Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов



Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов
Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов
Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов
Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов

 


Владельцы патента RU 2563334:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к способу контроля состояния подповерхностной структуры оптически неоднородных объектов и может быть использовано при анализе вариаций плотности полупрозрачных твердых тел, жидкости и газов. Согласно способу целостность внутренней структуры полупрозрачных объектов определяют за счет измерения характеристик результирующего распределения интенсивности отраженного лазерного излучения в виде спекл-изображения. Для этого определяют разности между интенсивностями спекл-изображений, полученных при предыдущем и последующих этапах зондировании при условии, что мощность последующих зондирований соответствует условию Pn>Pn-1. Технический результат - повышение точности определения параметров подповерхностной структуры оптически полупрозрачных объектов и глубины залегания внутреннего дефекта контролируемого объекта. 2 ил.

 

Изобретение относится к методу измерения, а именно к способу контроля состояния подповерхностной структуры оптически неоднородных объектов.

Известен способ неразрушающего контроля (см., например, ГОСТ Р 53696-2009. Контроль неразрушающий. Методы оптические. Термины и определения. М.: Стандартинформ. 2010. 7 с.), основанный на анализе спекл-структур, образующихся при отражении когерентного излучения от шероховатой поверхности. Известно устройство для реализации метода спекл-структур (см., например, патент РФ на полезную модель №112991), содержащее источник когерентного излучения, матрицу - прибор с зарядовой связью (ПЗС) и модуль обработки информации, при этом выход матрицы-ПЗС соединен со входом модуля обработки информации.

Основным недостатком данного способа неразрушающего контроля является то, что он не позволяет определять параметры внутренней структуры полупрозрачных и прозрачных объектов, это связано с тем, что при облучении оптически прозрачных или полупрозрачных объектов в регистрируемое распределение интенсивности в области ПЗС-матрицы будут вносить вклад как поверхностные, так и подповерхностные неровности (дефекты в виде вариаций показателя преломления) контролируемого объекта, что ведет к невозможности выделения при измерении параметров контролируемой поверхности вариаций фазового профиля объекта из анализа регистрируемых спекл-изображений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является способ бесконтактного определения внутренней структуры прозрачных или полупрозрачных объектов (см., например, Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Том 11, номер 3. С. 53-56).

Основным недостатком известного способа неразрушающего контроля является то, что он не обеспечивает необходимую точность определения глубины залегания дефекта в структуре контролируемого объекта, так как при прохождения зондируемого когерентного волнового фронта через внутреннюю структуру контролируемого объекта на величину результирующего распределения интенсивности в плоскости наблюдения (спекл-картины) будет влиять вся внутренняя структура контролируемого объекта.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения параметров подповерхностной структуры оптически полупрозрачных объектов и определения глубины залегания внутреннего дефекта.

Технический результат достигается тем, что осуществляют поэтапное зондирование контролируемой поверхности, при этом на первом этапе поверхность контролируемого объекта зондируют с мощностью источника КИ, равной P0, соответствующей полному отражению КИ от контролируемой поверхности, а на последующих этапах зондируют с мощностью источника КИ Pn=exp(2nαz)·Pn-1, где , соответствующей полному отражению КИ от поверхности подповерхностного слоя контролируемого объекта на глубине n·z, где - количество контролируемых слоев, Pn, Pn-1 - мощность источника КИ при n-м, (n-1)-м этапе зондирования соответственно, α - коэффициент поглощения контролируемого объекта и z - толщина контролируемого слоя при n-м зондировании, определяют разность интенсивностей спекл-изображений, зарегистрированных при n-м этапе со спекл-изображением, регистрируемым при мощности КИ, равной P0, вычисляют интервал корреляции этой разности и сравнивают его с эталонным интервалом корреляции спекл-изображения, если выполняется условие rkop n, 0<rkop эталона, где rkop n, 0 - интервал корреляции разности спекл-изображений, зарегистрированных при мощности КИ, равной P0 и n-м и этапе зондирования, а rkop эталона - интервал корреляции разности эталонного спекл-изображения, полученной от неповрежденного слоя при соответствующей мощности облучения Pn, то принимают решение о нарушении внутренней структуры контролируемого объекта на глубине n·z и прекращают дальнейшее измерение.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, где обозначено: 1 - регулируемый по мощности источник КИ, 2 - контролируемый объект, 3 - приемник оптического излучения, α - коэффициент поглощения контролируемого объекта, P0 - мощность зондируемого КИ, соответствующая полному отражению от контролируемой поверхности, - количество контролируемых слоев, где l - толщина контролируемого объекта, при условии, что z≥a, где а - глубина критического дефекта. На первом этапе зондирования мощность КИ устанавливают равным P0, при котором зондируемое КИ полностью отражается от поверхности контролируемого объекта. На последующих этапах мощность КИ увеличивают в соответствии с выражением Pn=exp(2nαz)·Pn-1. Далее определяют разность интенсивностей спекл-изображений, зарегистрированных при n-м этапе со спекл-изображением, регистрируемым при мощности КИ, равной P0, вычисляют интервал корреляции этой разности и сравнивают его с эталонным интервалом корреляции спекл-изображения, если выполняется условие rkop n, 0<rkop эталона, то принимают решение о нарушении внутренней структуры контролируемого объекта на глубине n·z и прекращают дальнейшее измерение.

