CN112362700A - 基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无损检测技术领域，公开了一种基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法；先选取一块黑色磨砂亚克力板，在该黑色磨砂亚克力板的同一面加工出用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同，得到灵敏度校验试块；然后将已制备的灵敏度校验试块表面用渗透检测用的显像剂喷罐均匀地喷涂上一层薄薄的白色显像粉，待显像粉干燥后将灵敏度校验试块用一个支架进行夹持固定；之后进行测试操作并对测试结构进行分析评判，实现无损校验。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体的说，涉及激光错位散斑检测技术领域。
背景技术
激光错位散斑检测是一种表面离面位移测量技术，通过比较被测物体加载前、后的离面位移变化来分析评判产品质量，主要应用于飞机、飞船、卫星、舰船复材结构的检测，导弹和运载火箭绝热层的检测，涡轮发动机零部件的检测等等。
发明内容
本发明提供了一种基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，基于采用黑色磨砂亚克力板制作的试块进行激光错位散斑设备检测灵敏度的校验。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，包括试块制作、测试前准备、测试操作、分析评判；
所述试块制作时，先选取一块黑色磨砂亚克力板，在该黑色磨砂亚克力板的同一面加工出用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同，得到灵敏度校验试块；
所述测试前准备时，先将已制备的灵敏度校验试块表面用渗透检测用的显像剂喷罐均匀地喷涂上一层薄薄的白色显像粉，并在空气中静置至显像粉干燥；然后将表面具有干燥显像粉的灵敏度校验试块用一个支架进行夹持固定；
所述测试操作时，先调整灵敏度校验试块，使所述灵敏度校验试块的开孔的制孔面朝向远离激光错位散斑设备的方向且未开孔的校准面与激光错位散斑设备发射激光光束方向基本垂直；然后一方面对灵敏度校验试块进行热加载，一方面使激光错位散斑设备执行自动热加载测试程序；最后在低气流流动的环境中启动激光错位散斑设备，得到灵敏度校验试块的激光错位散斑解包裹图；
所述分析评判，是指根据灵敏度校验试块的激光错位散斑解包裹图和各个盲孔的孔径及埋深定量判断激光错位散斑设备的检测灵敏度。
在所述校验方法中，检测前通过将试块表面喷涂一层薄薄的白色显像粉，可有效减轻激光照射试块表面时产生的激光反射光束的影响。
进一步地，所述灵敏度校验试块的厚度为8mm-9mm，制孔面加工了3排3列共9个盲孔，排距方向3组盲孔的孔径按φ6mm、φ9mm、φ15mm三种规格进行排布，列距方向3组盲孔的埋深按0.5mm、1.0mm、1.5mm三种规格进行排布。
基于上述特定结构的试块，所述测试方法具体包括以下步骤：
步骤a：先调整灵敏度校验试块，使所述灵敏度校验试块的开孔的制孔面朝向远离激光错位散斑设备的方向且未开孔的校准面与激光错位散斑设备发射激光光束方向基本垂直；然后将灵敏度校验试块的校验面与激光错位散斑设备的激光器之间的距离设置并保持在0.6m±0.05m，调整激光光束与试块面基本垂直，并试块的制孔面朝向远离激光器的方向；
步骤b：将激光错位散斑设备的错位剪切量设置在6.35mm±0.05mm，测试模式选择“热加载”模式，刷新方式选择“热后刷新”模式；
步骤c：采用功率为1Kw的石英灯对灵敏度校验试块进行热加载，石英灯与灵敏度校验试块的距离保持在0.6m左右。设置加热时间为7s±0.5s，延迟刷新时间为1.2s，并执行自动热加载测试程序，得到试块的激光错位散斑解包裹图。
