全息无损检测

全息照相无损检测
全息照相无损检测，就是对物体变形前后的两种状态的波前进行比较，根据建像时物体的表面（或像面）形成的一组干涉条纹来判定缺陷的位置及大小。

一般的，先拍一张待测物体的全息像，然后通过一定的加载方式（如热载、力载、激载和真空减压等）使物体产生一个相对于第一个状态的微差变形。

然后在同一张底片上进行第二次曝光，两次全息像叠加的结果则产生一组干涉条纹。

当待测物体完好无损时，干涉条纹呈现出有规律的变化，如间距大致相等的平行条纹（或一组同心圆环）。

这种条纹是由于待测物体均匀变形引起的。

但如果待测物体内部有缺陷，则在对应的物体表面变形量与其它完好的部位变形量不同，反映在干涉条纹的形状上，不再是平行条纹（或同心圆环），而在条纹上出现凸起，称之为特征条纹。

实验证明，这种特征条纹所在的位置及覆盖的面积大致代表待测物体内部的缺陷的位置及大小。

全息无损检测关键的地方就是采取什么样的方法，把物体内部缺陷反映到物体表面上来。

不同形状结构的物体适用的方法也不同，有的几种方法都适合，有的就不行。

总之，对不同的物质采取不同的方法。

[实验目的]
1.掌握热应力法测缺陷；
2.掌握时间平均法测振形；
3.掌握加力法测缺陷；
4. 基本了解压差法测缺陷。

[实验原理]
1.热应力法测蜂窝板的缺陷
全息照相无损检测实际是对物体变形前后的两种状态的波前进行比较。

先在干版上拍一张待测物体静止的全息图，然后通过加热使物体产生一个相对于第一个物体的微差变形，然后在同一张底片上进行第二次曝光，两次全息图叠加的结果产生一组干涉条纹。

当待测物体完好无损时，干涉条纹呈现出有规律的变化，如间距大致相等的平行条纹（或一组同心圆环）。

当待测物体内部有缺陷时，由于物体内传热的差别，导致物体对应的变形量不同，反映在干涉条纹的走向上不是平行（或同心圆）条纹。

把这些条纹称之为特征条纹，这种特征条纹所在的位置及覆盖面积大致代表了待测物体内部缺陷的位置及大小。

2.时间平均法测蜂鸣器的振形
对一个周期振动的物体，做连续不间断地全息记录，即在一定的曝光时间内，物体位置不断的发生变化，记录在干版上有无数张全息图。

可以看成是无数个不同位置物体的全息图的叠加。

每一张全息图对应物体的一个位置，当再现时，每一张全息图再现出一个像的光波，这些光波互相错开，产生干涉效应。

当物体振动的时候，在其表面上可以产生振动的驻波。

因此，在波节附近物体的位移很小，振幅也小，在节点的位置物体不动。

而在波腹的地方物体位移很大，振幅也大，实际物体在做简谐振动，在靠近它的两个最大位移位置，速度为零，作用较长的时间，所以在整个曝光时间内累积的结果这两个运动状态占据优势。

