╃│▩。
主要技術指標∶
1.光源∶半導體鐳射器◕✘☁•,功率20mW◕✘☁•,波長532nm
2.定焦鏡頭∶C介面◕✘☁•,配進口25mm定焦鏡頭
3.相機∶1280×1024 USB攝像頭
4.工作距離∶400~1000mm
5.光學平臺∶1200mm X800mm
6.影象採集解析度∶1280×1024
7.剪下角∶0° ±5°連續可調
8.軟體∶ 條紋實時顯示◕✘☁•,影象處理
9.演示試件∶圓盤受均布載荷
10.條紋解析度∶1/20級條紋(13.3nm)
主要配置∶
主機∶ 1臺
25mm定焦鏡頭∶1個
20mW半導體鐳射器∶1臺
1200mmX800mm 光學平臺₪▩₪│•:1套
相移控制器∶1套
圓盤受均布載荷試件∶1套
電腦∶1臺
影象採集及處理軟體∶1套
原理示意₪▩₪│•:
剪下散斑的基本原理是散斑照相和剪下機理的結合◕✘☁•,它是在散斑照相的基礎上◕✘☁•,透過不同的錯位元件◕✘☁•,把單光束散斑變為雙光束散斑◕✘☁•,因而它具有雙光束散斑的特性◕✘☁•,即原始波面與錯位的波面之間將產生干涉↟╃│▩。
離面位移梯度測量原理如圖2所示◕✘☁•,物體A的散斑場經過小剪下稜鏡↟│·、偏振片和CCD的物鏡◕✘☁•,在CCD攝像機的靶面上形成兩幅錯位量為Δ的像◕✘☁•,並在CCD靶面上相干涉↟╃│▩。
使用方法₪▩₪│•:
用均勻的白光作為光源照射在被測物表面◕✘☁•,為了便於觀察◕✘☁•,可將標定紙(圖示帶有“十”字的卡片)貼在被測物表面◕✘☁•,在計算機顯示屏上觀察並同時調節物距使成像清晰◕✘☁•,如圖示在錯位稜鏡的光路中十字形錯開成兩個像↟╃│▩。
將白光光源關閉◕✘☁•,開啟鐳射器電源使得其出光↟╃│▩。調節擴束鏡◕✘☁•,使光均勻擴散在試件表面◕✘☁•,將貼在試件上的標定紙拿下◕✘☁•,分別採集變形前後干涉影象並實時相減◕✘☁•,即可獲得全場離面位移導數影象↟╃│▩。
實驗案例₪▩₪│•:鋁蜂窩板鐳射散斑檢測實驗
本次實驗用的蜂窩板是鋁蜂窩板◕✘☁•,先後買了厚度為17.45mm和8.5mm的蜂窩板◕✘☁•,14.5mm厚的鋁蜂窩板尺寸大小為₪▩₪│•:長(150mm);寬(100mm)◕✘☁•,外邊已鑲好↟╃│▩。8.5mm厚的鋁蜂窩板尺寸大小為₪▩₪│•:長(250mm);寬(200mm)◕✘☁•,外邊未鑲↟╃│▩。如圖₪▩₪│•:
實驗步驟₪▩₪│•:
1.調整儀器裝置至正常工作狀態;
2.將蜂窩夾芯板固定在實驗臺上◕✘☁•,鐳射器發出的鐳射經擴束鏡擴束後完整覆蓋夾芯板◕✘☁•,調整剪下散斑位置◕✘☁•,使CCD視野清晰並完整覆蓋夾芯板;
3.採用熱載入的方式◕✘☁•,熱源為大功率電吹風◕✘☁•,加熱使蜂窩板產生離面微變形;
4.在室溫下自然冷卻◕✘☁•,冷卻過程中採集散斑干涉條紋圖↟╃│▩。
實驗結果及分析
1↟│·、14.5mm厚鋁蜂窩板實驗結果
可以看出◕✘☁•,缺陷部位並沒有被測試出來↟╃│▩。由此可分析可能由於此蜂窩板太厚◕✘☁•,或蜂窩紙與鋁板連線的膠水太薄◕✘☁•,導致即使去除了蜂窩紙與鋁板的連線◕✘☁•,影響結果也不是很大↟╃│▩。故實驗結果不明顯↟╃│▩。
2↟│·、8.5mm厚鋁蜂窩板實驗結果
(1)在圖示部位給蜂窩板製造出長為33mm的缺陷◕✘☁•,測得的圖形為₪▩₪│•:
(2)在圖示部位給蜂窩板製造出48mm的缺陷◕✘☁•,測得的圖形為₪▩₪│•:
經過這兩種試驗結果的對比◕✘☁•,對於厚度較薄的蜂窩板◕✘☁•,實驗效果明顯可見↟╃│▩。
注:要想能夠順利檢測出待測物的缺陷◕✘☁•,要滿足載入後(機械↟│·、熱↟│·、高音訊或真空載入)材料不僅能夠產生離面位移◕✘☁•,而且缺陷兩側材料要能夠產生不同的程度地離面位移◕✘☁•,才能檢測出缺陷的部位◕✘☁•,大小↟╃│▩。
應用範圍
一般表面變形測量;離面位移測量;面內應變測量;殘餘應力測量;缺陷檢測;密封情況評估;氣體洩漏探測……