DE3240756A1

DE3240756A1 - Vorrichtung und verfahren zum holographischen testen eines objekts

Info

Publication number: DE3240756A1
Application number: DE19823240756
Authority: DE
Inventors: Joe Lewis 33410 Palm Beach Gardens Fla. Bearden; Joseph Franklin 33458 Tequesta Fla. Clarady jun.; Leeper 33494 Stuart Fla. Jessee
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1983-07-07
Also published as: IT1154578B; BR8206709A; IT8224404A1; ES8309007A1; FR2519144A1; ZA827977B; GB2112542A; AU9085882A; NL8204349A; JPS58115330A; IL67138A0; ES517505A0; CA1179523A; NO823663L; SE8206770L; SE8206770D0; IT8224404A0; BE895060A; US4408881A

Description

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Vorrichtung und Verfahren zum holographischen Testen eines

Objekts

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Art zum zerstörungsfreien Testen durch Schwingungsanalyse mit einem Zeitmittelhologramm.

Die US-PS 3 548 643 aus dem Jahre 1970 beschreibt das Verfahren der holographischen Schwingungsanalyse allgemein und zeigt insbesondere in Fig. 11 eine Technik zum Analysieren des Gefüges eines Objekts durch Bilden eines Zeitmittelhologramms des Objekts, während dieses in Schwingung versetzt wird. Die US-PS 3 645 129 aus dem Jahre 1972 beschreibt ein Verfahren zum Testen der Unversehrtheit einer Verbindungsstelle (z.B. einer geklebten oder geschweißten Verbindung) zwischen zwei Teilen durch Bilden eines Zeitmittelhologramms der Verbindungsstelle, während dieses in Schwingung versetzt wird. Diese US-Patentschrift führt von der Erfindung weg, weil sie angibt, daß es notwendig ist, mehrere Hologramme

mit unterschiedlichen Anregungsfrequenzen und unterschiedlicher Schwingungsintensität zu erzeugen, um unterschiedliche Schwingungsinterferenzlinien zu erzeugen, die Merkmale des Objekts aufdecken, welche unterschiedliche Eigenschaften haben. Dieses bekannte Verfahren ist zeitaufwendig und schwierig und deshalb als Testverfahren in der Produktion wenig geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weniger zeitaufwendiges und einfacheres Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die ohne weiteres zu Testzwecken in der Produktion eingesetzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum zerstörungsfreien Testen, bei welchen ein einziges Zeitmittelhologramm benutzt wird, das belichtet wird, während das getestete Objekt Schwingungen ausgesetzt wird, die Frequenzen haben, welche innerhalb einer bestimmten Bandbreite willkürlich erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform. der Erfindung.

Die Figur zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Laser 100, beispielsweise ein Argon-Laser, ein Lichtbündel 102 erzeugt, das zu einem Spiegel 104 geht, der einen Teil des Bündels 102 reflektiert und daraus ein Referenzbündel 106 bildet, während er einen weiteren Teil des Bündels 102 durch ein Loch 105 durchläßt und daraus ein Objektbündel 108 bildet. Das Objektbündel 108 wird durch einen Spiegel 110 reflektiert, geht durch ein räumliches Filter 112, wird dann wieder durch einen Spiegel 114 reflektiert

und beleuchtet ein Testobjekt 107. Das Testobjekt 107 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein rundes Objekt mit einer zylindrischen Verbindungsstelle (z.B. eine Klebe- oder Schweißverbindung) zwischen einem zylindrischen Teil und einem inneren abschleifbaren Teil. Die Form des Objekts ist für die Erfindung selbstverständlich unwesentlich. Es ist außerdem unwesentlich, ob die auf ihre Unversehrtheit hin getestete Verbindungsstelle in dem Hologramm sichtbar ist oder ob nur die Oberfläche des angeklebten ader angeschweißten Teils sichtbar ist.