再现时，这种时间平均全息图显示出两个极端位置之间物体位移的轮廓线（节点和节线）。

这样的全息图实际是记录了由振动物体散射到全息底片上的光波的时间平均的复振幅。

因此称之为“时
间平均全息图”。

它记录的是物体振动的模式。

3.加力法测蜂窝板的缺陷
加力法测量，实际是对待测物体的两种状态的波前进行比较。

先在干版上拍一张待测物体静止的全息图（或加力后变形的全息图），然后通过加力（或把力去掉物体静止）的全息图，使物体产生一个相对于第一个物体的微差变形。

然后在同一张底片上进行第二次曝光。

两次全息图的叠加结果产生一组干涉条纹。

当待测物体内部完好无损时，干涉条纹呈现出有规律的变化，如间距大致相等的平行条纹（或一组同心圆环）。

当待测物体内部有缺陷时，由于物体内张力的差别导致物体对应的变形量不同，反映在干涉条纹的走向上不是平行（或同心圆）条纹。

把这些条纹称之为特征条纹，这种特征条纹所在的位置及覆盖面积大致代表了待测物体内部缺陷的位置及大小。

4.采用压差法测量蜂窝板、橡胶轮胎和固体燃料的缺陷
对于非金属或金属与非金属物质的胶结，或易燃物质，采用“压差法”比较合适。

将待测物体放在真空室内，对真空室抽气，室内气压发生变化。

由于气压变化待测物发生变形。

先在第一种压强状态下给物体曝光一次，记录的是待测物体在此压强下的物体表面光波。

当给物体减压（或增压），由于压强变化，物体产生一定的变形。

如果待测物无缺陷，变形是均匀的，与第一个状态下的光波发生干涉，干涉条纹是均匀的，或是间距大致相等的平行条纹，或是同心圆。

当待测物有缺陷时，在有缺陷的区域通过压力产生的变化与无缺陷区域通过压力产生的变化不一样，得到的干涉条纹也不同，即特征条纹。

特征条纹所在的位置及覆盖面积大致代表了待测物体内部缺陷的位置及大小。

[实验内容]
一、热应力法测蜂窝板的缺陷
图一热应力检测蜂窝板光路图
L—He-Ne激光器 K—曝光定时器 BS—分束器
M1、M2、M3、M4—平面反射镜 L1、L2—扩束镜
O—蜂窝板 D—电炉
1．按图一设置光路，分光比1:1左右，夹角20～40º，光程差近似相等。

2．曝光时间，实时法，曝光2秒，40mW激光器，显影一分钟，原地显影，水洗、定影、水洗、漂白、水洗、晾干。

此时打开激光器（原光路不动），眼睛通过全息图看物体，在物体上可能有1～2条条纹在闪动（该条纹是干版经过冲洗后晾干，乳剂未回到原来位置造成的），用条纹调制法，轻轻地拧动物光中扩束镜的螺钉，条纹可以调得比较清晰，或呈平行条纹或呈同心条纹。

3．给电炉加热约150s，监视条纹，停止加热后，大约100～150s，条纹缺陷反映比较明显，在有缺陷的地方，条纹出现异常；无缺陷的地方，条纹始终是规则的。

4．如果采用二次曝光的方法，即第一次在物体静止时曝光一次，曝光时间2秒钟，然后接通电炉，给物体加热150s，停止加热后100～150s，第二次曝光，曝光时间2秒。

5．第二次曝光后，取下干版进行显影、水洗、定影、水洗、晾干，还可以进行漂白、水洗、晾干。

6．将晾干后的全息图用原参考光照明（或一束扩束光照射全息图），在原来放物体的位
置，物体上有干涉条纹，无缺陷的地方条纹均匀，有缺陷的地方条纹异常。

二、时间平均法测蜂鸣器的振形
图二热应力检测蜂窝板光路图
L—He-Ne激光器 K—曝光定时器 BS—分束器
M1、M2、M3、M4—平面反射镜 L1、L2—扩束镜
K1—开光 H—干版 O—物体（蜂鸣器）
1．按图二设置光路。

