RU2664933C1 - Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации - Google Patents
Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664933C1 RU2664933C1 RU2017123109A RU2017123109A RU2664933C1 RU 2664933 C1 RU2664933 C1 RU 2664933C1 RU 2017123109 A RU2017123109 A RU 2017123109A RU 2017123109 A RU2017123109 A RU 2017123109A RU 2664933 C1 RU2664933 C1 RU 2664933C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- laser
- macrorelief
- immersion medium
- computer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неразрушающим методам исследования твердых материалов и может быть использовано для контроля заданных параметров объектов и определения их физических характеристик. Предлагается способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, и устройство, реализующее указанный способ, причем способ заключается в освещении объекта исследования лазерным излучением в иммерсионной среде и регистрации акустических волн, возникающих от лазерного воздействия двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, при одновременной регистрации акустических импульсов, прошедших через образец, также двумя акустическими приемниками. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к неразрушающим методам исследования твердых материалов и может быть использовано для контроля заданных параметров объектов и определения их физических характеристик.
Известен способ определения макрорельефа поверхности объекта, заключающийся в освещении его лазерным излучением в иммерсионной среде в сосуде и регистрации отраженных оптических волн (Патент РФ №2075883, опубликовано: Бюл. №33, 2001 г.).
Недостатками данного способа являются невозможность исследовать внутреннюю структуру объекта и ограниченные возможности в определении других параметров.
Известен лазерно-ультразвуковой дефектоскоп, содержащий, импульсный лазер, акустические приемники, помещенные в корпус и компьютер (Патент РФ №2381496, опубликовано: 10.02.2010 Бюл. №4). Это техническое решение рассматривается авторами в качестве прототипа.
Данное устройство, позволяет исследовать только внутреннюю структуру объекта, имеет низкую разрешающую способность и может работать только в контакте с объектом.
Технический результат предполагаемого изобретения - создание способа для одновременного исследования макрорельефа поверхности объекта и его внутренней структуры с сохранением при этом высокой точности измерений.
Технический результат достигается за счет того, что сначала производят импульсное освещение объекта с использованием лазера, регистрируют акустические импульсы, возникшие от теплового лазерного воздействия, двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, и одновременно регистрируют акустические импульсы, прошедшие через объект с противоположной стороны освещаемой поверхности, также, по меньшей мере, двумя акустическими приемниками.
Кроме того, производят последовательное вращение объекта на разных высотах его нахождения в иммерсионной среде, а также при помощи лазерных интерферометров регистрируют акустические колебания, прошедшие сквозь объект.
Для осуществления указанного способа предлагается устройство. Предлагаемое устройство имеет механический привод, связанный с объектом, позволяющий производить вращение исследуемого объекта внутри сосуда с иммерсионной средой, импульсного лазера, пар акустических приемников, установленных с противоположных сторон данного сосуда, и компьютера, который соединен с устройством управления, которое подключено к импульсному лазеру, акустическим приемникам и механическому приводу, производящему перемещение объекта.
Сущность осуществления предлагаемого технического решения показана на Фиг. 1, где изображена блок-схема устройства, где 1 - блок управления, 2 - импульсный лазер, 3 - механический привод, 4 - компьютер, 5 - исследуемый объект, 6 - сосуд, 7 - акустический приемник, 8 - интерферометр.
Устройство для реализации предлагаемого способа включает в себя блок управления 1, который посредством проводов соединен с импульсным лазером 2, механическим приводом 3 и компьютером 4. Механический привод 3 вращает и перемещает по вертикали исследуемый объект 5, находящийся в сосуде 6 с иммерсионной жидкостью. В сосуде 6 со стороны освещения лазером 2, расположены два акустических приемника 7, подключенные к компьютеру 4. С противоположной стороны сосуда 6 могут быть установлены такие же два приемника 7, или как вариант, два лазерных интерферометра 8, способные регистрировать непосредственно гидроакустические колебания поверхности объекта 5. В этом случае, они также подключены к компьютеру 4.