Das Referenzbündel 106 wird durch einen Spiegel 116 reflektiert, geht durch ein räumliches Filter 118 hindurch und wird auf eine fotografische Platte 120 gerichtet, die durch einen Plattenhalter 122 festgehalten wird. Das Referenzbündel 106 und die von dem Testobjekt 107 in dem Objektbündel reflektierte Strahlung bilden gemeinsam ein Hologramm nach den bekannten Prinzipien der Holographie, wie sie in der US-PS 3 548 643 beschrieben.sind.

Das Testobjekt 107 wird durch ein Teil 219 angeregt, das an einem Teil 217 starr befestigt ist, welches Schwinungskräfte von einer piezoelektrischen Rüttelvorrichtung 216 auf das Teil 219 überträgt und als Träger für einen geeichten Beschleunigungsmesser 218 dient. Der Beschleunigungsmesser 218 erzeugt ein Signal, das durch einen Verstärker 220 verstärkt und auf einem Digitalvoltmeter 222 angezeigt wird, welches zum Überwachen der Stärke der auf das Testobjekt ausgeübten Kräfte benutzt wird. Die an die piezoelektrische Rüttelvorrichtung 216 angelegten Signale werden von einem Zufallssignalgenerator 210 geliefert, der elektrisches "weißes Rauschen" erzeugt, das durch ein Bandpaßfilter 212 modifiziert wird, welches beispielshalber

Frequenzen in einem Bereich von 10 kHz bis 30 kHz durchläßt. Das Signal aus dem Bandpaßfilter 212 wird in einem Verstärker 214 verstärkt und dann an die piezoelektrische Rüttelvorrichtung 216 angelegt. Die gesamte Anordnung ist auf einem Isoliertisch 100 befestigt, um die optischen Vorrichtungen im Verlaufe des Hologramms stabil zu halten, und die piezoelektrische Rüttelvorrichtung 216 ist außerdem von dem Tisch durch herkömmliche bekannte Vorrichtungen isoliert.

Im Betrieb führt die dem Testobjekt 107 gegebene Schwingungsbeschleunigung zu Übertragung von Schwingungsenergie durch das Testobjekt 107 zu der Verbindungsgrenzfläche der beiden Teile. Wenn die Verbindungsstelle gleichmäßig ist, wird die Oberfläche des Objekts, die in dem Hologramm sichtbar ist, im wesentlichen gleichmäßig angeregt und ist nur den charakteristischen Schwingungstypen des Objekts ausgesetzt. Wenn jedoch die Verbindungsstelle nicht gleichmäßig ist und es einen gelösten Bereich innerhalb des in dem Hologramm sichtbaren Teils des Objekts gibt, wird das Teil, das dem Hologramm am nächsten ist, unabhängig von dem anderen Teil schwingen, und zwar aufgrund der ausgeübten Beschleunigung,, und eine Anzahl von einander überlagerten Interferenzstreifen wird in dem Hologramm erscheinen. Die Fläche, über die sich die Interferenzstreifen erstrecken, wird gleich der gelösten Fläche der Verbindungsstelle sein, und die Schwingungsamplitude und damit die Dunkelheit der Interferenzstreifen in dem belichteten Hologramm wird von der Schwingungsamplitude und von der Schwingungsfrequenz relativ zu der Resonanzfrequenz des gelösten Bereiches abhängig sein.

Das Testobjekt wird akzeptiert oder zurückgewiesen, was von der Anzahl der Fehler abhängig ist, die durch Prüfung des

vollständigen Hologramms aufgedeckt werden. Die eingangs erwähnte US-PS 3 645 129 führt von der Erfindung weg, weil sie angibt, daß es notwendig ist, eine Anzahl von Hologrammen mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Intensitäten zu belichten, um sämtliche gelösten Bereiche der Verbindungsstelle zu entdecken. Dieses Verfahren ist, wie erwähnt, zeitaufwendig und schwierig und ist als Produktionstestverfahren, das Gegenstand des Erfindung ist, nicht besonders geeignet.

