¿Qué es la tecnología DSSPI?
Desarrollo de la tecnología de detección DSSPI
Desde la invención de la interferometría láser de corte moteado en la década de 1970, se han logrado grandes avances en la teoría de pruebas, la tecnología experimental y el alcance de las aplicaciones. La interferometría láser digital de dislocación moteada basada en el principio de interferencia es una nueva tecnología de detección óptica que surgió en la década de 1980 para medir la deformación de la superficie. Rompe las limitaciones de la tecnología de inspección óptica original e integra la imagen del proceso de inspección y el posprocesamiento en un sistema completo. En la actualidad, la tecnología de detección DSSPI detecta principalmente estructuras de materiales compuestos y estructuras tipo sándwich alveolar. Sus principales ventajas son: sin contacto, sin contaminación, la detección no está limitada por la geometría y el tamaño del material de la pieza de trabajo y visualización de video, un área de detección de 1 m2 a la vez; Alta sensibilidad de detección. El tamaño del defecto se puede medir; no requiere protección contra la luz ni aislamiento especial de vibraciones, y es rápido y en tiempo real. Se puede utilizar para la inspección in situ de piezas de trabajo y la computadora puede registrar los resultados de la inspección en tiempo real. Por lo tanto, la tecnología de detección DSSPI se utiliza ampliamente en pruebas rápidas no destructivas tanto en campos internos como externos.
Debido a la interferencia del ruido moteado, el patrón de franjas de interferencia de la interferometría moteada cortada con láser tiene mucha menos claridad y contraste que la imagen holográfica. Actualmente, se han realizado muchos trabajos de investigación para mejorar la calidad de la imagen. Utilice diversas técnicas de filtrado espacial y técnicas de filtrado de imágenes digitales para debilitar el ruido moteado, como el filtrado espacial, la transformada de Fourier, la transformada de convolución, el filtrado recursivo, el filtrado de densidad de área, etc. La tecnología de cambio de fase se utiliza para mejorar la sensibilidad de detección y la calidad de la imagen, como la tecnología de mejora de imágenes en tiempo real. Además, también se han logrado avances significativos en la interferometría de corte bidimensional, la tecnología de portadores y la tecnología de procesamiento secuencial de imágenes en la interferometría de corte.
En 1988, la Fuerza Aérea de EE. UU. adoptó oficialmente DSSPI como el principal método de prueba para las pruebas generales de las capas de unión del revestimiento y el núcleo del avión B-2. El Centro Espacial Kennedy utilizó productos de American Laser Technology para probar la capa protectora térmica del tanque de combustible externo del transbordador espacial y la capa protectora térmica del propulsor sólido del cohete, y logró resultados ideales. Alemania también utiliza esta tecnología para realizar mediciones tridimensionales de tensión/deformación sin contacto en campo completo, mediciones de deformación, mediciones de vibraciones, detección de defectos de materiales, etc. En la literatura publicada, la interferometría láser de dislocación de electrones se ha aplicado con éxito a la detección de tensiones residuales en cajas de ventiladores compuestas, apartaderos compuestos de automóviles, neumáticos, puentes, rotores de helicópteros y hormigón de motores de turbinas.
En China, muchos académicos también han realizado investigaciones en profundidad sobre esta tecnología. En la actualidad, el correspondiente sistema de imágenes de interferencia de moteado por corte láser se ha desarrollado y aplicado con éxito a pruebas no destructivas de materiales compuestos. Sin embargo, la investigación relacionada con los detectores DSSPI para la inspección in situ de materiales compuestos de aeronaves ha progresado lentamente. En la actualidad, los principales métodos de inspección in situ para materiales compuestos de aeronaves incluyen el método ultrasónico, el método de percusión, el método de resistencia acústica, el método de onda de placa y el método de resonancia. Los materiales compuestos atenúan enormemente las ondas sonoras. Estos métodos solo pueden detectar defectos superficiales y cercanos a la superficie de materiales compuestos delgados, y el área probada a la vez es muy pequeña y la mayoría de ellos requieren acoplador, por lo que la velocidad de detección es muy lenta.
Tecnologías clave para la detección de DSSPI
En la actualidad, la tecnología de detección de DSSPI permanece principalmente en la etapa de laboratorio, y se necesita más investigación para avanzar verdaderamente hacia la practicidad y la instrumentación. A continuación se presentan algunas tecnologías clave específicas que se analizarán.