本发明还提供了一种用于激光错位散斑设备检测灵敏度校验的试块，所述试块整体为一块黑色磨砂亚克力板，且黑色磨砂亚克力板的同一面具有用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同。
进一步地，所述黑色磨砂亚克力板的厚度为8mm-9mm，且黑色磨砂亚克力板上的盲孔呈3行3列分布，排距方向3组盲孔的孔径按φ6mm、φ9mm、φ15mm三种规格进行排布，列距方向3组盲孔的埋深按0.5mm、1.0mm、1.5mm三种规格进行排布。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明基于采用黑色磨砂亚克力板制作的试块进行激光错位散斑设备检测灵敏度的校验，通过试块上不同孔径、不同埋深的盲孔反映激光错位散斑设备对不同大小、不同深度缺陷的发现能力；
（2）本发明用于激光错位散斑设备检测灵敏度校验的试块采用黑色磨砂亚克力板制成，其优点：一是亚克力材料的导热系数较高，热加载时可以实现热能在试块内的快速传导，有利于能量集中释放，以利于在人工缺陷位置产生足够的离面位移；二是亚克力材料为匀质材料，在对设备检测灵敏度做定量评定分析时，有利于排除试块本身的干扰因素；三是采用黑色磨砂亚克力板有利于在试块表面产生漫反射；四是采用亚克力板可对试块上的人工孔进行精确加工，从而确保定量评定的准确性；
（3）本发明提供的校验方法是包括了试块设计制作、测试前的准备、测试方法、分析评判等一套完整的激光错位散斑设备检测灵敏度的校验方法，既可以用于激光错位散斑设备日常校准时检测灵敏度的定量评定分析，也可在检测前用于对检测设备可靠性进行验证；
（4）本发明提供的测试方法及灵敏度校验试块既可以用于激光错位散斑设备日常校准时检测灵敏度的定量评定分析，也可在检测前用于对检测设备可靠性进行验证。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是激光错位散斑设备检测灵敏度校验试块示意图。
图2是激光错位散斑检测设备构成示意图。
图3是激光错位散斑检测设备工作原理示意图。
图4是人工盲孔在加载前后的离面位移的示意图。
图5是激光错位散斑设备检测灵敏度校验的实际结果。
具体实施方式
本实施例中所述试块就是指灵敏度校验试块。
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
在激光错位散斑检测中，要在样品表面通过外部加载方式产生离面位移，可以有多种方式，常规的方法有：真空加载、热加载、声加载、机械振动加载等，具体选用何种方法则需要根据测试样品的特点与检测技术要求来决定。
本实施例中用于激光错位散斑设备检测灵敏度校验的试块，整体为一块黑色磨砂亚克力板，且黑色磨砂亚克力板的同一面具有用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同。
具体地，如图1所示，所述黑色磨砂亚克力板的外形尺寸：长为200mm，宽为200mm，厚度为8mm。黑色磨砂亚克力板上的盲孔呈3行3列分布：排距方向3组盲孔的孔径按φ6mm、φ9mm、φ15mm三种规格进行排布，以此验证激光错位散斑设备对上述三种尺寸大小缺陷的发现能力；列距方向3组盲孔的埋深按0.5mm、1.0mm、1.5mm三种规格进行排布，以此验证激光错位散斑设备对上述三种深度下的缺陷的发现能力。
基于上述试块，提供了一种基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，包括试块制作、测试前准备、测试操作、分析评判四大步骤。
步骤S1：试块制作
先选取一块黑色磨砂亚克力板，厚度σ至少为8mm，如图1所示，在该黑色磨砂亚克力板的同一面加工出用于模拟缺陷的3排3列的盲孔，各个孔位的大小及埋深如表1所示，
表1
完成制孔后得到灵敏度校验试块。
步骤S2：测试前准备
先将已制备的灵敏度校验试块表面用渗透检测用的显像剂喷罐均匀地喷涂上一层薄薄的白色显像粉，并在空气中静置10分钟左右。待显像粉干燥后将表面具有干燥显像粉的灵敏度校验试块用一个支架进行夹持固定。
