專利名稱：高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無損檢測系統(tǒng)和方法，特別是一種集成電子散斑和剪切電子散斑法的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
全息干涉技術(shù)利用光學(xué)干涉技術(shù)，可以精確測量物體的三維變形，同時它也是一種傳統(tǒng)的工業(yè)無損檢測方法。隨著計算機和視頻技術(shù)的發(fā)展，電子散斑(ElectronicSpeckle Pattern Interferometry)和電子剪切散斑(Electronic Shearing Speckle PatternInterferometry)采用電視攝像機直接記錄物面在干涉光照射下的相干散斑場，通過計算機處理可以獲得代表物體在變形前后的變形的干涉條紋。作為全息干涉的替代技術(shù)，這兩種方法也可以用于無損檢測。
在采用電子剪切散斑技術(shù)時，需要把照射在物體表面的干涉光分為兩束傳播方向大致平行的相干光，所采用的特殊光學(xué)器件叫剪切鏡。傳統(tǒng)的剪切鏡多采用渥拉斯頓(Wollaston)棱鏡，雖然其結(jié)構(gòu)緊湊，但由于物理結(jié)構(gòu)的限制，它有兩個固有的缺陷，其一，渥拉斯頓棱鏡的剪切量是固定的，其二，由于分束后的相干光歷經(jīng)相同的空間區(qū)域，不能引入時間相移。從而阻礙了該測試技術(shù)在后續(xù)自動分析方法的發(fā)展。電子散斑干涉用作無損檢測技術(shù)可以很好地判別缺陷的形狀，然而由于這兩種測試技術(shù)的光路不同，目前無法形成功能齊全的無損檢測設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)和方法，集成了電子散斑和剪切電子散斑法的無損檢測系統(tǒng)和檢測方法，實現(xiàn)多模式高分辨率實時無損檢測。
為了達到上述目的和便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，先作有關(guān)的原理簡要介紹如下1、電子散斑測量離面位移的基本原理電子散斑測量離面位移的基本光路如圖11所示。
由激光器(1’)發(fā)出的干涉光經(jīng)分光鏡(3’)形成兩束干涉光。其中一束經(jīng)擴束鏡(4’)發(fā)散后照亮被測物面(10’)；另一束光經(jīng)反射鏡(2’)反射和擴束后，投射在漫射屏(5’)上。在攝像機(8’)前放置一個半反半透鏡(6’)和成像透鏡(7’)，從物體表面(10’)和漫射屏上漫射的光波經(jīng)透射和反射后在攝像機成像平面上形成干涉。散斑干涉所需要的物光和參考光在攝像機成像平面上的光波復(fù)振幅分別表示為A(x，y，t)＝a(x，y)exp[i(x，y，t)]B(x，y，t)＝b(x，y)exp[iψ(x，y，t)]其中a、b分別表示物光和參考光的振幅，、ψ分別表示物光和參考光的位相。物光和參考光疊加干涉形成散斑場，其光強為I＝a2+b2+2abcos(-ψ)當(dāng)被測物體變形后，物光的光程發(fā)生變化，產(chǎn)生光程差δ，對應(yīng)的位相改變量為Δ，而參考光的位相保持不變，所以物光和參考光疊加干涉后的光強成為I′＝a2+b2+2abcos(-ψ+Δ)在本專利中，采用了低噪聲、高靈敏度的CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)電視攝像機，它通過逐行掃描來獲得穩(wěn)定的圖像，同時高空間分辨率有效地降低了圖像中散斑的尺寸，使條紋顯得柔和。分別記錄物體在變形前后的光強信息，并實時地把變形后的散斑圖像與變形前的圖像做減法運算，得到 考慮到相減后條紋的亮度和對比度較低，可通過圖12所示的關(guān)系進行查找表(LookUp Table)變換，其中在灰度值較小的情況下，曲線2相對曲線1具有更好的增強效果，可有效地提高條紋的對比度，再通過低通濾波處理后獲得的條紋圖像為 位相差Δ與光程差δ的關(guān)系為 其中λ表示激光的波長。在圖11中，設(shè)入射光線與試樣表面的法線夾角為θ，當(dāng)試樣變形時，產(chǎn)生的離面位移為w，光程差與離面位移的關(guān)系為δ＝w(1+cosθ)所以條紋級數(shù)與離面位移的對應(yīng)關(guān)系為 為了降低測試光路對環(huán)境振動等噪聲的影響，采用了單模光纖來傳輸相干光，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可操作性。
2、剪切電子散斑測量離面位移梯度的基本原理剪切電子散斑干涉測量離面位移梯度的基本光路見圖13所示。
由激光器(1’)發(fā)出的干涉光經(jīng)反射鏡(2’)反射，再經(jīng)擴束鏡(3’)發(fā)散后照亮被測物面(10’)。在攝像機(8’)前放置一個剪切鏡(6’)和成像透鏡(5’)，從物體表面漫射的光波在通過剪切鏡(6’)后形成兩束干涉光波，并在攝像機成像平面上形成干涉。激光束經(jīng)擴束后直接照射到物體表面上，在電視攝像機前放置一個Wollaston剪切鏡，剪切鏡的作用相當(dāng)于一塊光楔，使得入射的一束光分解為具有小錯位角α的兩束出射光線，在攝像機相平面上形成兩個錯位像，二者相互干涉而形成散斑干涉圖象。設(shè)錯位量是沿著像平面x方向的，在被測物體表面對應(yīng)的錯位量為δx，兩個剪切圖象的波前可以分別表示為A(x，y，t)＝a(x，y)exp[i(x，y，t)]B(x，y，t)＝a(x，y)exp[i(x+δx，y，t)]其中a為光的振幅分布，為光的位相分布。記x＝(x+δx，y)-(x，y)，在相平面上兩光疊加的結(jié)果為U＝A+B，其光強為I＝UU*＝2a2[1+cosx]當(dāng)被測物體變形后，相應(yīng)的位相改變量為Δx，變形后的光強為I′＝2a2[1+cos(x+Δx)]通過與電子散斑相同的圖像處理和顯示方法，變形前后的兩個圖象相減后得到 經(jīng)低通濾波處理后可以獲得清晰的剪切電子散斑干涉條紋圖像，其表達式為 在圖3中，設(shè)入射光線與試樣表面的法線夾角為θ，可以推導(dǎo)出物體變形離面位移導(dǎo)數(shù)與條紋位相的關(guān)系式 在剪切電子散斑處理和顯示技術(shù)上采用了與前述電子散斑條紋相同的處理技術(shù)。這樣在檢測過程中，即使使用通用的實時圖像采集卡(不帶圖像處理器)，也可實現(xiàn)約每秒5幀的條紋顯示。