Заявленный способ неразрушающего контроля может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого представлена на Фиг. 2, где обозначено: 1 - регулируемый по мощности источник КИ; 2 - контролируемый объект; 3 - приемник оптического излучения; 4 - запоминающее устройство; 5 - вычислитель разницы интенсивностей спекл-изображений при n-м и n-1-м зондировании; 6 - вычислитель функции автокорреляции и интервала корреляции разности спекл-изображений; 7 - схема сравнения; 8 - решающее устройство.

Регулируемый по мощности источник КИ 1 предназначен для создания требуемого по мощности зондируемого КИ на каждом этапе зондирования, в качестве такого источника может выступать любой регулируемый по мощности одномодовый лазер [см., например: Одночастотный полупроводниковый лазер SLM-417. URL: http://www.laser-compact.ru/prod/417.html (дата обращения 06.10.2013)]. Запоминающее устройство 4 предназначено для хранения спекл-изображений при n-1-м n-м зондировании. Схема сравнения 7 предназначена для определения разницы между эталонным и полученным значениями интервала корреляции результирующего спекл-изображения от подповерхностного слоя величиной, равной n·z. Решающее устройство 8 предназначено для принятия решения о наличии дефекта либо о его отсутствии. Представленные устройства могут быть реализованы с использованием существующих радиотехнических устройств.

Заявленное устройство работает следующим образом: контролируемая поверхность объекта 2 первоначально облучают источником КИ 1 мощностью P0, часть рассеянного излучения фиксируют приемником оптического излучения 3 и запоминают на запоминающем устройстве 4 спекл-изображение на втором и последующих этапах зондирования контролируемой поверхности при мощности Pn=exp(2nαz)·Pn-1. Рассеянное излучения на глубине z·n фиксируется приемником оптического излучения 3 и запоминается в запоминающем устройстве 4. Записанные спекл-изображения при облучении КИ мощностью P0 и n-м зондировании поступают в вычислитель 5 для определения результирующего распределения интенсивности спекл-изображения путем вычисления разницы спекл-изображений при начальном и n-м зондировании. С выхода вычислителя 5 результирующее распределение интенсивности спекл-изображения поступает на вход вычислителя 6 для определения интервала корреляции данного спекл-изображения. Рассчитанное значение интервала корреляции спекл-изображения поступает на вход схемы сравнения 7, где сравнивается с эталонным значением интервалом корреляции спекл-изображения, полученным при зондировании неповрежденного соответствующего слоя контролируемого объекта. Если выполняется условие rkop n, 0<rkop эталона, то решающее устройство 8, принимает решение о наличии дефекта (ответ "Да") на глубине n·z, и прекращают дальнейшее измерение, в противном случае осуществляют повторное зондирование с увеличением мощности сигнала пропорционально выражению Pn=exp(2nαz)·Pn-1.

Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов, основанный на зондировании поверхности контролируемого объекта когерентным излучением (КИ) и регистрации спекл-изображений, отличающийся тем, что осуществляют поэтапное зондирование контролируемой поверхности, при этом на первом этапе поверхность контролируемого объекта зондируют с мощностью источника КИ, равной Р0, соответствующей полному отражению КИ от контролируемой поверхности, а на последующих этапах зондируют с мощностью источника КИ где , соответствующей полному отражению КИ от поверхности подповерхностного слоя контролируемого объекта на глубине n·z, где - количество контролируемых слоев, Pn, Pn-1 - мощность источника КИ при n-м, (n-1)-м этапе зондирования соответственно, α - коэффициент поглощения контролируемого объекта и z - толщина контролируемого слоя при n-ом зондировании, определяют разность интенсивностей спекл-изображений, зарегистрированных при n-м этапе со спекл-изображением, регистрируемым при мощности КИ, равной Р0, вычисляют интервал корреляции этой разности и сравнивают его с эталонным интервалом корреляции спекл-изображения, если выполняется условие rkop n,0<rkop эталона, где rkop n,0 - интервал корреляции разности спекл-изображений, зарегистрированных при мощности КИ, равной P0, и n-м и этапе зондирования, а rkop эталона - интервал корреляции разности эталонного спекл-изображения, полученной от неповрежденного слоя при соответствующей мощности облучения Pn, то принимают решение о нарушении внутренней структуры контролируемого объекта на глубине n·z и прекращают дальнейшее измерение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству и способу для вращения стеклянных сосудов и им подобных изделий с целью их проверки. Техническим результатом изобретения является снижение времени проверки стеклянного сосуда и снижение времени между ремонтами.

Изобретение относится к способу проверки-полосы прозрачного материала , в частности листового стекла , на наличие в ленте дефектов, таких как инородные тела или газовые пузыри, в котором проводят зондирование материала по.ширине сканирующим световым лучом, регистрацию проходящего и/или отраженного лучей и преобразование их интенсивностей в электрические сигналы.

Изобретение относится к области проверки офтальмологических линз с использованием излучения различной длины волны. Согласно способу офтальмологические линзы, находящиеся в контейнере с упаковочным раствором, при проходе по производственной линии последовательно облучают излучением с различной длиной волны. Полученные изображения сравнивают для определения дефекта. Технический результат - обеспечение возможности определения различия между дефектами офтальмологических линз и пузырьками воздуха в упаковке. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх