CN112414941A - 基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统及方法，包括光照模块、剪切散斑测量模块、控制及信号处理模块；光照模块发出出射光以照射在被测物体表面待检测区域；剪切散斑测量模块采集被测物体漫反射的光进而形成剪切散斑干涉图，并将剪切散斑干涉图提供给控制及信号处理模块，控制及信号处理模块进行处理并提取缺陷信息。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
剪切散斑干涉技术是一种光学测量技术，它具有无损、全场、抗干扰、高精度测量的优点，应用领域广泛，它的两束相干光来自于同一物体，并且经过相同的外部环境，可以很大程度的抵消掉外界干扰，因此该技术有较强的抗干扰能力，可应用于现场测量，并且该技术是以光的波长作为计量单位，可获取高精度的测量数据。
剪切散斑干涉技术可直接测量物体的应变，即可以直接得到变形场的梯度信息，这在科学和工程领域都有着重要的实用价值。除了测量应变之外，数字剪切散斑技术还可以用来测量残余应力、振动模态、三维形貌等，已经应用在生物医药领域、文物保护、无损检测等领域。
近年来，剪切散斑干涉技术应用较多的是复合材料的无损检测。目前，复合材料的制作工艺日益成熟，是现代工业的一种的材料其必需的材料，其应用范围也越来越广，逐渐从航空航天等尖端领域扩展到民用领域。复合材料是将多种不同的材料胶合在一起的，当材料中存在脱胶的部分，其性能大大降低，因此为保证产品的可靠性要对其进行周期性的检测。剪切散斑干涉技术可以通过直接测得的被测物面应变，来确定复合材料内部缺陷位置及大小等信息。
目前，剪切散斑干涉技术主要用在检测平面物体的缺陷，激光照射在整个平面上，通过测量物面形变前后的应变，来获取整个平面的缺陷分布图。但发明人发现，当物体表面较为复杂时，比如表面有一些结构时，传统的测量方法就难以准确的检测缺陷的位置。为得到较好的检测结果，需要考虑被测表面的形貌状态，这就需要对传统的技术进行改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统及方法，该检测系统针对被测物体的形貌设计入射光波分布，以期实现复杂表面的高精度无损检测，满足现代复杂构件的检测需求。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统，包括光照模块、剪切散斑测量模块、控制及信号处理模块；光照模块发出出射光以照射在被测物体表面待检测区域；剪切散斑测量模块采集被测物体漫反射的光进而形成剪切散斑干涉图，并将剪切散斑干涉图提供给控制及信号处理模块，控制及信号处理模块进行处理并提取缺陷信息。
作为进一步的技术方案，所述控制及信号处理模块调制光照模块出射光的光强分布，使得出射光的光强分布与被测物体表面待检测区域分布一致。
作为进一步的技术方案，所述光照模块包括激光器、透镜组、第一分光棱镜、空间光调制器，激光器出射的激光经由透镜组形成平行光束，平行光束经第一分光棱镜反射至空间光调制器，空间光调制器将平行光束调制后形成出射光。
作为进一步的技术方案，所述透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜，激光器出射的激光依次经过第一透镜和第二透镜后形成平行光束。
作为进一步的技术方案，所述空间光调制器的光路设置第三透镜，空间光调制器调制后的出射光经第三透镜放大后照射至被测物体。
作为进一步的技术方案，所述空间光调制器与控制与信号处理模块通信。
作为进一步的技术方案，所述剪切散斑测量模块包括第二分光棱镜、第一平面镜、第一透镜光阑组、第二平面镜、第二透镜光阑组、第三分光棱镜、相机，第二分光棱镜接收被测物体表面漫反射的光后分为两束光，一束经第一平面镜、第一透镜光阑组、第三分光棱镜成像在相机；另一束经第二平面镜、第二透镜光阑组、第三分光棱镜成像在相机。
作为进一步的技术方案，所述第一透镜光阑组和第二透镜光阑组在光轴位置互相错位设置；两束光的剪切量由第二平面镜控制；相机与控制及信号处理模块通信。
第二方面，本发明实施例还提供了一种如上所述复杂表面无损检测系统的检测方法，包括以下步骤：
根据被测物体表面待检测区域的形貌信息，控制及信号处理模块控制光照模块调整出射光的光强分布；
