CN105571848B - 一种光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置，该装置包括用于发射老化光线的人工老化加速系统、振动测试系统以及计算单元（3），人工老化加速系统包括激光器（11）；振动测试系统包括：用于夹持待检测胶接接头的夹具（21）、用于向待检测胶接接头施加振动脉冲的激振器（22）以及用于实时检测待检测胶接接头加速度信息的加速度传感器（23）；计算单元（3）与所述振动测试系统中的加速度传感器（23）电连接，用于接收加速度传感器（4）发送的加速度信息，并依据加速度信息计算获得相应的模态和阻尼比。该方法和装置为无损检测，具有严谨的逻辑性，工程实现简单，可提高检测的效率，具有较好的经济使用性。

Description

一种光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及材料的性能测试，特别提供了一种光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置。
背景技术
在光学镜头制造领域，尤其是高精度的光机系统中，使用结构胶粘合剂将光学元件固定在合适的位置是一种经济有效的方法。与传统的机械固定方式相比该方法可以获得更小的装配应力、占用更小的结构空间、同时装配精度更高。遗憾的是结构胶作为高分子材料在一定的工作环境下，特别是193nm投影光刻物镜长期受深紫外波段杂散光照射，紫外老化风险尤为突出。光机系统结构胶紫外老化后其粘接强度会下降，严重时会引起镜片和镜框相对位置变动甚至脱落，导致光机系统性能下降。
因此，对光机系统中的结构胶接接头进行耐老化测试是十分必要的，可有效预测光机系统的工作寿命，提高系统的可靠性。
传统的耐老化性能测试采用破坏性测试方法，对不同老化阶段的样件进行破坏性强度测试，最终得到老化周期曲线。为了减少测试的离散性，该方法需要准备大量的样件，同时为了得到不同老化阶段的样件强度数据，激光器需要重复此前阶段的照射时间，这大大增加了测试时间成本和经济成本。
因此，如何解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置，以解决以往的破坏性测试方法中存在的测试时间长，成本高等问题。
本发明一方面提供了一种光机系统胶接接头的老化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待检测胶接接头一端固定后，向胶接接头施加一振动脉冲，并检测胶接接头产生的加速度；
依据所述加速度，计算获得所述待检测胶接接头初始的模态和阻尼比；
将激光束直射于所述待检测胶接接头的表面，并间隔向胶接接头施加一振动脉冲，检测胶接接头产生的加速度；
依据所述加速度，计算获得所述胶接接头不同时段的模态和阻尼比。
依据所述待检测胶接接头初始的模态和阻尼比以及不同时段的模态和阻尼比，获得所述待检测胶接接头的老化程度信息。
优选，所述检测方法在氮气的保护环境下进行。
本发明另一方面还提供了一种光机系统胶接接头的老化检测装置，其特征在于，包括：用于发射老化光线的人工老化加速系统、设置于所述人工老化加速系统中老化光线出射端的振动测试系统以及计算单元3；
其中，所述人工老化加速系统包括：激光器11；
所述振动测试系统包括：用于夹持待检测胶接接头的夹具21、用于向所述待检测胶接接头施加振动脉冲的激振器22以及用于实时检测待检测胶接接头加速度信息的加速度传感器23；
所述计算单元3与所述振动测试系统中的加速度传感器23电连接，用于接收所述加速度传感器4发送的加速度信息，并依据所述加速度信息计算获得相应的模态和阻尼比。
优选，所述人工老化加速系统还包括：
准直扩束系统12，其位于所述激光器11的激光出射端。
进一步优选，所述人工老化加速系统还包括：
氮气箱13，其与所述激光器11的激光出射端相接，套装于所述准直扩束系统12和所述振动测试系统的外部。
进一步优选，所述氮气箱13内的氮气体积浓度为95%以上。
进一步优选，所述光机系统胶接接头的老化检测装置，还包括：
数据采集放大器4，其设置于所述计算单元3和所述振动测试系统中加速度传感器23之间。
