CN109374646A - 一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法 - Google Patents

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史志光
王梦飞
梁岗
郑苏
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Abstract

本发明公开了一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法，利用激光全息照相来检测梁裂纹。梁结构在外界施加载荷的情况下会产生微小的变形，通过两次曝光法将在一张全息片上进行两次曝光，记录梁在未施加外载荷和施加外载荷作用下的表面光波，通过全息片上的干涉条纹的形状和分布判断梁是否有裂纹。通过控制装置和旋转执行机构改变光路的覆盖范围，即可对完整梁进行无损检测。改变梁的结构及其夹紧方式，可对多种不同形状的梁结构进行裂纹检测。本发明易操作，扩展了梁裂纹的检测方法，具有一定的实用性和价值。

Description

一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法
技术领域：
本发明涉及梁裂纹的检测领域，尤其涉及一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法。
背景技术：
梁结构是我们生活中常见的结构，受工作环境的影响，梁结构容易会产生裂纹，局部容易发生损伤。如果损伤未能得到及时的发现和处理，任由其扩展到足以影响结构整体承载能力的程度，结构就面临着失效的危险，进而影响结构的可靠性和安全性。因此，确定梁裂纹的存在，分析裂纹的位置及相对深度具有十分重要的意义。
目前，裂纹梁的损伤检测所采用的方法主要有解析法和数值法。数值解法具有一定的误差，且建模计算过程较为繁琐，并且对于对称裂纹结构，数值解法并不能准确地识别裂纹，可能会发生识别错误，需结合其他的方法才能准确识别裂纹的位置；解析法能够得到精确的解答，但其只适应于简单的规则梁结构，对于稍微复杂的组合结构，解析法解决起来复杂繁琐，甚至难以解答。
现代光学技术的发展日新月异，给人类的生活带来了许多的便利。尤其是激光全息检测技术的发展和应用，给工业领域的损伤检测带来了生机与活力，成为无损检测工程学的重要组成部分。激光全息检测是一种全息干涉计量技术，它是激光全息照相和干涉计量技术的综合，依据物体的缺陷在外力的作用下，使它所对应的物体表面产生与其周围不同的微量位移差，然后用激光全息照相的方法进行比较，从而对物体的缺陷进行检测。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法，以克服解析法和数值法检测的不足之处。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法，利用激光全息照相来检测梁裂纹。梁结构在外界施加载荷的情况下会产生微小的变形，通过两次曝光法将在一张全息片上进行两次曝光，记录梁在未施加外载荷和施加外载荷作用下的表面光波，通过全息片上的干涉条纹的形状和分布判断梁是否有裂纹。通过控制装置和旋转执行机构改变光路的覆盖范围，即可对完整梁进行无损检测。改变梁的结构及其夹紧方式，可对多种不同形状的梁结构进行裂纹检测。本发明易操作，扩展了梁裂纹的检测方法，具有一定的实用性和价值。
一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法，使用裂纹梁无损检测装置，所述检测装置包括激光器、曝光定时器、平面反射镜Ⅰ、平面反射镜Ⅱ、平面反射镜Ⅲ、分束器、扩束镜Ⅰ、扩束镜Ⅱ、全息干板、光学传感器、控制装置Ⅰ、控制装置Ⅱ、旋转执行机构Ⅰ、旋转执行机构Ⅱ、加载装置、固定夹紧装置。所述的全息干板装在暗室处；所述光学传感器检测装置放在要检测的梁面上，传感器与控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ相电性连接；所述加载装置放置在梁的末端，给梁结构施加一个稳态的集中力作用，要检测的梁安装在带有夹紧装置的固定台上。所述控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ，用来接受来自光学传感器发出的信号，从而发送命令给旋转执行机构Ⅱ和旋转执行机构Ⅰ。旋转执行机构Ⅰ和旋转执行机构Ⅱ分别用来和扩束镜Ⅱ和扩束镜Ⅰ相连接，用来接受并执行控制装置Ⅱ和控制装置Ⅰ发出的命令，从而带动扩束镜Ⅱ和扩束镜Ⅰ旋转。