Es ist festgestellt worden, daß die Benutzung einer willkürlichen Anregung, die dem Testobjekt gegeben wird, alle gelösten Bereiche innerhalb eines großen Bereiches von Größen aufdeckt, weshalb die Anzahl der erforderlichen Hologramme drastisch reduziert werden kann. In dem besonderen Fall, der in der Zeichnung dargestellt ist, ist das getestete Objekt zylindrisch, weshalb nicht der gesamte Bereich der Verbindungsstelle in demselben Hologramm sichtbar ist. In diesem Fall sieht das Hologramm ungefähr ein Viertel des Objekts, und eine vollständige Prüfung erfolgt durch Drehen des Objekts und Aufnehmen einer Reihe von Hologrammen. Andere Testobjekte mögen das Belichten von nur einem einzigen Hologramm erfordern.

In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform waren die optischen Vorrichtungen und das Testobjekt auf dem Isoliertisch 101 festgeklemmt, und die piezoelektrische Rüttelvorrichtung 216 war von dem Tisch isoliert, um Störungen des Hologramms zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden, wenn die piezoelektrische Rüttelvorrichtung 216 so gesteuert wird, daß sie eine Beschleunigung von ungefähr 150 g's (150-fache Erdbeschleunigung) an dem Testobjekt erzeugt. Es ist außerdem festgestellt worden, daß die Zahl und die Position der Klemmvorrichtungen, mit denen das Testobjekt 107 an dem Tisch

101 festgeklemmt wurde, die Möglichkeit der beschriebenen Technik, gelöste Bereiche der Verbindungsstelle zu entdecken, nicht nachteilig beeinflußten. Die Stärke der¹ auf das Testobjekt ausgeübten Schwingung wird in unterschiedlichen Situationen unterschiedlich sein. Vorzugsweise sollte eine Kraft benutzt werden, die die gelösten Bereiche der Verbindungsstelle anregt, den Resonanz-Schwingungstypen des Testobjekts aber sehr kleine Amplituden gibt, so daß Fehler in der Verbindungsstelle mit maximaler Klarheit hervorstechen.

Claims

Patentanspruch e:

^) Holographische Testvorrichtung zum Testen eines Testobjekts, gek ennze ichn e t durch: eine Einrichtung (104) zum Erzeugen eines optischen Objektbündels (108) und eines Referenzbündels (106); Einrichtungen (110,112, 114) zum Belichten eines Testobjekts (107) mit dem Objektbündel (108); Einrichtungen (116, 118) zum Belichten eines lichtempfinlichen Detektors (120) gleichzeitig mit dem Referenzbündel (106) und der von dem Testobjekt (107) ausgehenden Strahlung für eine vorbestimmte Belichtungszeit; eine Signalerzeugungseinrichtung (210) zum Erzeugen von elektrischen Signalen, die Frequenzen haben, welche innerhalb eines Frequenzbereiches willkürlich verteilt sind; eine Filtereinrichtung (212) zum Hindurchlassen eines Teils der willkürlich verteilten Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches, um ein AnSteuersignal zu bilden; und

eine Vorrichtung (216), die auf das Ansteuersignal hin das Testobjekt während der Belichtungszeit mit Beschleunigungskräften, die eine vorbestimmte mittlere Stärke haben, mecha-

nisch rüttelt.
2. Verfahren zum holographischen Testen eines Objekts, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erzeugen eines Objektbündels und eines Referenzbündels optischer Strahlung;

Belichten des Testobjekts mit einem Objektbündel; Belichten eines lichtempfindlichen Detektors gleichzeitig mit dem Referenzbündel und mit der von dsm Testobjekt ausgehenden Strahlung für eine vorbestimmte Belichtungszeit; Erzeugen von elektrischen Signalen, die innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches willkürlich verteilt sind; Umwandeln der elektrischen Signale in mechanische Beschleunigungskräfte, die dieselben Frequenzkenndaten wie die elektrischen Signale haben; und

Rütteln des Testobjekts mit den mechanischen Beschleunigungskräften während der vorbestimmten Belichtungszeit.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich zwischen O und 50 kHz liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich zwischen 0 und 50 kHz liegt.