Способ реализуется следующим образом. Блок управления 1 инициирует лазер 2, с одновременной подачей сигнала на компьютер 4. Излучение лазера через прозрачное окно в корпусе 6 направляется на поверхность объекта исследования 5. Поперечный размер оптического пучка в фокальной плоскости составляет 50 мкм. Акустическая волна возбуждается на поверхности исследуемого образца 5 при поглощении оптического излучения и последующим за ним термоупругим расширением нагретой области. Форма и амплитуда акустического импульса, возбуждаемого в результате термоупругого эффекта, определяются интенсивностью оптического пучка, его пространственно-временными характеристиками, коэффициентом поглощения среды и граничными условиями.
Акустическая волна регистрируется с помощью двух широкополосных приемников 7, сигнал с которых подается на компьютер 4. Время распространения акустической волны от точки генерации на поверхности образца до приемника определяется расстоянием между данной точкой и приемником, а также скоростью распространения акустической волны в иммерсионной жидкости. Можно получить значение координаты точки объекта по измеренному времени задержки между лазерным и акустическим импульсами при известных условиях, как положение приемника и скорость упругой волны. Измерения формы поверхностей твердых тел базируются на возбуждении коротких акустических импульсов лазером и измерении времени задержки между лазерным и акустическим сигналами.
Вращая образец в горизонтальной плоскости, получают изображение поперечного сечения образца. При его перемещении в вертикальной плоскости и вращении получают набор сечений, что позволяет получить полную информацию об исследуемом образце. Блок управления 1 может быть выделен отдельно либо объединен с компьютером 4, где имеется программа, определяющая алгоритм работы устройства и хранятся полученные данные.
Таким образом, определяется макрорельеф поверхности исследуемого образца 5. Принимая во внимание, что акустический импульс, возбужденный термоупругим расширением, распространяется в теле образца 5, создает фазовую картину колебаний противоположной стороны образца, то в сочетании с сигналами приемников 7 получаем информацию о его структуре, дефектах и прочих характеристиках. В случае использования лазерных интерферометров 8, информация будет на порядок точнее.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство позволяют исследовать макрорельеф поверхности объекта и его внутреннюю структуру с сохранением при этом высокой точности измерений. Все признаки, отличающие предлагаемое изобретение необходимы и достаточны для его осуществления и получения заявляемого технического результата.
Claims (4)
1. Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, заключающийся в освещении его лазерным излучением в иммерсионной среде и регистрации отраженных оптических волн, отличающийся тем, что производят импульсное освещение объекта, регистрируют акустические импульсы, возникшие от теплового лазерного воздействия двумя разнесенными акустическими приемниками, расположенными со стороны освещения, и одновременно регистрируют акустические импульсы, прошедшие через объект с противоположной стороны освещаемой поверхности, также по меньшей мере двумя акустическими приемниками.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят последовательное вращение объекта на разных высотах его нахождения в иммерсионной среде.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что акустические колебания, прошедшие сквозь объект, регистрируют лазерными интерферометрами.
