本發(fā)明涉及一種激光剪切散斑干涉測量裝置及其使用方法，屬于激光散斑干涉測量。

背景技術(shù)：

1、航空復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和物理性能，廣泛應(yīng)用于各類航空器。在制造、使用過程中檢測識別復(fù)合材料內(nèi)部缺陷可改進(jìn)提升制造工藝、產(chǎn)品質(zhì)量及使用安全性。復(fù)合材料內(nèi)部缺陷主要包括層板分層、脫膠、裂紋、氣泡、夾雜、侵蝕、不恰當(dāng)固化、芯材變形、基體開裂等缺陷以及沖擊損傷等，用于復(fù)合材料內(nèi)部缺陷檢測技術(shù)主要包括超聲、微波、射線、光學(xué)等檢測技術(shù)。

2、激光剪切散斑干涉技術(shù)作為一種光學(xué)檢測技術(shù)，其基本原理是在熱、真空、力等加載條件下，通過記錄對比加載前后復(fù)合材料激光散斑信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析獲得缺陷誘導(dǎo)產(chǎn)生的局部異常形變，從而識別判定復(fù)合材料內(nèi)部缺陷。由于激光剪切散斑干涉技術(shù)采用自參考光路，其測量結(jié)果是位移的一階導(dǎo)數(shù)，因此對物體的剛體運(yùn)動不敏感，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，已用于各類航空復(fù)合材料內(nèi)部缺陷檢測試驗。

3、激光剪切散斑干涉系統(tǒng)根據(jù)測量時效性，可分為時間相移激光剪切散斑干涉系統(tǒng)和空間載波激光剪切散斑干涉系統(tǒng)。其中時間相移激光剪切散斑干涉系統(tǒng)是利用pzt等相移裝置，根據(jù)采集時間的先后順序分步獲得材料位移前后多幀的剪切散斑干涉圖，通過時間相移法提取相位，是一種靜態(tài)和準(zhǔn)動態(tài)測量，測量動態(tài)范圍較大?，F(xiàn)有的時間相移激光剪切散斑干涉測量系統(tǒng)中，主要采用傍軸照明探測、時間相移和固定剪切量等方式開展材料內(nèi)部的缺陷檢測，少數(shù)采用同軸照明探測的技術(shù)方案采用分光棱鏡的方式調(diào)整激光照明路徑。復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無損檢測時主要采用熱、真空、力等激勵方式，一方面內(nèi)部較深、較小尺寸的缺陷在外部激勵下產(chǎn)生的形變較小，一方面存在雜散光、環(huán)境干擾等影響缺陷檢出能力，現(xiàn)有技術(shù)中的激光剪切散斑干涉系統(tǒng)在檢測復(fù)合材料內(nèi)部缺陷時還存在檢出能力不足的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種復(fù)合材料內(nèi)部缺陷檢出能力高的激光剪切散斑干涉測量裝置。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種激光剪切散斑干涉測量裝置，包括照明成像模塊、剪切干涉探測模塊和控制采集處理模塊；所述照明成像模塊包括激光器、擴(kuò)束器、照明探測合束器和成像組件；所述照明探測合束器由通光區(qū)域和反射區(qū)域構(gòu)成，所述通光區(qū)域的半徑不小于成像組件像面外接圓的半徑；所述照明探測合束器安裝在成像組件的像面位置；所述激光器發(fā)射的照明光束經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束后被照明探測合束器的反射區(qū)域反射，再經(jīng)過成像組件照射到待測件上；照明光束被待測件反射后形成探測光束，探測光束經(jīng)成像組件成像后通過照明探測合束器的通光區(qū)域進(jìn)入剪切干涉探測模塊。

4、優(yōu)選的，所述照明探測合束器的所述反射區(qū)域鍍制反射膜。

5、優(yōu)選的，所述照明探測合束器的所述通光區(qū)域為圓形通孔或者圓形透光孔或者在圓形區(qū)域鍍制增透膜。

6、優(yōu)選的，所述激光器發(fā)射的照明光束經(jīng)擴(kuò)束器擴(kuò)束后，照射在照明探測合束器上的光束半徑不大于成像組件像面的外接圓的半徑。

7、優(yōu)選的，所述剪切干涉探測模塊的剪切量能夠電動調(diào)節(jié)。

8、優(yōu)選的，所述剪切干涉探測模塊包括第一透鏡組、第二透鏡組、第一反射鏡、相移器、第二反射鏡、剪切量電動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、分光棱鏡和探測器；探測光束經(jīng)過第一透鏡組之后被分光棱鏡分為透射光與反射光，分別照射到第一反射鏡和第二反射鏡上；第一透鏡組與第二透鏡組組成4f系統(tǒng)，第一透鏡組前焦面與成像組件像面重合；第二透鏡組的后焦面與探測器像面重合；第一反射鏡安裝在相移器上，實現(xiàn)時間相移功能；第二反射鏡安裝在剪切量電動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，實現(xiàn)剪切量電動調(diào)節(jié)功能。