步骤S3：测试操作
具体包括以下步骤：
步骤a：先调整灵敏度校验试块，使所述灵敏度校验试块的开孔的制孔面朝向远离激光错位散斑设备的方向且未开孔的校准面与激光错位散斑设备发射激光光束方向基本垂直；然后将灵敏度校验试块的校验面与激光错位散斑设备的激光器之间的距离设置并保持在0.6m±0.05m，调整激光光束与试块面基本垂直，并试块的制孔面朝向远离激光器的方向；
步骤b：将激光错位散斑设备的错位剪切量设置在6.35mm±0.05mm，测试模式选择“热加载”模式，刷新方式选择“热后刷新”模式；
步骤c：采用功率为1Kw的石英灯对灵敏度校验试块进行热加载，石英灯与灵敏度校验试块的距离保持在0.6m左右。设置加热时间为7s±0.5s，延迟刷新时间为1.2s，并执行自动热加载测试程序，得到试块的激光错位散斑解包裹图。
在大约10～15秒的测试过程中，需要保持试块相对固定，并确保测试过程中有最少的气流流动。
步骤S4：分析评判
所述分析评判，是指根据灵敏度校验试块的激光错位散斑解包裹图和各个盲孔的孔径及埋深定量判断激光错位散斑设备的检测灵敏度。
工作原理：
如图2所示，激光错位散斑检测的技术原理是：激光器发出的相干光照射被检测物体，其漫反射表面产生散斑场。分束镜和两个反射镜产生的两束光（两幅错位的图像）在CCD摄像机处叠加成一幅图像，相差一个错位量的两个点P1和P2（简称“对点”），成像后在P点处叠加形成散斑图。采集加载前、后两个变形状态下的散斑图做数字相减，得到包含表面离面位移信息的干涉条纹图，其条纹图P点处的条纹级次代表“对点”的离面位移差。采用相移技术并多次移动相移镜，采集变形前后具有特定相移量的多幅图像，计算后即可得到包裹相图，对相位图进一步做解包裹运算可以得到解析图，如图3所示。
图4为人工盲孔在热加载前后的离面位移情况，图4中所示盲孔在均匀加载后的受力状态符合固体力学弹性薄板小挠度理论，盲孔四周因固支作用不产生变形，盲孔顶部至盲孔端面一截类似于周边固支的圆形薄板，在均匀载荷作用下产生变形，变形所产生的挠度ω可以简单理解为离面位移。激光错位散斑设备通过采集加载前后变形区（正常区）与非变形区（缺陷区）的干涉条纹变化并做解包裹图运算处理，根据解包裹图中的异常变化即可进行对缺陷的评定。
按照上述校验方法对某激光错位散斑设备检测灵敏度校验时得到的测试结果如图5所示。图5中结果表明该激光错位散斑设备能够发现除C1孔以外的试块上的其它所有人工制孔缺陷，该设备对于φ6mm缺陷检测的深度限制在1.0mm左右，无法检出深度在1.5mm的φ6mm缺陷，而对于φ9mm、φ15mm的缺陷，检测的深度可以达到1.5mm。
本实施例公开的激光错位散斑设备检测灵敏度的测试方法，既可以用于激光错位散斑设备日常校准时检测灵敏度的定量评定分析，也可在检测前用于对检测设备可靠性进行验证。而且，本实施例中还公开了检测前将试块表面用渗透检测用的显像剂喷罐均匀地喷涂上一层薄薄的白色显像粉的方法，该方法可以有效减轻激光照射试块表面时产生的激光反射光影响。
实施例2：
本实施例还公开了一种用于激光错位散斑设备检测灵敏度校验的试块。所述试块整体为一块黑色磨砂亚克力板，且黑色磨砂亚克力板的同一面具有用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同。
试块采用黑色磨砂亚克力板制成，其优点如下：
一是亚克力材料的导热系数较高，热加载时可以实现热能在试块内的快速传导，有利于能量集中释放，以利于在人工缺陷位置产生足够的离面位移；
二是亚克力材料为匀质材料，在对设备检测灵敏度做定量评定分析时，有利于排除试块本身的干扰因素；
三是采用黑色磨砂亚克力板有利于在试块表面产生漫反射；四是采用亚克力板可对试块上的人工孔进行精确加工，从而确保定量评定的准确性；
四是采用亚克力板可对试块上的人工孔进行精确加工，从而确保定量评定的准确性。
