本发明专利技术涉及一种利用数字剪切散斑干涉进行无损检测的方法及其装置，其特征在于将激光束扩束后照射在待测样品的表面上，以线阵ＣＣＤ扫描得到两束散射光形成的待测样品表面的两个错开的散斑像Ｈ１，对待测样品抽真空另一幅图像Ｈ２，对抽真空前后的两幅图像Ｈ１和Ｈ２进行相关运算，得到图像Ｈ３；对图像Ｈ３采用均值滤波法或中值滤波法进行滤波，当图像Ｈ４中出现蝴蝶斑形状的干涉条纹时证明待测样品出现损伤，否则证明待测样品无损。利用线阵ＣＣＤ推扫方法，可以根据待测样品表面设计相应的微位移平台的移动轨道，沿所述移动轨道推扫得到的散斑图消除了散斑像的离焦现象，从而有效提高了缺陷检测的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用数字剪切散斑干涉进行无损检测的方法及其装置，属于光学无损检测
技术介绍
数字剪切散斑干涉技术是一种基于激光的全场，非接触表面变形(位移或应变) 的测量技术。把一个具有微小楔角的剪切镜置于成像透镜的前面，使得物体表面的一点在 像面上产生一对具有很小错位的两个像，由于物体表面被激光照明，使得由于错位产生的 两幅剪切图像相互干涉而形成了一个包含随机干涉图样的剪切散斑场。错位像在像平面上 互相干涉，形成散斑干涉图像并由CCD经图像采集卡采集到计算机中，对变形前后两幅散斑图像做相减或相关运算即可以在计算机上实时显示物体变形信息的散斑条纹。 数字剪切散斑干涉技术具有实时、全场、非接触、无损、机构简单、无需防震装置等优点。由于检测结果不受待测样品刚体运动影响，检测仪无需防震装置，为应用于生产检测线提供了技术基础。同时，计算机图像处理及分析系统使样品中的缺陷可实时监测与测量，快捷方便。对测量样品的高精度以及对测量环境的较低要求成为数字剪切散斑干涉技术成熟应用于轮胎、复合材料和金属领域的基础，其可以检测轮胎内部微小气泡和胎体脱层等典型缺陷，并可确定缺陷的断面位置。 目前，基于数字剪切散斑原理的无损检测方法及装置所采用的图像采集装置均为 面阵CCD或面阵CMOS，例如，广州华工百川自控科技有限公司公开号为CN1632543A的发 明专利，韩国轮胎株式会社公开号为CN1916563A的专利技术专利，Y. Y. H皿g等人于2005年在 Materials Science and Engineering上发表的"Shearography :An opticalmeasurement technique and applications"中利用散斑干涉术测量物体变形及离面位移。另外，德国 Steinbichler公司生产的激光数字剪切散斑轮胎无损检测仪，可对整条轮胎进行检测，一 个扫描周期可在2min内完成，缺陷分辨率为lmm，检测轮胎最大外直径为1600mm，最大断面 宽度为600mm。但该检测仪检测系统的感光器件也是由若干个面阵CCD组成。 作为散斑图记录介质的面阵CCD或CMOS面积一般较小，其像素总数有限。若利用 成像器件对较大视场成像，面阵CCD所采集的剪切散斑像的分辨率会降低，进而降低了材 料缺陷的检测灵敏度。因此基于面阵CCD的无损检测，无法同时达到大视场面积和高灵敏 度的要求。另外，若待测材料表面起伏较大，超过成像系统的景深限制，而面阵CCD为一准 平面，成像在面阵CCD表面的像有一部分会产生离焦现象。由于受图像记录介质的影响，数 字剪切散斑干涉技术的灵敏度及分辨率不能进一步提高。
技术实现思路
要解决的技术问题 为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种利用数字剪切散斑干涉进行无损 检测的方法及其装置，根据待测样品表面形貌可设计相应推扫轨道，以使推扫得到的待测样品的像清晰在焦；同时，线阵CCD相对于相同分辨率的面阵CCD价格便宜，感光面尺寸大，可大幅度降低检测成本。 技术方案 —种利用数字剪切散斑干涉进行无损检测的方法，其特征在于步骤如下 步骤1 :将激光束扩束后照射在待测样品的表面上，经待测样品表面反射后形成散射光； 步骤2 :在与待测样品表面平行，且与待测样品同轴的空间平面上将待测样品反 射的散射光分成光强相等的两束光；所述的两束光相对于待测样品轴线对称，且两束光之 间角度为O.Ol。 20° ; 步骤3 :沿垂直于像素排列方向的像平面，以线阵CCD扫描得到两束散射光形成的 待测样品表面的两个错开的散斑像& ;所述线阵CCD的像素排列方向与散斑像的错开方向 平行； 步骤4:对包含待测样品在内的样品周围区域抽真空，重复步骤1至步骤3，得到待 测样品抽真空后像平面上的对应两束光所成两个散斑像的另一幅图像H2 ;所述样品周围的 相对真空度为0 -lOOKPa ; 步骤5 :对抽真空前后的两幅图像&和H2进行相关运算，得到图像H3 ; 步骤6 :对图像H3采用均值滤波法或中值滤波法进行滤波，去除出现的多条沿线阵CCD像素排列方向的与线阵CCD像素同宽的亮条纹得到图像H4 ; 步骤7 :当图像仏中出现蝴蝶斑形状的干涉条纹时证明待测样品出现损伤，否则 证明待测样品无损。 