1. Modo de carga
El uso de la tecnología DSSPI para pruebas no destructivas requiere la carga del objeto inspeccionado. Es muy importante utilizar métodos de carga adecuados para diferentes defectos. Los métodos de carga tradicionales generalmente incluyen carga al vacío, carga térmica y carga por excitación electromagnética. Entre ellos, la carga de vacío es un método de carga comúnmente utilizado en pruebas no destructivas de interferencia de moteado. La carga de fuerza se puede lograr mediante una presión negativa uniforme, es decir, carga de vacío. Este método de carga tiene condiciones técnicas maduras, es fácil de cuantificar y es muy adecuado para la detección de defectos en materiales de bajo módulo elástico (como vidrio orgánico, plástico y caucho). Sin embargo, se limita a la detección de piezas pequeñas y no puede cumplir con los requisitos de detección rápida en línea. El método de carga térmica tiene un equipo simple, el rango de carga se puede ajustar por sí solo y se puede utilizar para la carga de prueba in situ de aeronaves; en el campo, sin embargo, debido a la profundidad del defecto, no es adecuado para algunas piezas sensibles a la temperatura. Los resultados de la prueba para materiales sensibles no son ideales para la carga de excitación electromagnética, las cerámicas piezoeléctricas generalmente se pegan al objeto bajo prueba. como excitador. Dado que el vibrador está en contacto directo con el objeto que se está probando, se trata de una carga de contacto que afecta directamente los resultados de la prueba.
El método de carga tradicional está restringido por el entorno del sitio, el tamaño físico del objeto que se inspecciona y las restricciones de desmontaje de los componentes, por lo que su aplicación es limitada. Para cumplir con los requisitos de la detección in situ en el campo de las aeronaves, el objeto bajo prueba se puede cargar con excitación acústica.
Cuando la frecuencia armónica es igual o cercana a la frecuencia natural del defecto del objeto, se producirá resonancia y la amplitud en la resonancia se registra mediante el moteado, de modo que el sistema de imagen por computadora resta el campo moteado con diferentes amplitudes. para obtener el patrón de flecos moteados. El sistema de carga consta del oscilador principal, un amplificador de potencia, un medidor de frecuencia, un altavoz y una fuente de alimentación, que se denomina sistema de carga de excitación de escaneo de audio. El vibrador principal tiene una función de salida de barrido de frecuencia continua. Después de amplificar la señal de barrido de frecuencia, el altavoz emite una onda sonora de excitación de banda ancha, que actúa sobre la superficie del material y excita los defectos del material. Los experimentos muestran que este método de carga tiene un efecto de excitación obvio, las franjas moteadas detectadas son claras y tiene las características de escaneo rápido, continuo y de campo completo. Pero es necesario verificarlo sobre el terreno.
2. Miniaturización de instrumentos
En aplicaciones de ingeniería, los sistemas de detección DSSPI incluyen sistemas de interferencia de dislocación láser, sistemas de cámaras CCD, sistemas de adquisición de tarjetas de imágenes, sistemas de procesamiento de imágenes por computadora y sistemas de carga. Con el desarrollo de la tecnología láser, la tecnología de vídeo, la tecnología de procesamiento de imágenes por ordenador, la tecnología de fibra óptica y los sistemas microelectromecánicos, se ha hecho posible miniaturizar los instrumentos de prueba DSSPI. En primer lugar, con el desarrollo de la tecnología láser, se han desarrollado láseres de pequeño volumen y alta potencia, como láseres de estado sólido de modo longitudinal único, pequeños y resistentes, de alta energía de salida; en segundo lugar, el desarrollo de láseres de pequeño volumen y alta potencia; Sistemas de cámaras CCD de alto rendimiento y alta resolución. El desarrollo de software de procesamiento de imágenes por computadora y la tecnología de cambio de fase de fibra óptica han sentado las bases para la miniaturización de instrumentos. 3. Tecnología de corte
Una tecnología clave de las imágenes de corte por láser DSSPI es utilizar tecnología de cambio de fase espacial para reemplazar la tecnología tradicional de cambio de fase temporal, lo que hace que el procesamiento de la señal sea muy simple (un proceso de imagen solo requiere dos videos imágenes, si se utiliza el cambio de fase temporal, una imagen requiere seis imágenes de vídeo). Los métodos de imágenes de corte se pueden dividir en dos categorías. Un tipo es el método de interferencia de corte por división de amplitud, y el método de interferencia de Michelson es el método más típico. El diagrama esquemático de las imágenes de corte se muestra en la Figura 2. Usando el cabezal óptico moteado de McLayson, el espejo cerámico piezoeléctrico (PZT) se puede mover para lograr el cambio de fase de la onda de luz, y la cantidad de corte se puede ajustar girando el espejo 2. La relación de intensidad del método Michelson es cercana a 1 y se distribuye uniformemente por todo el campo. Debido a que no hay necesidad de reconstrucción de la apertura, la apertura es grande y la tasa de utilización de energía luminosa es alta.