3、相位測量技術(shù)的基本原理相位測量技術(shù)可以有效提高條紋測量精度，并使數(shù)據(jù)處理自動化。一幅干涉條紋圖像的光強分布可以表示為如下的形式I(x，y)＝I0(x，y)+I1(x，y)cosΔ(x，y)其中，I0(x，y)為圖像的背景光強，I1(x，y)為條紋的對比度，Δ(x，y)代表物體變形引起的位相變化。通過相移器，在一束干涉光路中引入已知的相移量αi，i＝1，2，3，4，可以得到四幅對應(yīng)的干涉條紋圖像I(x，y)＝I0(x，y)+I1(x，y)cos[Δ(x，y)+α1]II(x，y)＝I0(x，y)+I1(x，y)cos[Δ(x，y)+α2]III(x，y)＝I0(x，y)+I1(x，y)cos[Δ(x，y)+α4]IIII(x，y)＝I0(x，y)+I1(x，y)cos[Δ(x，y)+αX]若α1＝0，α2＝π/2，α3＝π，α4＝3π/2，通過求解以上方程組，可以直接得出與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息 本專利采用了壓電陶瓷材料，一端固定，另一端與一個反射鏡連接，同時陶瓷兩端連接兩個電極，通過調(diào)節(jié)電壓的方式來改變壓電陶瓷的伸縮，使反射鏡產(chǎn)生波長量級的平動，從而使參考光與物光產(chǎn)生已知、可控的位相差。
根據(jù)以上介紹的相關(guān)原理，為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，包括檢測頭及與其相聯(lián)接的計算機，其特征在于所述的檢測頭采用一個全動式剪切/干涉鏡攝像頭，所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭和計算機均聯(lián)接電源控制箱；所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭具有如下功能一個反射鏡的偏轉(zhuǎn)角可調(diào)，從而控制剪切鏡的剪切量和剪切方向；另一個反射鏡可沿其法線方向平移，從而引入相移；所述的可偏轉(zhuǎn)的反射鏡可拆卸，使得剪切鏡與干涉鏡形成一體。所述的電源控制箱為系統(tǒng)提供電源，并根據(jù)計算機的控制信號控制所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭的兩個反射鏡的偏轉(zhuǎn)和平移；所述的計算機對電源控制箱發(fā)送控制信號，并接收全動式剪切/干涉鏡攝像頭攝像的圖像，通過計算機處理而獲得代表物體在變形前后的變形干涉條紋，實現(xiàn)無損檢測。
上述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭，包括激光器、攝像機、激光擴束器、分光鏡和反射鏡，其特征在于(1)所述的分光鏡以45°斜置于一個殼體的上下左右四面開口的上腔室內(nèi)；(2)所述的反射鏡共有兩個一個平移反射鏡通過可控平移機構(gòu)設(shè)置在所述殼體上腔室左開右處，另一個偏轉(zhuǎn)反射鏡通過可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置在所述殼體上腔室的上開口處；(3)所述的激光器和攝像機均安置在所述的殼體的下腔室內(nèi)，攝像機的成像鏡頭通過殼體上腔室的下開口對準分光鏡；(4)所述的激光擴束器通過活動鉸鏈機構(gòu)設(shè)置在所述的殼體上腔室的右開口前方，激光擴束器通過光纖連接激光器。
上述的可控平移機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的平移反射鏡粘貼在一塊帶有燕尾形榫頭的滑塊上，滑塊的燕尾形榫頭與一塊托塊的燕尾形榫槽緊滑配，托塊通過一個圓柱殼狀壓電陶瓷棒與一個平移反射鏡固定罩相連接，壓電陶瓷棒兩端接通所述的電源控制箱中的電壓調(diào)控電路，平移反射鏡固定罩通過螺釘固定連接在所述殼體上腔室的左開口處；平移反射鏡為反射鏡或漫反射鏡表面鏡。
上述的可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的偏轉(zhuǎn)反射鏡粘貼在一塊偏轉(zhuǎn)板上，偏轉(zhuǎn)板的一角通過球鉸與一個偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩鉸連，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩上固定兩個伺服電機，伺服電機驅(qū)動兩根頂壓偏轉(zhuǎn)板的調(diào)節(jié)螺栓，偏轉(zhuǎn)板另一面有彈簧支撐，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩通過螺釘固定連接在所述的殼體上腔室的上開口處。
上述的活動鉸鏈機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是在所述的殼體上腔室的右開口處下緣通過一個活動鉸鏈鉸連一根懸臂式管子，懸臂式管子的自由端固定連接所述的激光擴束器，傳導(dǎo)激光的光纖從激光器引出而從懸臂式管子的鉸鏈連接端導(dǎo)入懸臂式管子而連接激光擴束器。
