蜂窝结构的错位散斑无损检测技术

　　激光错位散斑(Laser Shearography)技术也称剪切散斑技术,是20世纪80年代兴起的用于表面变形测量的新型光学检测技术^[1] 。该技术用于无损检测的原理与激光全息干涉类似,都是通过对待测物体加载,观察缺陷表面异常变形所产生的异常光学干涉条纹来判断缺陷特征。与激光全息检测相比,错位散斑技术操作方便、检测效率高。

　　错位散斑技术在国外已经在航空、航天、汽车和建筑等多方面得到比较广泛的应用,国内工程应用尚不普遍。本文采用自行研制的错位散斑无损检测系统对蜂窝结构人工缺陷样件进行了检测,并与激光全息检测技术进行了比较,证明了错位散斑技术的可靠性和实用性。

　　1　错位散斑无损检测系统

　　图1为由错位干涉光学头、氦-氖激光器、数字图像处理系统、真空加载设备等组成的错位散斑无损检测系统。自行开发的基于WIN98平台的全中文图像采集与处理软件,不仅能完成错位散斑技术要求的实时图像相减及显示、图像存储等主要功能,而且具有实时图像增强功能和缺陷尺寸测量等辅助功能,改善了图像质量,方便了缺陷的定量。

　　2　检测对象和加载方法

　　检测对象包括一个根据HB 5461—1990标准制作的金属蜂窝胶接结构标准样块和沈阳飞机公司生产中使用的多种铝蜂窝结构部件的人工缺陷样件。缺陷均为圆形,直径有10,12,15,16,20和30mm等多种规格,铝蒙皮厚度为0. 3或0.4mm,蜂窝格边长3或4mm,蜂窝壁厚0.03或0.04mm,蜂窝高度30mm。

　　金属蜂窝结构参考样件制作方法基本依据HB5461标准。人工缺陷主要有四种类型,在蒙皮与胶膜间加一层聚四氟乙烯膜的上贴膜缺陷、去胶膜并将蜂窝芯下压2mm的去膜下陷缺陷、在蜂窝芯与膜间加垫一层聚四氟乙烯膜的下贴膜缺陷及蜂窝芯下陷2mm,在蜂窝和胶膜间加两层聚四氟乙烯膜的下陷加膜缺陷,聚四氟乙烯膜厚度为0.02mm。

　　加热和抽真空(抽负压)是错位散斑技术经常使用的两种加载方式。以下用这两种方式进行试验。

　　3　试验过程和结果分析

　　首先使用热加载方式对HB 5461标准中规定的金属蜂窝样件进行了检测。该样件共预制四种类型16个人工缺陷,每种类型分10,15,20和30mm四种规格。10mm的缺陷仅有去膜下陷型被检出。所有≥15mm的缺陷均被检出。热加载使每个蜂窝格孔表面的铝蒙皮都产生了变形。从图2看出蜂窝格孔表面变形所产生的规则分布干涉图案,表明错位散斑方法有很高的检测灵敏度。

　　图3~6的图像是用沈飞的真空加载装置对生产用铝蜂窝参考样件进行检测的结果。应该指出一点,人眼对运动物体更为敏感。图中的缺陷在实际检测的过程中很容易被观察到。从实验结果可以发现>12mm的缺陷基本都能清晰显示。10mm的下贴膜缺陷也可以被检出。对于部分缺陷不能清晰检出,怀疑是缺陷制作过程中出现局部粘合,造成实际缺陷尺寸小于设计尺寸。10mm脱粘缺陷对金属蜂窝结构的检测要求来说应该是最高的,因为蜂窝格孔本身的大小达到5~7mm,再小的缺陷已没有实际意义。因此错位散斑技术用于金属蜂窝结构的检测是有效和适用的。