GB∕T 34886-2017 無損檢測 復(fù)合材料激光錯(cuò)位散斑檢測方法

無損檢測復(fù)合材料激光錯(cuò)位散斑檢測方法中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布IGB/T34886—2017本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國無損檢測標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC56)提出并歸口。lGB/T34886—2017無損檢測復(fù)合材料激光錯(cuò)位散斑檢測方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了復(fù)合材料構(gòu)件的激光錯(cuò)位散斑檢測方法。下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB7247.1激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證GB/T20737無損檢測通用術(shù)語和定義GB/T20737界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1垂直于物體表面(法線方向)的位移分量。激光錯(cuò)位散斑技術(shù)直接測量的參數(shù)本質(zhì)上是物體的離面3.2激光錯(cuò)位散斑檢測系統(tǒng)的光學(xué)成像裝置將物體的兩個(gè)錯(cuò)位像疊加成像，兩個(gè)圖像之間的距離和相3.3激光照射物體表面時(shí)由于漫反射在物體表面形成的斑點(diǎn)狀圖像，見圖2a)。隨機(jī)分布的斑點(diǎn)隨物3.4干涉條紋圖fringepattern變形前后兩幅散斑圖數(shù)字相減得到的黑白相間的條紋狀圖像，見圖2b),條紋圖包含物體表面的位移信息。3.5通過激光錯(cuò)位散斑系統(tǒng)中的相移裝置獲得的多幅散斑圖進(jìn)行運(yùn)算獲得的對應(yīng)點(diǎn)光學(xué)干涉光學(xué)相位2GB/T34886—2017差的圖像，見圖2b)。相位圖分為包裹相位圖和解包裹相位圖兩種。包裹相位錯(cuò)位圖像原始圖像錯(cuò)位圖像原始圖像原始圖像錯(cuò)位圖像+Y+Ya)散斑圖b)干涉條紋圖c)包裹相位圖d)解包裹相位圖按照本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢測的人員，應(yīng)按照GB/T9445或合同各方同意的體系進(jìn)行資格鑒定與認(rèn)證，并由雇主或代理對其進(jìn)行崗位培訓(xùn)和操作授權(quán)。5方法概要5.1激光錯(cuò)位散斑檢測方法的原理圖如圖3所示。激光器發(fā)出的相干光經(jīng)過擴(kuò)束經(jīng)照射被檢測物體，其漫反射表面產(chǎn)生散斑場。分束鏡和兩個(gè)反射鏡產(chǎn)生的兩束光(兩幅錯(cuò)位的圖像)在CCD處疊加成一具有特定相移量的多幅圖像，計(jì)算后得到相位圖[見圖2c]]。相位圖的圖像質(zhì)量和測量靈敏度都有顯面位移一階微分無條紋圖像即解包裹圖[見圖2d]]。如果有缺陷則表面會(huì)產(chǎn)生異常的離面位移，在圖像對應(yīng)位置處也會(huì)出現(xiàn)異常的條紋圖或相位圖。通過條紋異常區(qū)的特征可識別缺陷的位置和大小。3GB/T34886—2017微調(diào)像軟件激光器照相機(jī)圖像5.2檢測時(shí)加載方法取決于被檢工件材料對加載產(chǎn)生的反應(yīng)。最合適的加載方法和加載大小主要取決于缺陷類型和缺陷深度，同時(shí)應(yīng)考慮材料及結(jié)構(gòu)形式。因此在連續(xù)檢測前應(yīng)對被檢工件試樣進(jìn)行試驗(yàn)性測試。注意應(yīng)在確保加載不會(huì)對被檢測對象產(chǎn)生損壞的情況下進(jìn)行測試。5.3圖3所示的激光錯(cuò)位散斑檢測系統(tǒng)采用了邁克爾遜光路，這是目前主流的光路。也有采用雙折射5.4由于激光錯(cuò)位散斑檢測系統(tǒng)通過測量表面離面位移來判斷內(nèi)部的缺陷，其靈敏度隨著缺陷深度的增加而逐漸降低。因此，激光錯(cuò)位散斑技術(shù)特別適合檢測復(fù)合材料層壓板的分層及泡沫或蜂窩等夾層5.5激光錯(cuò)位散斑技術(shù)測量離面位移的范圍理論上可達(dá)到10nm～500μm。