优选地，所述激光器采用He-Ne激光器，可在可见光和红外光区域里连续输出多种波长的激光。
优选地，加载装置的加载方法采用机械加载，易实现，且在高温和腐蚀条件下也可以进行。
优选地，所述全息干板采用卤化银全息干板。
本发明基于激光全息技术的裂纹梁检测方法包括以下步骤：
步骤一：未加载荷下进行第一次曝光
步骤11：调整光路，使加载装置处于不工作状态，即梁未受载荷作用；
步骤12：从激光器发出的激光经过平面反射镜Ⅰ反射到分束器，分束器将光分成两束，一束经过平面反射镜Ⅱ，平面反射镜Ⅱ将光束反射到扩束镜Ⅰ，光束经过扩束镜Ⅰ的扩大，照射到被测物体梁结构表面上，经漫反射作用照射到全息干板上；
步骤13：另一束光经过平面反射镜Ⅲ的反射，进入到扩束镜Ⅱ，光束经扩束镜Ⅱ的扩大，照射到全息干板上，这束光为参考光速，与另一束经过漫反射的光在全息干板进行叠加；将此过程进行曝光一次，曝光时间为1.5s
步骤二：施加载荷下进行第二次曝光
步骤21：加载机构在梁末端施加一个稳定的集中力，稳定三分钟，进行第二次曝光，曝光时间为1.5s；
步骤22：取下全息干板进行冲洗，冲洗过程包括显影、水洗、定影、水洗；
步骤23：将处理好的全息图放在原光路上，挡住物光，透过全息图看干涉条纹，若梁结构无缺陷，则干涉条纹均匀有规则，若梁结构有缺陷，则干涉条纹异常，条纹凸出的地方就是有缺陷的地方；
步骤三：对未检测到的梁进行裂纹检测
步骤31：给控制装置Ⅰ输入一个命令，旋转执行机构Ⅱ接受到了命令，并选择了一个角度，于是扩束镜Ⅰ的光束覆盖的范围变化了；
步骤32：光学传感器接受到了光束范围，并与上次范围做比较，将结果同时发送给控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ；
步骤33：控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ分别通过发送命令给旋转执行机构Ⅱ和旋转执行机构Ⅰ进行修正，直至光束覆盖到未检测到的范围为止；
步骤34：重复步骤一和二，即可覆盖整梁，实现整梁的无损检测。
本发明的积极效果如下：
本发明使用的，无需对梁结构进行预处理，是一种无损检测方法和装置。减少了复杂的理论计算和建模过程，能够对多种不同形状的梁结构进行检测，具有通用性，操作简单易行。
附图说明：
图1 本发明的裂纹梁检测装置示意图
图中：1、He-Ne激光器；2、曝光定时器；3、平面反射镜Ⅰ；4、分束器；5、平面反射镜Ⅱ；6、控制装置Ⅰ；7、光学传感器；8、固定夹紧台；9、梁结构；10、扩束镜Ⅰ；11、全息干板；12、扩束镜Ⅱ；13、平面反射镜Ⅲ；14、控制装置Ⅱ；15、加载装置；16、旋转执行机构Ⅰ；17、旋转执行机构Ⅱ。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1过程：
如图1所示，调整光路，使加载装置15处于不工作状态，即梁9未受载荷作用。从激光器1发出的激光经过平面反射镜Ⅰ3反射到分束器4，分束器4将光分成两束，一束经过平面反射镜Ⅱ5，平面反射镜Ⅱ5将光束反射到扩束镜Ⅰ10，光束经过扩束镜Ⅰ10的扩大，照射到被测物体梁结构9表面上，经漫反射作用照射到全息干板11上；另一束光经过平面反射镜Ⅲ13的反射，进入到扩束镜Ⅱ12，光束经扩束镜Ⅱ12的扩大，照射到全息干板11上，这束光为参考光速，与另一束经过漫反射的光在全息干板11进行叠加。
将此过程进行曝光一次，曝光时间为1.5s，然后加载机构15在梁末端施加一个稳定的集中力，稳定三分钟，进行第二次曝光，曝光时间为1.5s，然后取下全息干板11进行冲洗，冲洗过程包括显影、水洗、定影、水洗。
将处理好的全息图放在原光路上，挡住物光，透过全息图看干涉条纹，若梁结构9无缺陷，则干涉条纹均匀有规则，若梁结构有缺陷，则干涉条纹异常，条纹凸出的地方就是有缺陷的地方。