如图1所示的一种具体结构的试块，其黑色磨砂亚克力板的厚度为8mm-9mm，且黑色磨砂亚克力板上的盲孔呈3行3列分布，排距方向3组盲孔的孔径按φ6mm、φ9mm、φ15mm三种规格进行排布，列距方向3组盲孔的埋深按0.5mm、1.0mm、1.5mm三种规格进行排布。
本实施例公开的一种采用黑色磨砂亚克力板制作的灵敏度校验试块，其优点是传导快，容易产生足够的离面位移，其次材料为匀质材料，自身的干扰因素小，此外亚克力板人工制孔时易于精确加工和重复制作，可确保结果的准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，包括试块制作、测试前准备、测试操作、分析评判；其特征在于：
所述试块制作时，先选取一块黑色磨砂亚克力板，在该黑色磨砂亚克力板的同一面加工出用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同，得到灵敏度校验试块；
所述测试前准备时，先将已制备的灵敏度校验试块表面用渗透检测用的显像剂喷罐均匀地喷涂上一层薄薄的白色显像粉，并在空气中静置至显像粉干燥；然后将表面具有干燥显像粉的灵敏度校验试块用一个支架进行夹持固定；
所述测试操作时，先调整灵敏度校验试块，使所述灵敏度校验试块的开孔的制孔面朝向远离激光错位散斑设备的方向且未开孔的校准面与激光错位散斑设备发射激光光束方向基本垂直；然后一方面对灵敏度校验试块进行热加载，一方面使激光错位散斑设备执行自动热加载测试程序；最后在低气流流动的环境中启动激光错位散斑设备，得到灵敏度校验试块的激光错位散斑解包裹图；
所述分析评判，是指根据灵敏度校验试块的激光错位散斑解包裹图和各个盲孔的孔径及埋深定量判断激光错位散斑设备的检测灵敏度。
2.根据权利要求1所述的基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，其特征在于：所述灵敏度校验试块的厚度为8mm-9mm，制孔面加工了3排3列共9个盲孔，排距方向3组盲孔的孔径按φ6mm、φ9mm、φ15mm三种规格进行排布，列距方向3组盲孔的埋深按0.5mm、1.0mm、1.5mm三种规格进行排布。
3.根据权利要求2所述的基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，其特征在于：所述测试方法具体包括以下步骤：
步骤a：先调整灵敏度校验试块，使所述灵敏度校验试块的开孔的制孔面朝向远离激光错位散斑设备的方向且未开孔的校准面与激光错位散斑设备发射激光光束方向基本垂直；然后将灵敏度校验试块的校验面与激光错位散斑设备的激光器之间的距离设置并保持在0.6m±0.05m，调整激光光束与试块面基本垂直，并试块的制孔面朝向远离激光器的方向；
步骤b：将激光错位散斑设备的错位剪切量设置在6.35mm±0.05mm，测试模式选择“热加载”模式，刷新方式选择“热后刷新”模式；
步骤c：采用功率为1Kw的石英灯对灵敏度校验试块进行热加载，石英灯与灵敏度校验试块的距离保持在0.6m左右；
设置加热时间为7s±0.5s，延迟刷新时间为1.2s，并执行自动热加载测试程序，得到试块的激光错位散斑解包裹图。
4.一种用于激光错位散斑设备检测灵敏度校验的试块，其特征在于：所述试块整体为一块黑色磨砂亚克力板，且黑色磨砂亚克力板的同一面具有用于模拟缺陷的M排N列的盲孔，其中M、N均为大于2的正整数，排距方向上的各个盲孔孔径不同、埋深相同，列距方向上的各个盲孔孔径相同、埋深不同。
5.根据权利要求4所述的基于热加载法的激光错位散斑设备检测灵敏度校验方法，其特征在于：所述黑色磨砂亚克力板的厚度为8mm-9mm，且黑色磨砂亚克力板上的盲孔呈3行3列分布，排距方向3组盲孔的孔径按φ6mm、φ9mm、φ15mm三种规格进行排布，列距方向3组盲孔的埋深按0.5mm、1.0mm、1.5mm三种规格进行排布。
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