光照模块发出出射光照射至被测物体待检测区域，被测物体漫反射的光经由剪切散斑测量模块采集，采集到未加载时被测物体的剪切散斑干涉图；
对被测物体进行加载，继续上述操作，得到加载时被测物体的剪切散斑干涉图；
控制及信号处理模块对剪切散斑干涉图进行数据处理，从而完成缺陷信息的提取，得到被测物体缺陷位置及大小。
作为进一步的技术方案，被测物体加载前的剪切散斑干涉图作为基准，控制及信号处理模块经由被测物体加载前后的剪切散斑干涉图的对比，进而判断加载后被测物体表面是否出现缺陷。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
本发明的检测系统，由控制及信号处理模块调制光照模块发出的出射光的光强分布，进而使得出射光的光强分布与被测物面形貌相匹配，进而可方便快捷实现复杂物体的缺陷检测。
本发明的检测系统，空间光调制器的出射光可由透镜扩束调制，可用于测量面积较大的物体，提升测量效率。
本发明的检测系统，被测物体缺陷信息可由控制及信号处理模块从单幅剪切散斑干涉图中提取，可用于动态测量、高速测量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的复杂表面缺陷无损检测系统示意图；
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，a光照模块，a1激光器，a2第一透镜，a3第二透镜，a4第一分光棱镜，a5空间光调制器，a6第三透镜，b剪切散斑测量模块，b1第二分光棱镜，b2第一平面镜，b3第一透镜光阑组，b4第二平面镜，b5第二透镜光阑组，b6第三分光棱镜，b7相机，c控制及信号处理模块，d被测物体。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统及方法。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面缺陷无损检测系统，包括光照模块a、剪切散斑测量模块b、控制及信号处理模块c。
光照模块a的出射光照射在被测物体d表面待检测区域，出射光的光强分布由控制及信号处理模块c调制，使得出射光的光强分布与被测物体d表面需要检测区域分布一致；被测物体d漫反射的光经由剪切散斑测量模块b采集形成剪切散斑干涉图，剪切散斑测量模块b将剪切散斑干涉图提供给控制及信号处理模块c，控制及信号处理模块c进行处理并提取检测信息。
其中，光照模块a包括激光器a1、第一透镜a2、第二透镜a3、第一分光棱镜a4、空间光调制器a5、第三透镜a6，激光器a1出射的激光依次经第一透镜a2和第二透镜a3形成平行光束，平行光束经第一分光棱镜a4反射至空间光调制器a5，入射空间光调制器的平行光束在经空间光调制器a5的调制后形成出射光，出射光经第三透镜a6放大后照射至被测物体d。
空间光调制器a5与控制与信号处理模块c通信，为实现出射光的光强分布与被测物体d表面需要检测区域分布一致，控制与信号处理模块c发出控制空间光调制器a5的信号，进而对出射光的光强分布进行调制。根据被测物体表面待检测区域的分布位置及分布面积，对出射光的光强分布进行调整。
其中，剪切散斑测量模块b包括第二分光棱镜b1、第一平面镜b2、第一透镜光阑组b3、第二平面镜b4、第二透镜光阑组b5、第三分光棱镜b6、相机b7，被测物体表面漫反射的光经第二分光棱镜b1后分为两束光，一束经第一平面镜b2、第一透镜光阑组b3、第三分光棱镜b6成像在相机b7上；另一束经第二平面镜b4、第二透镜光阑组b5、第三分光棱镜b6成像在相机b7上；
两束光的剪切量由第二平面镜b4控制，通过调整第二平面镜的角度实现；为实现从单幅剪切散斑图中提取缺陷信息，设置两透镜光阑组在光轴位置互相错位，本实施例中，第一透镜光阑组和第二透镜光阑组呈相互垂直关系，从而引入空间载波频率；相机b7与控制及信号处理模块c通信，并将采集的剪切散斑干涉图像传送至控制及信号处理模块c。
控制及信号处理模块c根据被测物面待测区域的分布，产生控制信号，控制信号传输至空间光调制器a5，空间光调制器a5调制照射被测面的光波，光波强度分布与被测面的待测区域分布一致。
控制及信号处理模块接收到剪切散斑干涉图像后，提取图像中相关缺陷的检测信息。
利用本发明基于剪切散斑干涉技术的复杂表面缺陷无损检测系统进行无损检测的过程，包括以下步骤：
步骤1：根据被测物体表面待测区域的形貌信息，控制及信号处理模块控制光照模块中的空间光调制器调整出射光的光强分布，从而得到含有物面信息的出射光场；