一種高分辨率實時無損檢測方法，采用高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以剪切電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下(1)安裝可控偏轉(zhuǎn)反射鏡，連接相應(yīng)的控制電纜；(2)把懸臂繞鉸接點順時針旋轉(zhuǎn)約180度，使激光器發(fā)射的激光經(jīng)耦合，由光纖傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，照亮位于設(shè)備右側(cè)的被測物體；(3)物面漫反射的光束經(jīng)半反半透鏡，分別投射到反射鏡和上，再反射后通過圖像采集系統(tǒng)接收；
(4)調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的被測物體經(jīng)反射鏡和形成的原始物像和錯位像；(5)利用伺服電機調(diào)節(jié)反射鏡的偏轉(zhuǎn)方向，可以觀察到錯位像繞原始物像移動；調(diào)節(jié)反射鏡的偏轉(zhuǎn)量，可以觀察到錯位像與原始物像距離的變化；選擇適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度；(6)通過氣壓的變化對物體加載，在加載的加載前一個狀態(tài)，采集一幅參考圖像，在另一個加載狀態(tài)，自動控制反射鏡發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；(7)這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成3～5幅電子散斑條紋圖像，采用圖像增強變換曲線對圖像進行增強，利用與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息公式進行位相測量；再經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上；如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似缺陷處典型電子散斑條紋，即可判定這些位置處存在缺陷。
一種高分辨率實時無損檢測方法，采用高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下(1)拆除可控偏轉(zhuǎn)反射鏡以及相應(yīng)的控制電纜；(2)把懸臂繞鉸接點旋轉(zhuǎn)至對著分光鏡位置，激光器發(fā)射的激光經(jīng)耦合由光纖傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，使它照射到半反半透鏡。一束光線經(jīng)半反半透鏡反射后照亮位于設(shè)備上方的物體，物面漫反射的光束再經(jīng)半反半透鏡透射后，投射到電視攝像機靶面上；另一束光線透過半反半透鏡射到達反射鏡，反射后再經(jīng)半反半透鏡反射到達攝像機靶面。若發(fā)現(xiàn)經(jīng)反射鏡的光強太大，可以用漫反射表面替代反射鏡；(3)調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的代表物體輪廓的原始物像和來自反射鏡的散斑場圖像；(4)通過氣壓的變化對物體加載；在加載前的加載的一個狀態(tài)，采集一幅參考圖像，在另一個加載狀態(tài)，自動控制反射鏡發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；(5)這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成3～5幅電子散斑條紋圖像，采用圖像增強變換曲線對圖像進行增強，利用與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息公式進行位相測量；在經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上；如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似圓形缺陷處產(chǎn)生的典型電子散斑條紋，即可判定這些位置處存在缺陷；利用這種方法進行檢測時，可以直觀地根據(jù)條紋的形狀判定缺陷的形狀。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明提供的無損檢測系統(tǒng)中，采用了一種全新設(shè)計的全動式剪切/干涉鏡攝像頭，其中有可控平移反射鏡和可拆卸可控偏轉(zhuǎn)反射鏡，反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度可調(diào)、偏轉(zhuǎn)方向可調(diào)，從而可控制剪切鏡的剪切量和剪切方向達到調(diào)節(jié)測量靈敏度和靈敏度方向的目的；反射鏡可沿其法線方向平移，從而可控移動量引入相移，實現(xiàn)圖像的自動分析；兩種反射鏡結(jié)合成一體，從而可以電子散斑和剪切電子散斑兩種測量模式實現(xiàn)無損檢測，采用本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和檢測方法可實現(xiàn)高分辨率實時無損檢測。


圖1是本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1示例中全動式剪切/干涉鏡攝像頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2中平移反射鏡組件的正視圖。
圖4是圖3中A-A處剖視圖。
圖5是圖3中B-B處剖視圖。
圖6是圖2中偏轉(zhuǎn)反射鏡組件的正視圖。
圖7是圖6中C-C處的剖視圖。
圖8是圖6中D-D處剖視圖。
圖9是缺陷處典型剪切電子散斑條紋照片圖。
圖10是缺陷處典型電子散斑條紋照片圖。
圖11是散斑干涉離面位移測量光路原理圖。
圖12是兩種不同的圖像增強變換曲線圖。