由于扩束镜Ⅰ10和扩束镜Ⅱ12将光覆盖的范围不足以覆盖整个梁结构9面上，给控制装置Ⅰ6输入一个命令，旋转执行机构Ⅱ17接受到了命令，并选择了一个角度，于是扩束镜Ⅰ10的光束覆盖的范围变化了，光学传感器7接受到了光束范围，并与上次范围做比较，将结果同时发送给控制装置Ⅰ6和控制装置Ⅱ14，控制装置Ⅰ6和控制装置Ⅱ14分别通过发送命令给旋转执行机构Ⅱ17和旋转执行机构Ⅰ16进行修正，直至光束覆盖到未检测到的范围为止。重复上述过程，即可覆盖整梁，实现整梁的无损检测。
综上所述，本发明的可以对整根梁裂纹进行无损检测，而且能够对多种不同形状的梁结构进行检测，具有通用性，操作简单易行。
以上具体所述的实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述的仅为实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法，使用裂纹梁无损检测装置，所述检测装置包括激光器、曝光定时器、平面反射镜Ⅰ、平面反射镜Ⅱ、平面反射镜Ⅲ、分束器、扩束镜Ⅰ、扩束镜Ⅱ、全息干板、光学传感器、控制装置Ⅰ、控制装置Ⅱ、旋转执行机构Ⅰ、旋转执行机构Ⅱ、加载装置、固定夹紧装置；所述的全息干板装在暗室处；所述光学传感器检测装置放在要检测的梁面上，传感器与控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ相电性连接；所述加载装置放置在梁的末端，给梁结构施加一个稳态的集中力作用，要检测的梁安装在带有夹紧装置的固定台上；所述控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ，用来接受来自光学传感器发出的信号，从而发送命令给旋转执行机构Ⅱ和旋转执行机构Ⅰ；旋转执行机构Ⅰ和旋转执行机构Ⅱ分别用来和扩束镜Ⅱ和扩束镜Ⅰ相连接，用来接受并执行控制装置Ⅱ和控制装置Ⅰ发出的命令，从而带动扩束镜Ⅱ和扩束镜Ⅰ旋转；其特征在于，所述基于激光全息技术的裂纹梁检测方法包括以下步骤：
步骤一：未加载荷下进行第一次曝光
步骤11：调整光路，使加载装置处于不工作状态，即梁未受载荷作用；
步骤12：从激光器发出的激光经过平面反射镜Ⅰ反射到分束器，分束器将光分成两束，一束经过平面反射镜Ⅱ，平面反射镜Ⅱ将光束反射到扩束镜Ⅰ，光束经过扩束镜Ⅰ的扩大，照射到被测物体梁结构表面上，经漫反射作用照射到全息干板上；
步骤13：另一束光经过平面反射镜Ⅲ的反射，进入到扩束镜Ⅱ，光束经扩束镜Ⅱ的扩大，照射到全息干板上，这束光为参考光速，与另一束经过漫反射的光在全息干板进行叠加；将此过程进行曝光一次，曝光时间为1.5s；
步骤二：施加载荷下进行第二次曝光
步骤21：加载机构在梁末端施加一个稳定的集中力，稳定三分钟，进行第二次曝光，曝光时间为1.5s；
步骤22：取下全息干板进行冲洗，冲洗过程包括显影、水洗、定影、水洗；
步骤23：将处理好的全息图放在原光路上，挡住物光，透过全息图看干涉条纹，若梁结构无缺陷，则干涉条纹均匀有规则，若梁结构有缺陷，则干涉条纹异常，条纹凸出的地方就是有缺陷的地方；
步骤三：对未检测到的梁进行裂纹检测
步骤31：给控制装置Ⅰ输入一个命令，旋转执行机构Ⅱ接受到了命令，并选择了一个角度，于是扩束镜Ⅰ的光束覆盖的范围变化了；
步骤32：光学传感器接受到了光束范围，并与上次范围做比较，将结果同时发送给控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ；
步骤33：控制装置Ⅰ和控制装置Ⅱ分别通过发送命令给旋转执行机构Ⅱ和旋转执行机构Ⅰ进行修正，直至光束覆盖到未检测到的范围为止；
步骤34：重复步骤一和二，即可覆盖整梁，实现完整梁的无损检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光全息技术的裂纹梁检测方法，其特征在于，所述激光器采用He-Ne激光器；所述加载装置的加载方法采用机械加载；所述全息干板采用卤化银全息干板。
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