受環(huán)境影響和不同硬件5.6選擇激光錯(cuò)位散斑方法檢測前，應(yīng)對采用不同加載方法時(shí)被檢工件可能產(chǎn)生的離面位移進(jìn)行分析，估算檢測靈敏度是否滿足要求。真空加載下激光錯(cuò)位散斑方法檢測能力的定量分析方法參見附錄4GB/T34886—2017錯(cuò)位散斑照相機(jī)應(yīng)具備發(fā)現(xiàn)被檢工件中最大容許缺陷的能力。宜使用像素?cái)?shù)不低于1024×1024、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)不低于12位的CCD攝像機(jī)。錯(cuò)位散斑照相機(jī)應(yīng)具有設(shè)定錯(cuò)位量的功能。激光錯(cuò)位散斑照相機(jī)應(yīng)有四個(gè)基本調(diào)節(jié)功能。能夠?qū)崿F(xiàn)鏡頭在水平和垂直兩個(gè)方向的擺動(dòng)以方便鏡頭獲得適當(dāng)大小的檢測面積和清晰的散斑圖像；能夠控制錯(cuò)位量，產(chǎn)生所設(shè)定角度和距離的一對錯(cuò)位圖束光學(xué)裝置使被測表面獲得均勻的激光照明。計(jì)算機(jī)應(yīng)具有連續(xù)獲取和處理圖像的能力，以產(chǎn)生檢測所需的全場實(shí)時(shí)圖像。軟件宜具有圖像拼接功6.6.1加載裝置用于對被檢測工件進(jìn)行加載，使工件產(chǎn)生微小的非破壞性變形。可包含多種類型，如6.6.2真空加載裝置由密封真空室、抽真空裝置以及位于真空室與大氣壓之間的真空閥組成。真空室中的壓強(qiáng)差變化范圍宜在1kPa～14kPa之間。6.6.3熱加載裝置對工件檢測區(qū)域加熱，使工件表面溫度升高的裝置。常用的有高強(qiáng)度石英燈和熱吹6.6.4聲加載裝置利用聲學(xué)裝置(如喇叭)對被檢工件產(chǎn)生激振，此裝置由信號發(fā)生器、信號放大器和聲學(xué)驅(qū)動(dòng)三部分組成。6.6.5機(jī)械振動(dòng)加載裝置。機(jī)械固定或真空吸附的壓電陶瓷(PZT)可以作為振動(dòng)加載裝置。該裝置由信號發(fā)生器、功率放大器和PZT組成。該裝置是由信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦或其他波型，通過功率放大7.1.1對比試塊的制作應(yīng)采用與被檢工件相同或相近的材料、結(jié)構(gòu)和工藝，并根據(jù)驗(yàn)收條件所限定的缺陷類型及大小確定人工缺陷的類型和尺寸。激光錯(cuò)位散斑檢測用對比試塊常見制作方法參見附7.1.3對比試塊使用后應(yīng)妥善保管。5GB/T34886—2017別并標(biāo)識出制造過程中產(chǎn)生的非預(yù)制缺陷。7.2.2應(yīng)盡量避免在露天環(huán)境下進(jìn)行檢測，宜在機(jī)庫、大廠房等室內(nèi)環(huán)境下檢測。若檢測只能在露天7.2.5檢測環(huán)境條件適宜與否可通過對對比試塊的檢測進(jìn)行驗(yàn)證。8檢測程序8.1根據(jù)檢測工件的特點(diǎn)和檢測要求選用適當(dāng)?shù)募虞d方法。宜采用的加載方法參見附錄C。8.4對大型工件檢測時(shí)，應(yīng)根據(jù)單次檢測區(qū)域的大小做適當(dāng)?shù)臋z測區(qū)域劃分，并對劃分的區(qū)域做好標(biāo)8.5按廠家提供的操作說明書依次開啟計(jì)算機(jī)、激光器和錯(cuò)位散斑照相機(jī)的總控電源，運(yùn)行錯(cuò)位散斑檢測計(jì)算機(jī)程序。8.6調(diào)整激光器和錯(cuò)位散斑照相機(jī)：c)設(shè)定錯(cuò)位量，建議設(shè)為假定缺陷尺寸(或允許最大缺陷尺寸)的50%～100%,通常在5mm~15mm之間；d)盡量提高檢測區(qū)域激光光強(qiáng)，調(diào)整照相機(jī)光圈，使成像在實(shí)時(shí)采集后接近于(但不要達(dá)到)8.7校準(zhǔn)檢測系統(tǒng)：放置一個(gè)兩點(diǎn)間距已知的標(biāo)志物在被檢工件視場中。可以采用間隔已知、平行入射的兩束激光產(chǎn)生的點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)；也可以用一把經(jīng)過標(biāo)定的尺子進(jìn)行人工校準(zhǔn)。