圖13是剪切電子散斑干涉測量光路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，本高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，包括檢測頭3及與其相聯(lián)接的計算機2，其特征在于所述的檢測頭3采用一個全動式剪切/干涉鏡攝像頭，所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭和計算機2均聯(lián)接電源控制箱1，所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭可安裝在便攜式三腳架4上；所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭具有如下功能一個反射鏡的偏轉(zhuǎn)角可調(diào)，從而控制剪切鏡的剪切量和剪切方向；另一個反射鏡可沿其法線方向平移，從而引入相移；所述的可偏轉(zhuǎn)的反射鏡可拆卸，使得剪切鏡與干涉鏡結(jié)在成一體。所述的電源控制箱1為系統(tǒng)提供電源，并根據(jù)計算機的控制信號控制所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭的兩個反射鏡的偏轉(zhuǎn)和平移；所述的計算機2對電源控制箱發(fā)送控制信號，并接收全動式剪切/干涉鏡攝像頭攝像的圖像，通過計算機2處理而獲得代表物體在變形前后的變形干涉條紋，實現(xiàn)無損檢測。
參見圖2，上述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭包括激光器10、攝像機11、激光擴束器6、分光鏡12和反射鏡，其特征在于(1)所述的分光鏡12以45°斜置于一個殼體5的上下左右四面開口的上腔室內(nèi)；(2)所述的反射鏡共有兩個一個平移反射鏡13通過可控平移機構(gòu)設(shè)置在所述殼體5上腔室左開右處，另一個偏轉(zhuǎn)反射鏡14通過可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置在所述殼體5上腔室的上開口處；(3)所述的激光器10和攝像機11均安置在所述的殼體5的下腔室內(nèi)，攝像機11的成像鏡頭通過殼體5上腔室的下開口對準分光鏡12；(4)所述的激光擴束器6通過活動鉸鏈機構(gòu)設(shè)置在所述的殼體5上腔室的右開口前方，激光擴束器6通過光纖9連接激光器10。
參見圖3、圖4和圖5，上述的可控平移機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的平移反射鏡13粘貼在一塊帶有燕尾形榫頭的滑塊18上，滑塊18的燕尾形榫頭與一塊托塊17的燕尾形榫槽緊滑配，托塊17通過一個圓柱殼狀壓電陶瓷棒16與一個平移反射鏡固定罩15相連接，壓電陶瓷棒16兩端接通所述的電源控制箱1中的電壓調(diào)控電路，平移反射鏡固定罩15通過螺釘固定連接在所述殼體5上腔室的左開口處；平移反射鏡13為反射鏡或漫反射鏡表面鏡。
參見圖6、圖7和圖8，上述的可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的偏轉(zhuǎn)反射鏡14粘貼在一塊偏轉(zhuǎn)板23上，偏轉(zhuǎn)板23的一角通過球鉸20與一個偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩22鉸連，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩22上固定兩個伺服電機21，伺服電機21驅(qū)動兩根頂壓偏轉(zhuǎn)板23的調(diào)節(jié)螺栓19，偏轉(zhuǎn)板23另一面有彈簧支撐，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩22通過螺釘固定連接在所述的殼體5上腔室的上開口處。
參見圖2，上述的活動鉸鏈機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是在所述的殼體5上腔室的右開口處下緣通過一個活動鉸鏈8鉸連一根懸臂式管子7，懸臂式管子7的自由端固定連接所述的激光擴束器6，傳導(dǎo)激光的光纖9從激光器10引出而從懸臂式管子7的鉸鏈連接端導(dǎo)入懸臂式管子7而連接激光擴束器6。
在本實施例中，一種高分辨率實時無損檢測方法是采用上述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以剪切電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下1.安裝可控偏轉(zhuǎn)反射鏡機構(gòu)14，連接相應(yīng)的控制電纜；2.把懸臂7繞鉸接點8順時針旋轉(zhuǎn)約180度，使激光器10發(fā)射的激光經(jīng)耦合，由光纖9傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束7，照亮位于設(shè)備右側(cè)的被測物體；3.物面漫反射的光束經(jīng)半反半透鏡12，分別投射到反射鏡13和14上，再反射后通過圖像采集系統(tǒng)接收；4.調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)11，在顯示器上能夠觀察到清晰的被測物體經(jīng)反射鏡13和14形成的原始物像和錯位像；5.利用伺服電機調(diào)節(jié)反射鏡14的偏轉(zhuǎn)方向，可以觀察到錯位像繞原始物像移動；調(diào)節(jié)反射鏡14的偏轉(zhuǎn)量，可以觀察到錯位像與原始物像距離的變化；選擇適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度；6.通過氣壓的變化對物體加載。在加載的一個狀態(tài)(加載前)，采集一幅參考圖像，在另一個加載狀態(tài)(加載后)，自動控制反射鏡13發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；7.這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成多幅(3，4，5幅)電子散斑條紋圖像，采用圖12所示的曲線對圖像進行增強，利用前述的公式(3)式進行位相測量。再經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上。
如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大。在缺陷處產(chǎn)生的典型剪切電子散斑條紋形態(tài)見圖9所示。在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似條紋，即可判定這些位置處存在缺陷。
本實施例中，另一種高分辨率實時無損檢測方法，是采用上述的高分辨率實時檢測系統(tǒng)，以電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下1、拆除可控轉(zhuǎn)動反射鏡系統(tǒng)14以及相應(yīng)的控制電纜。
2.把懸臂7繞鉸接點8旋轉(zhuǎn)至圖示位置，激光器10發(fā)射的激光經(jīng)耦合由光纖9傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，使它照射到半反半透鏡12。一束光線經(jīng)半反半透鏡12反射后照亮位于設(shè)備上方的物體，物面漫反射的光束再經(jīng)半反半透鏡12透射后，投射到電視攝像機靶面上；另一束光線透過半反半透鏡12射到達反射鏡13，反射后再經(jīng)半反半透鏡反射到達攝像機11靶面。若發(fā)現(xiàn)經(jīng)反射鏡13的光強太大，可以在圖5所示中用漫反射表面替代反射鏡。
3.調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的代表物體輪廓的原始物像和來自反射鏡13的散斑場圖像。
4.通過氣壓的變化對物體加載。在加載的一個狀態(tài)(加載前)，采集一幅參考圖像，在另一個加載狀態(tài)(加載后)，自動控制反射鏡13發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像。
5.這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成多幅(3，4，5幅)電子散斑條紋圖像，采用圖12所示的曲線對圖像進行增強，利用前述的公式(3)式進行位相測量。在經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上。
如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大。在圓形缺陷處產(chǎn)生的典型電子散斑條紋形態(tài)見圖10所示。在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似條紋，即可判定這些位置處存在缺陷。利用這種方法進行檢測時，可以直觀地根據(jù)條紋的形狀判定缺陷的形狀。
權(quán)利要求
1.一種高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，包括檢測頭(3)及與其相聯(lián)接的計算機(2)，其特征在于所述的檢測頭(3)采用一個全動式剪切/干涉鏡攝像頭，所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭和計算機(2)均連接電源控制箱(1)；所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭具有如下功能一個反射鏡的偏轉(zhuǎn)角可調(diào)，從而控制剪切鏡的剪切量和剪切方向；另一個反射鏡可沿其法線方向平移，從而引入相移；所述的可偏轉(zhuǎn)的反射鏡可拆卸，使得剪切鏡與干涉鏡結(jié)在成一體。所述的電源控制箱(1)為系統(tǒng)提供電源，并根據(jù)計算機的控制信號控制所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭的兩個反射鏡的偏轉(zhuǎn)和平移；所述的計算機(2)對電源控制箱發(fā)送控制信號，并接收全動式剪切/干涉鏡攝像頭攝像的圖像，通過計算機(2)處理而獲得代表物體在變形前后的變形干涉條紋，實現(xiàn)無損檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭包括激光器(10)、攝像機(11)、激光擴束器(6)、分光鏡(12)和反射鏡，其特征在于(1)所述的分光鏡(12)以45°斜置于一個殼體(5)的上下左右四面開口的上腔室內(nèi)；(2)所述的反射鏡共有兩個一個平移反射鏡(13)通過可控平移機構(gòu)設(shè)置在所述殼體(5)上腔室左開右處，另一個偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)通過可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置在所述殼體(5)上腔室的上開口處；(3)所述的激光器(10)和攝像機(11)均安置在所述的殼體(5)的下腔室內(nèi)，攝像機(10)的鏡頭通過殼體(5)上腔室的下開口對準分光鏡(12)；(4)所述的激光擴束器(6)通過活動鉸鏈機構(gòu)設(shè)置在所述的殼體(5)上腔室的右開口前方，激光擴束器(6)通過光纖(9)連接激光器(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的可控平移機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的平移反射鏡(13)粘貼在一塊帶有燕尾形榫頭的滑塊(18)上，滑塊(18)的燕尾形榫頭與一塊托塊(17)的燕尾形榫槽緊滑配，托塊(17)通過一個圓柱殼狀壓電陶瓷棒(16)與一個平移反射鏡固定罩(15)相連接，壓電陶瓷棒(16)兩端接通所述的電源控制箱(1)中的電壓調(diào)控電路，平移反射鏡固定罩(15)通過螺釘固定連接在所述殼體(5)上腔室的左開口處；平移反射鏡(13)為反射鏡或漫反射鏡表面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)粘貼在一塊偏轉(zhuǎn)板(23)上，偏轉(zhuǎn)板(23)的一角通過球鉸(20)與一個偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩(22)鉸連，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩(22)上固定兩個伺服電機(21)，伺服電機(21)驅(qū)動兩根頂壓偏轉(zhuǎn)板(23)的調(diào)節(jié)螺栓(19)，偏轉(zhuǎn)板(23)另一面有彈簧支撐，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩(22)通過螺釘固定連接在所述的殼體(5)上腔室的上開口處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的活動鉸鏈機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是在所述的殼體(5)上腔室的右開口處下緣通過一個活動鉸鏈(8)鉸連一根懸臂式管子(7)，懸臂式管子(7)的自由端固定連接所述的激光擴束器(6)，傳導(dǎo)激光的光纖(9)從激光器(10)引出而從懸臂式管子(7)的鉸鏈連接端導(dǎo)入懸臂式管子(7)而連接激光擴束器(6)。
6.一種高分辨率實時無損檢測方法，采用權(quán)利要求1所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以剪切電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下(1)安裝可控偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)，連接相應(yīng)的控制電纜；(2)把懸臂(7)繞鉸接點(8)順時針旋轉(zhuǎn)約180度，使激光器(10)發(fā)射的激光經(jīng)耦合，由光纖(9)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，照亮位于設(shè)備右側(cè)的被測物體；(3)物面漫反射的光束經(jīng)半反半透鏡(12)，分別投射到反射鏡(13)和(14)上，再反射后通過圖像采集系統(tǒng)接收；(4)調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的被測物體經(jīng)反射鏡(13)和(14)形成的原始物像和錯位像；(5)利用伺服電機(21)調(diào)節(jié)反射鏡(14)的偏轉(zhuǎn)方向，可以觀察到錯位像繞原始物像移動；調(diào)節(jié)反射鏡(14)的偏轉(zhuǎn)量，可以觀察到錯位像與原始物像距離的變化；選擇適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度；(6)通過氣壓的變化對物體加載，在加載的加載前一個狀態(tài)，采集一幅參考圖像，在另一個加載的加載后狀態(tài)，自動控制反射鏡(13)發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；(7)這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成3～5幅電子散斑條紋圖像，采用圖像增強變換曲線對圖像進行增強，利用與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息公式進行位相測量；再經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上；如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似缺陷處典型電子散斑條紋，即可判定這些位置處存在缺陷。
7.一種高分辨率實時無損檢測方法，采用權(quán)利要求1所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下(1)拆除可控偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)以及相應(yīng)的控制電纜；(2)把懸臂(7)繞鉸接點(8)旋轉(zhuǎn)至對著分光鏡(12)位置，激光器(10)發(fā)射的激光經(jīng)耦合由光纖(9)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，使它照射到半反半透鏡(12)。一束光線經(jīng)半反半透鏡(12)反射后照亮位于設(shè)備上方的物體，物面漫反射的光束再經(jīng)半反半透鏡(12)透射后，投射到電視攝像機(11)靶面上；另一束光線透過半反半透鏡(12)射到達反射鏡(13)，反射后再經(jīng)半反半透鏡(12)反射到達攝像機(11)靶面。