4. Устройство для реализации способа определения макрорельефа поверхности и внутренних включений, дефектов объекта, содержащее импульсный лазер, освещающий поверхность исследуемого объекта, помещенного в сосуд с иммерсионной средой, акустические датчики и компьютер, отличающееся тем, что оно имеет механический привод, связанный с объектом, при этом с противоположных сторон сосуда установлены две пары разнесенных акустических приемников, одна из которых расположена со стороны освещения объекта, соединенные с компьютером, который также соединен с устройством управления, подключенным к импульсному лазеру и механическому приводу.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123109A RU2664933C1 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123109A RU2664933C1 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2664933C1 true RU2664933C1 (ru) | 2018-08-23 |
Family
ID=63286875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017123109A RU2664933C1 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2664933C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5457997A (en) * | 1991-11-22 | 1995-10-17 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | Laser ultrasonic detection method and apparatus therefor |
| US6057927A (en) * | 1998-02-25 | 2000-05-02 | American Iron And Steel Institute | Laser-ultrasound spectroscopy apparatus and method with detection of shear resonances for measuring anisotropy, thickness, and other properties |
-
2017
- 2017-06-30 RU RU2017123109A patent/RU2664933C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5457997A (en) * | 1991-11-22 | 1995-10-17 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | Laser ultrasonic detection method and apparatus therefor |
| US6057927A (en) * | 1998-02-25 | 2000-05-02 | American Iron And Steel Institute | Laser-ultrasound spectroscopy apparatus and method with detection of shear resonances for measuring anisotropy, thickness, and other properties |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| А.А. Карабутов, статья "Лазерный оптико-акустический метод локального измерения упругих модулей композиционных материалов, упрочненных частицами", электронный журан "Техническая акустика", номер 19, 2008 год, стр. 1-15. * |
| А.А. Карабутов, статья "Лазерный оптико-акустический метод локального измерения упругих модулей композиционных материалов, упрочненных частицами", электронный журан "Техническая акустика", номер 19, 2008 год, стр. 1-15. В.Э.Гусев, А.А. Карабутов, справочник "Лазерная оптоакустика", 1991 год, стр. 14-22. * |
| В.Э.Гусев, А.А. Карабутов, справочник "Лазерная оптоакустика", 1991 год, стр. 14-22. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107024542B (zh) | 用于测试对象的机载超声测试系统 | |
| US11692810B2 (en) | Photoacoustic excitation sensing enhanced by cross-correlated unfocused speckle images | |
| US10352911B2 (en) | Airborne ultrasound testing system for a test object | |
| KR101385402B1 (ko) | 적외선 서모그래피를 이용하는 개선된 레이저-초음파 검사 | |
| JPH0444951B2 (ru) | ||
| CN107688051A (zh) | 一种基于激光超声表面波的亚表面缺陷宽度的测量方法 | |
| US11187648B2 (en) | Two-stage photo-acoustic excitation sensing systems and methods | |
| JP2005147813A (ja) | レーザ超音波による材料非破壊検査方法及び装置 | |
| CN103713048A (zh) | 一种用于无损探伤的超声场非接触可视化方法及装置 | |
| Costley Jr et al. | Dispersion curve analysis of laser-generated Lamb waves | |
| KR102328542B1 (ko) | 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법 | |
| KR101057586B1 (ko) | 기형 초음파 전파 영상화 장치 | |
| RU2664933C1 (ru) | Способ определения макрорельефа поверхности и внутренних включений объекта и устройство для его реализации | |
| JP2004150875A (ja) | 超音波による内部欠陥の映像化方法、及び、装置 | |
| JP3732491B2 (ja) | 縦波と横波回折波による超音波探傷方法及び装置 | |
| RU116632U1 (ru) | Диагностическая система для измерения свободных колебаний контролируемого объекта | |
| Bescond et al. | Photoacoustic detection and monitoring of oil spill | |
| KR102493099B1 (ko) | 레이저 초음파 탐상 및 파수신호처리 기반 비접촉 고온 슬리브강의 온도 측정장치 및 그 온도측정방법 | |
| Köhler | Stroboscopic visualization of ultrasonic fields on solids by sampling | |
| RU2572293C2 (ru) | Оптоакустический анализатор экологического состояния среды | |
| JPH0545346A (ja) | 超音波探触子 | |
| Ahmad et al. | Acoustical Holography | |
| Peña et al. | Detection and Characterization of Focused Ultrasonic Field using Schlieren Effect and Continuous Laser | |
| Murase et al. | Defect Imaging Technique Using Ultrasonic Waves Produced by Laser Irradiation | |
| CN117054346A (zh) | 一种基于光声耦合散斑干涉的层析检测系统及方法 |