El segundo tipo es la interferometría de corte por segmentación de frente de onda, que tiene varias estructuras. El método de la cuña ligera es el método más sencillo y práctico. También hay un prisma de Wollaston, que consta de dos prismas en ángulo recto, como se muestra en la Figura 3. Se caracteriza por una trayectoria óptica simple, que puede lograr una gran desalineación sin la necesidad de generar luz de referencia. Por otro lado, las dos luces polarizadas ortogonales obtenidas por el prisma de Wollaston pueden introducir fácilmente la tecnología de cambio de fase de polarización para obtener el valor de fase; de la franja y medirla La precisión mejora enormemente. En términos generales, la sensibilidad de la medición de la derivada del desplazamiento de moteado de dislocación de electrones es la primera. Se puede ver en la fórmula que cambiar la cantidad de dislocación * 9 picoteos no afecta el propósito de la obtención de imágenes, pero los estándares de parámetros ópticos específicos deben verificarse más a fondo en experimentos. Como se muestra en la Figura 4
4. Tecnología de procesamiento de imágenes digitales
Con el rápido desarrollo de la tecnología informática y electrónica, los métodos de procesamiento de imágenes digitales se han utilizado ampliamente. Los métodos de procesamiento de imágenes digitales pueden reducir los requisitos de hardware para el procesamiento de imágenes del sistema de detección DSSPI, reduciendo así el tamaño del instrumento. El procesamiento de imágenes digitales incluye principalmente: operaciones puntuales, operaciones geométricas, operaciones algebraicas, etc., para cambiar la distribución del histograma y el valor de gris de la imagen, mejorar la resolución de la imagen y eliminar la influencia del ruido aleatorio. Las imágenes digitales son imágenes discretas que pueden analizarse y describirse mediante la teoría estadística. El procesamiento de franjas moteadas se puede completar mediante el procesamiento de imágenes digitales. Los métodos generales de procesamiento de imágenes incluyen transformación geométrica, ajuste de escala de grises, filtrado digital, eliminación de ruido, detección de bordes, transformada rápida de Fourier, transformada de coseno discreta, expansión de fase y espera de correlación digital. . Con el desarrollo de la tecnología de procesamiento de imágenes, la tecnología de detección DSSPI se utilizará ampliamente.
5. Tecnología de cambio de fase
La interferometría de cambio de fase utiliza cambios de fase para resolver el desplazamiento y las derivadas del desplazamiento, obteniendo así la distribución de fase de todo el campo e identificando aún más los defectos. Tiene las ventajas de una alta precisión de reconocimiento, una velocidad de medición rápida y un amplio rango de aplicaciones. Ha sido ampliamente utilizado y es un campo de investigación popular. La interferometría heterodina es un método para calcular la fase de las franjas de interferencia cambiando la frecuencia de modulación de la luz y utilizando un medidor de fase electrónico. Puede tener una precisión de una milésima parte de la longitud de onda para lograr una medición de alta precisión. Sin embargo, este método rara vez se utiliza debido a su compleja configuración óptica y medición punto por punto. La tecnología de portadora óptica agrega una distribución de fase de franja no monótona a la distribución de fase de franja de portadora lineal con pendiente suficiente para hacer que la fase de modulación sea monótona. Según el grado de desviación de la franja de portadora de modulación de la portadora o utilizando tecnología de demodulación de portadora, toda la fase. campo se puede obtener la distribución de fase. A principios de la década de 1980, se propuso por primera vez la interferometría electrónica moteada con desplazamiento de fase para resolver la fase calculando franjas de correlación secundaria bajo diferentes desplazamientos de fase. La resta de fase consiste en encontrar primero la fase del campo de interferencia moteada antes y después de la deformación, y luego obtener el cambio de fase causado por la deformación mediante la resta de fase. En el algoritmo de fase, existe un método de cambio de fase de un solo paso. En términos de realizar el cambio de fase, se han propuesto sucesivamente el cambio de fase de polarización y el cambio de fase de cristal líquido retorcido.
Perspectivas
En el siglo XXI, con el tremendo progreso en las tecnologías clave de detección DSSPI, la tecnología de detección in situ DSSPI también ha logrado avances.
Por ejemplo, se propusieron conceptos como la tecnología de detección DSSPI, el método de carga de excitación de escaneo de audio, la diferencia de tiempo ajustable en tiempo real y la superposición derivada (pico) que representa el desplazamiento fuera del plano. En particular, se utilizó el método de superposición de picos para registrar el moteado. patrón de defectos, lo que mejoró enormemente la precisión de la detección, la velocidad y la intuición de los defectos. Al superponer el campo moteado de corte en el momento t0 antes de que el objeto se deforme y el campo moteado en cualquier momento tn (n=1, 2, 3...N), se obtiene el diagrama de franjas de picos derivado (blanco) del tamaño, forma y posición. de los defectos del objeto se puede obtener rápidamente (donde representa un defecto). Además, se propone un método de carga de excitación de escaneo de audio, que proporciona un nuevo método de carga in situ para la tecnología de detección DSSPI, que tiene una importancia práctica importante. Al mismo tiempo, con el desarrollo de la tecnología de software de procesamiento de imágenes visuales, la tecnología de redes neuronales difusas, la tecnología de bases de datos, la tecnología de simulación, los sistemas expertos y la teoría fractal, la tecnología de detección DSSPI se desarrollará en la dirección de la inteligencia y la automatización, proporcionando in situ en -Detección in situ de materiales compuestos de aeronaves. Mejores métodos de detección.