若發(fā)現(xiàn)經(jīng)反射鏡(13)的光強太大，可以用漫反射表面替代反射鏡(13)；(3)調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的代表物體輪廓的原始物像和來自反射鏡(13)的散斑場圖像；(4)通過氣壓的變化對物體加載；在加載前的加載的一個狀態(tài)，采集一幅參考圖像，在另一個加載后的加載狀態(tài)，自動控制反射鏡(13)發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；(5)這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成3～5幅電子散斑條紋圖像，采用圖像增強變換曲線對圖像進行增強，利用與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息公式進行位相測量；在經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上；如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似圓形缺陷處產(chǎn)生的典型電子散斑條紋，即可判定這些位置處存在缺陷；利用這種方法進行檢測時，可以直觀地根據(jù)條紋的形狀判定缺陷的形狀。
8.一種高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，包括檢測頭(3)及與其相聯(lián)接的計算機(2)，其特征在于所述的檢測頭(3)采用一個全動式剪切/干涉鏡攝像頭，所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭和計算機(2)均聯(lián)接電源控制箱(1)；所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭具有如下功能一個反射鏡的偏轉(zhuǎn)角可調(diào)，從而控制剪切鏡的剪切量和剪切方向；另一個反射鏡可沿其法線方向平移，從而引入相移；所述的可偏轉(zhuǎn)的反射鏡可拆卸，使得剪切鏡與干涉鏡結(jié)在成一體。所述的電源控制箱(1)為系統(tǒng)提供電源，并根據(jù)計算機的控制信號控制所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭的兩個反射鏡的偏轉(zhuǎn)和平移；所述的計算機(2)對電源控制箱發(fā)送控制信號，并接收全動式剪切/干涉鏡攝像頭攝像的圖像，通過計算機(2)處理而獲得代表物體在變形前后的變形干涉條紋，實現(xiàn)無損檢測。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的全動式剪切/干涉鏡攝像頭包括激光器(10)、攝像機(11)、激光擴束器(6)、分光鏡(12)和反射鏡，其特征在于(1)所述的分光鏡(12)以45°斜置于一個殼體(5)的上下左右四面開口的上腔室內(nèi)；(2)所述的反射鏡共有兩個一個平移反射鏡(13)通過可控平移機構(gòu)設(shè)置在所述殼體(5)上腔室左開口處，另一個偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)通過可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)置在所述殼體(5)上腔室的上開口處；(3)所述的激光器(10)和攝像機(11)均安置在所述的殼體(5)的下腔室內(nèi)，攝像機(10)的鏡大通過殼體(5)上腔室的下開口對準分光鏡(12)；(4)所述的激光擴束器(6)通過活動鉸鏈機構(gòu)設(shè)置在所述的殼體(5)上腔室的右開口前方，激光擴束器(6)通過光纖(9)連接激光器(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的可控平移機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的平移反射鏡(13)粘貼在一塊帶有燕尾形榫頭的滑塊(18)上，滑塊(18)的燕尾形榫頭與一塊托塊(17)的燕尾形榫槽緊滑配，托塊(17)通過一個圓柱殼狀壓電陶瓷棒(16)與一個平移反射鏡固定罩(15)相連接，壓電陶瓷棒(16)兩端接通所述的電源控制箱(1)中的電壓調(diào)控電路，平移反射鏡固定罩(15)通過螺釘固定連接在所述殼體(5)上腔室的左開口處；平移反射鏡(13)為反射鏡或漫反射鏡表面鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的可控偏轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是所述的偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)粘貼在一塊偏轉(zhuǎn)板(23)上，偏轉(zhuǎn)板(23)的一角通過球鉸(20)與一個偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩(22)鉸連，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩(22)上固定兩個伺服電機(21)，伺服電機(21)驅(qū)動兩根頂壓偏轉(zhuǎn)板(23)的調(diào)節(jié)螺栓(19)，偏轉(zhuǎn)板(23)另一面有彈簧支撐，偏轉(zhuǎn)反射鏡固定罩(22)通過螺釘固定連接在所述的殼體(5)上腔室的上開口處。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的活動鉸鏈機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是在所述的殼體(5)上腔室的右開口處下緣通過一個活動鉸鏈(8)鉸連一根懸臂式管子(7)，懸臂式管子(7)的自由端固定連接所述的激光擴束器(6)，傳導(dǎo)激光的光纖(9)從激光器(10)引出而從懸臂式管子(7)的鉸鏈連接端導(dǎo)入懸臂式管子(7)而連接激光擴束器(6)。
