Обнаружение трещин на материалах является важным вопросом в промышленности. В отличие от традиционных методов, таких как ручной контроль, детектирование датчиков и обработка изображений, в данной статье предлагается новый простой способ обнаружения трещин с помощью оптического диктофона, основанный на цифровой голографии.
Голограммы, полученные с помощью звуковых волн, проходящих через материалы, записываются с помощью цифровой голографической техники. Временное поведение звуковой волны, проходящей через материал, полученный из этих голограмм, дает изображение трещины.
Деформации (дефекты), которые часто встречаются в материале, были исследованы с помощью различных методов. К деформациям относятся пористость, обдирка, расслоение, расслоение, трещины и т.д.
Из них обнаружение трещин является одной из главных проблем для исследователей. Это может быть сделано двумя способами: разрушающий контроль и неразрушающий контроль.
При разрушающих испытаниях, поскольку ручной контроль зависит от опыта специалиста с помощью геодезических приборов, точность не может быть гарантирована при количественном анализе. С другой стороны, для надежного и быстрого анализа поверхности трещин вместо ручного контроля разрабатывается автоматическое обнаружение трещин.
Для неразрушающего контроля существуют некоторые оптические методы, использующие бесконтактную систему измерения, такие как интерферометрия и цифровая голография , которая в то же время используется для определения свойств материала.
Кроме того, этот метод также применяется для проверки плоскостности поверхности и обнаружения трещины в материале.
Система, основана на внеосевой цифровой голографии, в которой формируется аккустооптический эффект.
Обнаружение трещин может осуществляться с использованием частотного или интенсивного распределения звуковых волн, реконструированных по звуковым голограммам. Как звуковая волна ведет себя при прохождении через материал, можно определить с помощью акустооптического эффекта.
Впервые для измерения этого эффекта используются временные фазовые профили (звуковые волны), полученные из звуковых голограмм. Для каждой пиксельной точки записанных голограмм извлекается временный фазовый профиль и получаются трехмерные (3D) изображения с использованием максимальных значений амплитуды в этих профилях. Поскольку ожидается изменение амплитуды в области трещин, наличие и форма трещины определяются путем анализа 3D-изображений после разворачивания процесса максимальных амплитудных значений временных фазовых распределений.
Исследуя три различных материала, а именно: стекло, дерево и металл, доказано, что независимо от того, какой материал протестирован с помощью предлагаемой системы, трещины могут быть определены. Кроме того, изменение звуковой волны вокруг трещины в материале со временем может быть визуализировано.
Для этого используется осевая цифровая голографическая интерферометрия и записываются голограммы, полученные с помощью звуковых волн, проходящих через материал на объектном плече этой интерферометрии. В этой интерферометрии гелий-неоновый лазер выбран в качестве источника света с выходной мощностью 10 мВт и длиной волны 633нм.
Луч гелий-неонового лазера фильтруется с помощью пространственного фильтра и расширяется с помощью объектива. Затем расширенный свет делится на два луча с помощью кубического светоделителя (BS1) для формирования опорного и объектного плечей. Коэффициент деления НКС1 составляет 50 : 50.
Опорный луч направлен на зеркало 1 , а объектный луч - на зеркало 2 . Затем эти лучи посылаются на камеру сплиттера луча и дополнительную полупроводниковую камеру из оксида металла, соответственно. Для создания разницы фаз между двумя рукавами пучок объекта модулируется звуковой волной. Звуковая волна, создаваемая с помощью генератора функций, передается на среду. Звук распространяется по поверхности материала.
Объектный и опорный пучки объединяются для создания голограммы на КМОП-камере (132×132 пикселя), размер пикселя которой составляет 14×14 мкм. В этой системе можно обнаружить наличие трещины двумя способами.
Первый способ основан на изучении сдвига частоты звуковой волны, реконструированной из цифровых голограмм .
Второй способ основан на интенсивности прохождения голоса через материал. Как звуковая волна ведет себя при прохождении через материал, представлено путем извлечения трехмерного (3D) изображения.
Таким образом, обнаружение трещин осуществляется путем определения того, какие точки материала имеют высокую или низкую амплитуду, пока звуковая волна проходит через материал. Получена информация о временной фазе для всех пикселей, звуковые волны, передаваемые в среду, проходят через материал и передаются на объектную руку интерферометра.
Так, записываются голограммы звука. Во-первых, для каждой пиксельной точки голограмм звука определяются временные фазовые профили. Определены максимальные амплитудные значения этих фазовых профилей, полученные с помощью N голограмм (в данной работе 6000 голограмм). Таким образом, получается максимальное значение амплитуды, равное количеству пикселей голограммы.
В результате, поведение звуковой волны, проходящей через материал, задается в 3D. Значения амплитуды звуковых волн, проходящих через область, где трещина присутствует, отображаются вместе с 3D изображениями.
В такой системе обнаружение трещин осуществляется визуализацией звуковой волны, проходящей через материал с помощью цифровой голографической интерферометрии.
Анализ трещин проводится в два этапа. В Шаге 1 используются стекло и деревянные материалы, на которых трещины видны невооруженным глазом. На шаге 2 выполняются измерения с металлической поверхности, на которой трещины не видны. Звуковые волны могут быть использованы на различных частотах для обнаружения трещин в материалах, используемых в данном исследовании.
Эти звуковые волны проходят через поверхность с помощью громкоговорителя и передаются на объектную руку в интерферометрической системе и записываются звуковые голограммы. По мере прохождения звуковой волны через эти материалы, ее амплитуда изменяется с течением времени. Коротко говоря, в этом состоянии, пока звуковая волна проходит через материал, ее энергия меняется. Поскольку атомы в материале находятся в движении, направление звуковой волны, движущейся в материале, изменяется.
Это означает, что частота и длина волны звука также изменяются. Если в материале имеются трещины, входящая звуковая волна будет подвержена дифракции и рассеянию. При таком рассеянии амплитуда звука уменьшается в области трещин. Поэтому скорость распространения звуковой волны уменьшается, а амплитуда (интенсивность-энергия) волны также соответственно уменьшается.
Разница между опорной (звуковая волна, проходящая через поверхность без трещин) и волной, проходящей через поверхность с трещинами, определяется 3D изображениями. Будет ли материал треснуть или нет, зависит от просмотра этих 3D-изображений.
Можно сделать вывод, что трещины на материалах можно обнаружить с помощью звуковых голограмм, которые записываются с помощью цифровой голографии. Записанные звуковые голограммы анализируются в цифровом виде для выделения временной амплитуды распределения (звуковая волна, которая передается на носитель, пока голограмма записывается в голографической системе).
Кроме того, 3D изображения звуковых волн, поведение которых меняется при прохождении через материал, и обнаружение трещин осуществляется с помощью 3D изображений.