在步骤4中将待测样品加热或冷却，使其温度改变1 IOO(TC ，得到样品加热后像平面上的对应两束光所成两个散斑像的另 一 幅图像。 在步骤5中对变形前后的两幅图像进行相减运算，得到图像H3。 在步骤3中，若以线阵CCD扫描得到两束散射光形成的待测样品表面的两个错开的散斑像时，前后移动线阵CCD得到不同清晰度的散斑像。 —种实现上述的利用数字剪切散斑干涉进行无损检测方法的装置，其特征在于 包括激光器1、扩束装置2，剪切元件4，成像装置5，线阵CCD6，微位移平台7和计算机8 ;激 光器1的光轴与被测物品的中心轴线呈0. Or 20°角度放置，在激光器1的光轴上与被 测物品之间设置扩束装置2 ;在被测样品反射光束的中心轴线上依次设置剪切元件4、成像 装置5和线阵CCD6 ;线阵CCD6固定于微位移平台7上，线阵CCD6采集的图像信号输出至计 算机8，计算机的控制信号输出至微位移平台7控制微位移平台7的移动；所述的线阵CCD 位于样品通过成像装置5所成像的像平面上；所述的剪切元件4紧贴成像装置5放置，调整 经过剪切元件4的两束光相对于待测样品轴线对称，且两束光之间角度为0. 01° 20° ; 调整所述扩束装置2距被测样品的位置使通过扩束装置2扩束后的光束照明整个被测样品 表面。 当被测物品的表面为平面时，所述的扩束装置2为显微物镜，所述的剪切元件4为 剪切角固定的光楔，所述的成像装置5为凸透镜，所述的微位移平台7为一维方向移动微位 移平台。 当被测物品的表面为曲面时，所述的扩束装置2为显微物镜，所述的成像装置5为柱透镜，所述的微位移平台7为二维方向移动微位移平台。 所述的激光器1采用氦氖激光器。 所述的线阵CCD 6为像素呈一维阵列分布的电荷耦合器件。 本专利技术的数字剪切散斑干涉无损检测装置的基本操作步骤为激光器发出的光束 由所述扩束装置转化为球面光波或光斑尺寸较大的平面光波后照射待测样品，被样品散射 的光束在样品表面形成散斑场，该散斑场经剪切元件后与成像装置后在样品的像平面形成 两互相错位的散斑像。所述线阵CCD设置在微位移平台上并位于像平面，且像素排列方向 与散斑像的错开方向平行。微位移平台在与之电性连接的计算机控制下在垂直于线阵CCD 像素排列方向上移动，并带动线阵CCD对像平面进行连续扫描采集，形成多幅一维图像。可 以通过控制所述微位移平台的步进精度的方式来控制移动方向的采样精度；微位移平台的 步进精度可以小于线阵CCD的单元像素尺寸。多幅一维图像可由与线阵CCD电性连接的计 算机利用数字图像处理技术处理并合成一幅二维剪切散斑图。利用线阵CCD分别采集所述 样品变形前后的剪切散斑图，两幅变形前后的图像由计算机通过相关或相减算法和数字图 像处理等手段进行数值运算，最终获得清晰的蝴蝶斑形状的散斑干涉条纹图。 有益效果 本专利技术提出的利用数字剪切散斑干涉进行无损检测方法及其装置，以线阵CC本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用数字剪切散斑干涉进行无损检测方法，其特征在于步骤如下： 步骤１：将激光束扩束后照射在待测样品的表面上，经待测样品表面反射后形成散射光； 步骤２：在与待测样品表面平行，且与待测样品同轴的空间平面上将待测样品反射的散射光分成光强相等的两束光；所述的两束光相对于待测样品轴线对称，且两束光之间角度为０．０１°～２０°； 步骤３：沿垂直于像素排列方向的像平面，以线阵ＣＣＤ扫描得到两束散射光形成的待测样品表面的两个错开的散斑像Ｈ↓［１］；所述线阵ＣＣＤ的像素排列方向与散斑像的错开方向平行； 步骤４：对包含待测样品在内的样品周围区域抽真空，重复步骤１至步骤３，得到待测样品抽真空后像平面上的对应两束光所成两个散斑像的另一幅图像Ｈ↓［２］；所述样品周围的相对真空度为０～１００ＫＰａ； 步骤５：对抽真空前后的两幅图像Ｈ↓［１］和Ｈ↓［２］进行相关运算，得到图像Ｈ↓［３］； 步骤６：对图像Ｈ↓［３］采用均值滤波法或中值滤波法进行滤波，去除出现的多条沿线阵ＣＣＤ像素排列方向的与线阵ＣＣＤ像素同宽的亮条纹得到图像Ｈ↓［４］；步骤７：当图像Ｈ↓［４］中出现蝴蝶斑形状的干涉条纹时证明待测样品出现损伤，否则证明待测样品无损。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵建林，邸江磊，孙伟伟，王倩，焦向阳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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