13.一種高分辨率實時無損檢測方法，采用權(quán)利要求1所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以剪切電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下(1)安裝可控偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)，連接相應(yīng)的控制電纜；(2)把懸臂(7)繞鉸接點(8)順時針旋轉(zhuǎn)約180度，使激光器(10)發(fā)射的激光經(jīng)耦合，由光纖(9)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，照亮位于設(shè)備右側(cè)的被測物體；(3)物面漫反射的光束經(jīng)半反半透鏡(12)，分別投射到反射鏡(13)和(14)上，再反射后通過圖像采集系統(tǒng)接收；(4)調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的被測物體經(jīng)反射鏡(13)和(14)形成的原始物像和錯位像；(5)利用伺服電機(21)調(diào)節(jié)反射鏡(14)的偏轉(zhuǎn)方向，可以觀察到錯位像繞原始物像移動；調(diào)節(jié)反射鏡(14)的偏轉(zhuǎn)量，可以觀察到錯位像與原始物像距離的變化；選擇適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度；(6)通過氣壓的變化對物體加載，在加載的加載前一個狀態(tài)，采集一幅參考圖像，在另一個加載的加載后狀態(tài)，自動控制反射鏡(13)發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；(7)這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成3～5幅電子散斑條紋圖像，采用圖像增強變換曲線對圖像進行增強，利用與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息公式進行位相測量；再經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上；如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似缺陷處典型電子散斑條紋，即可判定這些位置處存在缺陷。
14.一種高分辨率實時無損檢測方法，采用權(quán)利要求1所述的高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)，以電子散斑模式進行檢測，具體操作步驟如下(1)拆除可控偏轉(zhuǎn)反射鏡(14)以及相應(yīng)的控制電纜；(2)把懸臂(7)繞鉸接點(8)旋轉(zhuǎn)至對著分光鏡(12)位置，激光器(10)發(fā)射的激光經(jīng)耦合由光纖(9)傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)光纖傳導(dǎo)的激光束，使它照射到半反半透鏡(12)。一束光線經(jīng)半反半透鏡(12)反射后照亮位于設(shè)備上方的物體，物面漫反射的光束再經(jīng)半反半透鏡(12)透射后，投射到電視攝像機(11)靶面上；另一束光線透過半反半透鏡(12)射到達反射鏡(13)，反射后再經(jīng)半反半透鏡(12)反射到達攝像機(11)靶面。若發(fā)現(xiàn)經(jīng)反射鏡(13)的光強太大，可以用漫反射表面替代反射鏡(13)；(3)調(diào)節(jié)光學(xué)攝像系統(tǒng)，在顯示器上能夠觀察到清晰的代表物體輪廓的原始物像和來自反射鏡(13)的散斑場圖像；(4)通過氣壓的變化對物體加載；在加載前的加載的一個狀態(tài)，采集一幅參考圖像，在另一個加載后的加載狀態(tài)，自動控制反射鏡(13)發(fā)生已知的微小移動并采集對應(yīng)的圖像；(5)這些圖像實時與參考圖像比較，采用減法模式，形成3～5幅電子散斑條紋圖像，采用圖像增強變換曲線對圖像進行增強，利用與物體變形相關(guān)聯(lián)的位相信息公式進行位相測量；在經(jīng)過位相展開和偽彩色處理，把檢測結(jié)果實時顯示在計算機屏幕上；如果物體表面或內(nèi)部存在缺陷，這個區(qū)域的強度就會被削弱，考慮到應(yīng)力集中的情況，相應(yīng)的局部變形將會增大；在檢測中，如果發(fā)現(xiàn)類似圓形缺陷處產(chǎn)生的典型電子散斑條紋，即可判定這些位置處存在缺陷；利用這種方法進行檢測時，可以直觀地根據(jù)條紋的形狀判定缺陷的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高分辨率實時無損檢測系統(tǒng)和方法。本發(fā)明提供的無損檢測系統(tǒng)包括檢測頭人與其相聯(lián)接的計算機，檢測頭采用全動式剪切/干涉鏡攝像頭，該攝像頭與計算機均聯(lián)接一個電源控制箱。分動式剪切/干涉鏡攝像頭有一個可控平行的反射鏡和一個可拆卸可控偏轉(zhuǎn)的反射鏡，反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度可調(diào)，偏移方向可調(diào)，從而可控制剪切鏡的剪切量和剪切方向，達到調(diào)節(jié)測量靈敏度和靈敏度方向的目的；反射鏡可沿其法線方向平移，從而可控制移動量引入相移，實現(xiàn)圖像的自動分析。采用本檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)多種測量模式的無損檢測，實現(xiàn)高分辨率實時檢測。
文檔編號G01B11/00GK1844843SQ20061002621
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者張東升 申請人:上海大學(xué)