9、優(yōu)選的，所述控制采集處理模塊包括同步觸發(fā)器和計算機(jī)，所述同步觸發(fā)器連接相移器和探測器，實現(xiàn)二者的同步控制觸發(fā)；并連接計算機(jī)，接收相關(guān)觸發(fā)命令；所述計算機(jī)控制激光器、剪切量電動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、同步觸發(fā)器，并連接探測器，實現(xiàn)激光器控制、剪切量調(diào)節(jié)、圖像數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理及顯示功能。

10、優(yōu)選的，所述激光剪切散斑干涉測量裝置包括激勵工具，所述激勵工具用于在檢測中對待測件施加激勵。

11、基于本發(fā)明所提供的激光剪切散斑干涉測量裝置，本發(fā)明還提供一種缺陷檢測方法。

12、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

13、一種基于本發(fā)明所提供的激光剪切散斑干涉測量裝置的缺陷檢測方法，包括以下步驟：

14、步驟1：調(diào)節(jié)激光剪切散斑干涉測量系統(tǒng)與待測件的相對位置，確保待測件在系統(tǒng)探測視場內(nèi)成像；調(diào)節(jié)照明探測合束器的角度，使激光照明區(qū)域與探測區(qū)域基本重合，同時探測光束經(jīng)通光區(qū)域無遮擋；

15、步驟2：在激勵源的加載下完成待測件的圖像采集、存儲、相位提取和相位差計算；

16、步驟3：根據(jù)計算得到的相位差檢測識別待測件的內(nèi)部缺陷。

17、優(yōu)選的，所述步驟2具體為：

18、步驟2.1：根據(jù)待測件內(nèi)部缺陷檢出尺寸要求d，將剪切量s的控制調(diào)節(jié)檔位設(shè)為k檔，其中每一檔的剪切量為sk，sk＝k×d/k，k＝1、2、…、k；

19、步驟2.2：設(shè)置當(dāng)前剪切量為sk，打開激勵源對待測件進(jìn)行加載；

20、步驟2.3：控制相移器、探測器實現(xiàn)m組的時間相移和圖像采集；

21、步驟2.4：關(guān)閉激勵源，完成當(dāng)前剪切量下的系列圖像存儲與相位提??；

22、步驟2.5：重復(fù)步驟2.2至步驟2.4，直到完成所有檔位剪切量設(shè)置下待測件的圖像采集、存儲、相位提??；

23、步驟2.6：將每次加載下的系列相位提取結(jié)果φk,m分別相減得到系列相位差δφk,m，δφk,m＝φk,m+1-φk,m，m＝1、2、…、m-1；

24、所述步驟3具體為識別δφk,m中的異常信號，從而實現(xiàn)待測件內(nèi)部缺陷的檢測識別。

25、優(yōu)選的，所述步驟3采用噪聲濾波算法進(jìn)行散斑噪聲處理，并采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法識別δφk,m中的異常信號。

26、優(yōu)選的，步驟2.2至步驟2.5中每一檔剪切量sk的設(shè)置都為電動設(shè)置。

27、優(yōu)選的，步驟2.3具體為使用計算機(jī)設(shè)置并控制同步觸發(fā)器的工作時序，由同步觸發(fā)器控制相移器和探測器，實現(xiàn)m組的時間相移和圖像采集，其中每組內(nèi)包括n次時間相移與圖像采集，次數(shù)n由時間相移算法確定。

28、本發(fā)明的有益效果是：

29、本發(fā)明提供的激光剪切散斑干涉測量裝置針對復(fù)合材料表面反射率較低，使用照明探測準(zhǔn)共路的方式提高了光能利用率，同時降低了光學(xué)元件殘余反射對檢測的影響；針對復(fù)合材料內(nèi)部較深的缺陷在外部激勵下導(dǎo)致的形變較小、變化較快，采用準(zhǔn)共路的方式提高了形變導(dǎo)致的相位變化檢測靈敏度；通過采用同步觸發(fā)方式實現(xiàn)相移器與探測器協(xié)同工作，提高時間相移的采集效率，進(jìn)而降低環(huán)境干擾對檢測精度的影響。

30、本發(fā)明提供的基于本發(fā)明測量裝置的缺陷檢測方法，因準(zhǔn)共路方式，提高了目標(biāo)區(qū)域照明探測的一致性、光能利用效率和檢測靈敏度，能夠有效提高內(nèi)部缺陷的檢出能力；另外，通過設(shè)置剪切量調(diào)節(jié)方式、結(jié)合多次激勵和識別方法，提高了較深的內(nèi)部缺陷檢出能力，同時也降低了淺層的內(nèi)部缺陷較大形變對缺陷識別定位的影響。