通過標(biāo)識物對檢準(zhǔn)方式能夠在視野、距離等檢測參數(shù)發(fā)生變化時(shí)隨時(shí)校準(zhǔn)，并能自動(dòng)檢測缺陷尺寸，有利于提高檢測8.9設(shè)定加載時(shí)間、圖像采集時(shí)間(包括初始狀態(tài)圖像與加載后的最終圖像采集時(shí)間間隔)等參數(shù)。應(yīng)6GB/T34886—2017需重新檢測對比試塊以確認(rèn)檢測靈敏度滿足檢測要求。9檢測結(jié)果評價(jià)9.1根據(jù)檢測圖像判斷是否有缺陷。常見缺陷的圖像顯示參見附錄D。9.2檢測圖像中出現(xiàn)下列情況需要重點(diǎn)關(guān)注：c)圖像中或清晰的蜂窩格中出現(xiàn)局部變形；d)圖像中出現(xiàn)蝶形特征條紋。9.4結(jié)合工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息及其在圖像顯示中的連續(xù)性判斷是否存在缺陷。9.7實(shí)際檢測中因結(jié)構(gòu)變化、材料不同、材質(zhì)差異等因素的影響也會(huì)出現(xiàn)異常的條紋走向和局部條紋9.8根據(jù)蝶形特征條紋的輪廓尺寸和兩橢圓同心圓的中心距之差判斷缺陷大小，并與對比試塊中相同卡尺或線輪廓法在解包裹圖像上直接進(jìn)行缺陷尺寸測量。a)委托單位；7GB/T34886—(資料性附錄)真空加載下檢測能力的定量分析航空航天領(lǐng)域廣泛采用的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的蒙皮厚度一般在1mm左右。分層和脫粘缺陷分布的深度也在這一范圍。而要求檢測的最小缺陷直徑一般在6mm～25mm。上述參數(shù)基本符合固體力學(xué)彈性薄板小撓度理論的要求。因此，在研究缺陷的變形特征時(shí)，用受法向均布載荷的周邊固支的圓形薄板作為缺陷的力學(xué)模型(圖A.1)。周邊固支模擬正常部位，均布載荷很好地模擬了真空加載下缺陷的受力狀態(tài)。圖A.1缺陷的受力模型周邊固支的圓形薄板在均勻載荷作用下的變形有解析解，中心層的撓度見式(A.1):……(A.1)式中：w——距離圓心r處的撓度，單位為米(m);q0——載荷值(在真空加載中是壓力差),單位為兆帕(MPa);a——缺陷的半徑，單位為米(m);D——彎曲剛度，見式(A.2)?！?A.2)式中：E——材料的彈性模量，單位為兆帕(MPa);t——薄板的厚度，單位為米(m)。錯(cuò)位量達(dá)到周邊固支圓板直徑的一半時(shí)，檢測靈敏度達(dá)到極限。在無損檢測應(yīng)用中，為了得到最高的檢測靈敏度，只要使錯(cuò)位量達(dá)到要求檢測的最小缺陷的尺寸一半，即可獲得最高檢測靈敏度。一般認(rèn)為在所選擇的真空加載產(chǎn)生的壓差下，當(dāng)中心變形量達(dá)到微米以上時(shí)可在圖像中分辨出缺陷。8GB/T34886—2017(資料性附錄)激光散斑檢測常見缺陷類型為脫粘和沖擊傷。測靈敏度之內(nèi)。雙層聚四氟乙烯薄膜封閉空氣法是采用雙層聚四氟乙烯薄膜先封閉一定量的空氣，然后在與被檢工件相同的制造工藝中放置于上蒙皮下進(jìn)行制造。制作的對比試塊在制作后要進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。標(biāo)識出制造過程中產(chǎn)生的新缺陷和未做成功的缺陷位9GB/T34886—2017(資料性附錄)不同復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的推薦加載方法采用激光錯(cuò)位散斑方法檢測不同復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，宜采用的加載方法見表C.1。表C.1不同復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的推薦加載方法加載方法層壓板復(fù)合材料蜂窩泡沫夾芯材料金屬蜂窩熱加載沖擊損傷分層沖擊損傷分層脫粘沖擊損傷脫粘脫粘芯子壓壞真空加載不適用脫粘芯子壓壞沖擊損傷脫粘脫粘芯子壓壞振動(dòng)加載沖擊損傷分層脫粘芯子壓壞沖擊損傷脫粘芯子壓壞脫粘芯子壓壞GB/T34886—2017(資料性附錄)復(fù)合材料的典型缺陷圖像激光錯(cuò)位散斑檢測技術(shù)判定缺陷的基本方法是采用圖像局部差異的比較。如果某一局部所對應(yīng)的被檢工件表面或其內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無特殊之處，而檢測干涉圖像中該局部變化異于其他部位，則意味著缺陷的存在。這些異常表現(xiàn)為干涉條紋局部變密(見圖D.1)、改變方向或趨勢(見圖D.2)、圖像局部