本发明提供的光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置，为无损检测，无需破坏待检测胶接接头的结构，通过人工老化加速系统发射加速老化光线，对待检测胶接接头进行加速老化，并通过振动测试系统，测试不同老化时段胶接接头在振动脉冲的激励下产生的加速度，进而由计算单元获得与胶接接头强度相关的模态和阻尼比，通过检测加速老化过程中的模态和阻尼比变化，获得胶接接头的老化程度信息。
本发明提供的光机系统胶接接头的老化检测方法及其装置，具有以下优点：
1、使用样件少，使用少数样件就可完成整个加速周期的测试；
2、测试效率高，只需一次加速老化的时间就可完成整个老化周期的测量，同时装置便于实现自动化测试；
3、对于小型光机系统样机可直接在线测试，无需准备样件。
附图说明
图1为光机系统胶接接头的老化检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
为了解决以往在进行光学系统胶接接头的老化程度测试时，都采用破坏性的测试方法，存在需要的样件数量大，测量时间长，成本高等问题。本实施方案提供了一种无损检测的老化检测方法，具体包括以下步骤：
1、将待检测胶接接头一端固定后，向胶接接头施加一振动脉冲，并检测胶接接头产生的加速度；
2、依据所述加速度，计算获得所述待检测胶接接头初始的模态和阻尼比；
3、将激光束直射于所述待检测胶接接头的表面，并间隔向胶接接头施加一振动脉冲，检测胶接接头产生的加速度；
4、依据所述加速度，计算获得所述胶接接头不同时段的模态和阻尼比。
5、依据所述待检测胶接接头初始的模态和阻尼比以及不同时段的模态和阻尼比，获得所述待检测胶接接头的老化程度信息。
该检测方法，首先对待检测胶接接头施加一振动脉冲激励，使其发生振动，并及时检测胶接接头的振动加速度，依据该振动加速度获得胶接接头初始的模态和阻尼比，然后使用激光直射在胶接接头的表面，加快胶接接头的老化进行，在胶接接头进行老化的过程中，间隔向胶接接头施加振动脉冲激励，使其发生振动，并获取胶接接头的振动加速度，依据该加速度计算获得胶接接头在不同时段的模态和阻尼比，通过与初始的模态和阻尼比的比较获得老化程度信息。
其中，激光的具体波段选择可以根据实际需要进行选择，如待检测胶接接头为应用于紫外波段的，则需要检测胶接接头耐紫外老化，此时激光需要选择紫外波段；如果待检测胶接接头为应用于红外波段的，则需要检测胶接接头耐红外老化，此时激光需要选择红外波段。
向胶接接头施加振动脉冲的时间间隔为进行采样的周期，而采样周期的确定可依据老化程度信息中的老化强度变化曲线进行适当调整，例如在老化初期，强度变化明显时，可采用较短的采样周期，而在老化后期，强度变化不明显时，可延长采样周期，采用较长的采样周期。
由于部分类型激光在空气中能量衰减较快，因此，为了防止激光的衰减，作为技术方案的改进，可以将上述的检测过程在氮气的保护环境下进行。
本实施方案提供的为一种光机系统胶接接头的老化检测装置，参见图1，包括为检测光机系统胶接接头老化程度的检测设备，包括用于发射老化光线的人工老化加速系统、设置于人工老化加速系统中老化光线出射端的振动测试系统以及计算单元3；
其中，人工老化加速系统包括：激光器11；
振动测试系统包括：用于夹持待检测胶接接头的夹具21、用于向待检测胶接接头施加振动脉冲的激振器22以及用于实时检测待检测胶接接头加速度信息的加速度传感器23；
计算单元3与振动测试系统中的加速度传感器23电连接，用于接收所述加速度传感器4发送的加速度信息，并依据加速度信息计算获得相应的模态和阻尼比。
其中，激光器11的类型可以根据实际需要进行选择，需要对待检测胶接接头进行哪个波段的检测，就选择相应波段的激光器，计算单元3可以直接选用计算机。
由于激光器发射出的激光束能量集中，能量密度高，如果通过激光器将激光束直接照射到待检测胶接接头的表面，容易对胶接接头造成损伤，同时激光束的作用面积小，效率低，为了解决该问题，在本实施方案中，参见图1，在人工老化加速系统中还设置了准直扩束系统12，该准直扩束系统12位于激光器11的激光出射端，将激光器11发射出来的激光束进行准直扩束，增加激光束的作用面积，降低能量密度，避免对待检测胶接接头造成损伤的同时提高了检测的效率。
由于部分波段的激光在空气中的衰减速度较快，当到达待检测胶接接头处已经衰减的所剩无几，为了解决该问题，在本实施方案中，参见图1，在人工老化加速系统还设置了氮气箱13，该氮气箱13与激光器11的激光出射端相接，套装于准直扩束系统12和振动测试系统的外部，这样将激光的传播段完全保护于氮气的环境下，以避免激光能量的衰减，提高检测效果。其中，优选氮气箱13内的氮气体积浓度为95%以上。