步骤2：微调第三透镜的位置，使光照覆盖被测物体表面待测区域；
步骤3：光照模块发出出射光照射至被测物体表面待检测区域，控制及信号处理模块向剪切散斑测量模块发送采集指令，被测物体漫反射的光经由剪切散斑测量模块采集，采集到未加载时被测物体表面的剪切散斑干涉图；
步骤4：对被测物体进行加载，加载方式可以选择热加载或振动加载；
步骤5：剪切散斑测量模块继续采集被测物体表面的剪切散斑干涉图，并传送给控制及信号处理模块；
步骤6：控制及信号处理模块对剪切散斑干涉图进行数据处理及提取，从而完成缺陷信息的提取，得到被测物体缺陷位置及大小。
被测物体加载前的剪切散斑干涉图可作为基准，控制及信号处理模块经由被测物体加载前后的剪切散斑干涉图的对比，进而判断加载后被测物体表面是否出现缺陷。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于剪切散斑干涉技术的复杂表面无损检测系统，其特征是，包括光照模块、剪切散斑测量模块、控制及信号处理模块；光照模块发出出射光以照射在被测物体表面待检测区域；剪切散斑测量模块采集被测物体漫反射的光进而形成剪切散斑干涉图，并将剪切散斑干涉图提供给控制及信号处理模块，控制及信号处理模块进行处理并提取缺陷信息。
2.如权利要求1所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述控制及信号处理模块调制光照模块出射光的光强分布，使得出射光的光强分布与被测物体表面待检测区域分布一致。
3.如权利要求1所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述光照模块包括激光器、透镜组、第一分光棱镜、空间光调制器，激光器出射的激光经由透镜组形成平行光束，平行光束经第一分光棱镜反射至空间光调制器，空间光调制器将平行光束调制后形成出射光。
4.如权利要求3所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述透镜组包括依次设置的第一透镜、第二透镜，激光器出射的激光依次经过第一透镜和第二透镜后形成平行光束。
5.如权利要求3所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述空间光调制器的光路设置第三透镜，空间光调制器调制后的出射光经第三透镜放大后照射至被测物体。
6.如权利要求3所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述空间光调制器与控制与信号处理模块通信。
7.如权利要求1所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述剪切散斑测量模块包括第二分光棱镜、第一平面镜、第一透镜光阑组、第二平面镜、第二透镜光阑组、第三分光棱镜、相机，第二分光棱镜接收被测物体表面漫反射的光后分为两束光，一束经第一平面镜、第一透镜光阑组、第三分光棱镜成像在相机；另一束经第二平面镜、第二透镜光阑组、第三分光棱镜成像在相机。
8.如权利要求7所述的复杂表面无损检测系统，其特征是，所述第一透镜光阑组和第二透镜光阑组在光轴位置互相错位设置；两束光的剪切量由第二平面镜控制；相机与控制及信号处理模块通信。
9.如权利要求1-8任一项所述的复杂表面无损检测系统的检测方法，其特征是，包括以下步骤：
根据被测物体表面待检测区域的形貌信息，控制及信号处理模块控制光照模块调整出射光的光强分布；
光照模块发出出射光照射至被测物体待检测区域，被测物体漫反射的光经由剪切散斑测量模块采集，采集到未加载时被测物体的剪切散斑干涉图；
对被测物体进行加载，继续上述操作，得到加载时被测物体的剪切散斑干涉图；
控制及信号处理模块对剪切散斑干涉图进行数据处理，从而完成缺陷信息的提取，得到被测物体缺陷位置及大小。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征是，被测物体加载前的剪切散斑干涉图作为基准，控制及信号处理模块经由被测物体加载前后的剪切散斑干涉图的对比，进而判断加载后被测物体表面是否出现缺陷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210226 |