为了防止振动测试系统中加速度传感器23传送的信号较弱，影响计算单元的计算，在本实施方案中，参见图1，在光机系统胶接接头的老化检测装置中还设置了数据采集放大器4，用于进行信号的放大，设置于计算单元3和振动测试系统中加速度传感器23之间。
上述的各个实施方案均是按照递进的方式进行撰写，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
下面以检测光机系统胶接接头耐紫外老化的具体实施例，对本发明进行更为详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
参见图1为检测中所用的设备，包括193nm的激光器11，在激光器11的后方设置有准直扩束系统12，在准直扩束系统12的后方设置有夹具21，同时还设置有激振器22和加速度传感器23，与加速度传感器23电连接有数据采集放大器4，与数据采集放大器4电连接有计算单元3，其中，在准直扩束系统12、夹具21、激振器22和加速度传感器23外部套装有氮气箱13，氮气箱13的前端与激光器11的出射口相接。
其具体的测量过程如下：
1、将待检测胶接接头5一端夹持于夹具上，启动激光器11，调整夹具的位置，使待检测胶接接头5完全落在通光区域后，关闭激光器11；
2、将加速度传感器23粘接在待检测胶接接头5上，调整激振器22的位置，使其与待检测胶接接头5相对；
3、通过激振器22向待检测胶接接头5施加一振动脉冲，通过数据采集放大器4和计算单元3接收加速度传感器23采集的信号，计算初始的模态和阻尼比；
4、封闭氮气箱13，使氮气箱13内部的氮气体积浓度达到95%以上，启动激光器11进行紫外加速老化；
5、在加速老化的过程中，每经历一个采样周期重复一次步骤3，记录不同时段对应的模态和阻尼比，通过与初始的模态和阻尼比获得老化程度信息。

Claims (7)

1.一种光机系统胶接接头的老化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将待检测胶接接头一端固定后，向胶接接头施加一振动脉冲，并检测胶接接头产生的加速度；
依据所述加速度，计算获得所述待检测胶接接头初始的模态和阻尼比；
将激光束直射于所述待检测胶接接头的表面，并间隔向胶接接头施加一振动脉冲，检测胶接接头产生的加速度；
依据所述加速度，计算获得所述胶接接头不同时段的模态和阻尼比；
依据所述待检测胶接接头初始的模态和阻尼比以及不同时段的模态和阻尼比，获得所述待检测胶接接头的老化程度信息。
2.按照权利要求1所述光机系统胶接接头的老化检测方法，其特征在于：所述检测方法在氮气的保护环境下进行。
3.一种光机系统胶接接头的老化检测装置，其特征在于，包括：用于发射老化光线的人工老化加速系统、设置于所述人工老化加速系统中老化光线出射端的振动测试系统以及计算单元（3）；
其中，所述人工老化加速系统包括：激光器（11）；
所述振动测试系统包括：用于夹持待检测胶接接头的夹具（21）、用于向所述待检测胶接接头施加振动脉冲的激振器（22）以及用于实时检测待检测胶接接头加速度信息的加速度传感器（23）；
所述计算单元（3）与所述振动测试系统中的加速度传感器（23）电连接，用于接收所述加速度传感器（4）发送的加速度信息，并依据所述加速度信息计算获得相应的模态和阻尼比。
4.按照权利要求3所述光机系统胶接接头的老化检测装置，其特征在于，所述人工老化加速系统还包括：
准直扩束系统（12），其位于所述激光器（11）的激光出射端。
5.按照权利要求4所述光机系统胶接接头的老化检测装置，其特征在于，所述人工老化加速系统还包括：
氮气箱（13），其与所述激光器（11）的激光出射端相接，套装于所述准直扩束系统（12）和所述振动测试系统的外部。
6.按照权利要求5所述光机系统胶接接头的老化检测装置，其特征在于：所述氮气箱（13）内的氮气体积浓度为95%以上。
7.按照权利要求3所述光机系统胶接接头的老化检测装置，其特征在于，还包括：
数据采集放大器（4），其设置于所述计算单元（3）和所述振动测试系统中加速度传感器（23）之间。
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