将所有有用的光具座与激光器调成等高。

让物光与参考光光程差接近于零。

物光与参考光光强比为1:1左右，夹角20～40º。

2．装上干板，稳定2分钟（消除应力），然后曝光，曝光时间1.5s。

先开快门，后开蜂鸣器，让蜂鸣器振动落在1.5s内。

3．取下干板，进行冲洗（显影、水洗、定影、水洗），为提高衍射效率，还可以进行漂白（把振幅型变成位相型），水洗，晾干。

4．把照好的全息图放在原光路中，挡上物体（或用一束扩束激光照在全息图上）。

在物体上有清晰的同心圆，边缘较密，越往中心条纹越疏。

这是因为在蜂鸣器的边缘振动频率高，振幅小，越往中心振动频率越低，振幅逐渐加大。

图三蜂鸣器振动再现全息图图四航空发动机叶片振形图
三、加力法测蜂窝板的缺陷
图五加力法测蜂窝板缺陷
L—He-Ne激光器 K—曝光定时器 BS—分束器
M1、M2、M3、M4—平面反射镜 L1、L2—扩束镜
O—蜂窝板 G—加力装置 H—全息干版
2．让物光光程尽量等于与参考光光程；物光与参考光光强比为1:1左右，夹角约20～40º。

光路调好后，在暗室中装上干版，稳定二分钟（消除应力），给物体在静止时曝光一次，曝光时间1.5～2.5s（先照一张实时的全息图，为的是找到缺陷变化最佳时的力）。

然后将干版原地（实时）处理，显影、水洗、定影、水洗，为提高衍射效率也可漂白、水洗、晾干。

3．再现时，眼睛通过全息图看物体，用条纹测试法（调节物光扩束镜上下螺钉）使条纹变成清晰的平行条纹（或同心圆）。

4．给物体均匀加力，一面加力，一面观察条纹变化，直至有缺陷的条纹出现，再加力，缺陷条纹越来越清晰，在最清晰的地方记下加力的大小。

如果再加力，条纹变细变模糊，再加力条纹逐渐消失，这说明力加大了，物体变形量太大，不再有干涉了。

5．用实时法找到缺陷条纹最清晰时所用的力的大小，如F。

6．用二次曝光法，首先给物体在静止时曝一次光，曝光时间1.5s，然后给物体加力，加到F大小，稳定二分钟。

第二次曝光，时间仍为1.5s，取下干版进行冲洗（显影、水洗、定影、水洗，为提高效率还可以漂白、水洗、晾干）。

7．将处理好的全息图放在原光路上，挡住物光（或另一束激光扩束照在全息图上），透过全息图会看到在物体上有干涉条纹。

如果物体无缺陷，全息图的条纹是均匀有规则的平行直线（或同心圆环），如图六（a或b）。

如果物体有缺陷，干涉条纹有异常，如图七（a或b）。

条纹出现凸包的地方就是要检测的缺陷。

图六图七
四、采用压差法测量蜂窝板、橡胶轮胎和固体燃料的缺陷
图八全息压差法测量装置
L—He-Ne激光器 K—曝光定时器 BS—分束器
M1、M2、M3、M4—平面反射镜 L1、L2—扩束镜
O—物体 Z—真空罩 G—工作台
i—真空泵 H—全息干版
2．调光路，使物光光程BS·M2+ M2O+HO等于参考光光程BS·M3+ M3H；物光与参考光的夹角大约在20～40º左右；物光与参考光的光强比在1:2～1:4之间。

3. 在暗室中装上干版，稳定二分钟（消除应力），根据待测物体反光强弱选择曝光时间（纯黑物体最好涂上白漆或银粉之类增强反光强度）。

一般在2～10秒钟。

曝光过后，第一张最好选择实时法找到待测物体缺陷变化最佳的气压。

4. 曝光过后将干版原地（实时）处理，显影、水洗、定影、水洗，为提高衍射效率也可漂白、水洗、晾干。

此时打开电源（原光路不变），眼睛看着物体方向，在干版上会有1～2条粗条纹（该条纹是干版经过冲洗晾干，乳剂有微小变形造成的）。

5．用条纹调制法，轻轻地旋转物光反射镜，将原粗条纹变多几条，或平行条纹或同心圆条纹。

6．打开压缩机气阀，真空室内压强逐渐降低，注意观察干版上的条纹，随着气压的变化，条纹也发生变化，直到缺陷条纹（特征条纹）比较明显。

记下压缩机抽气时间（或压强），以便第二次曝光使用。

此时停止抽气。

如果继续抽气，压强减小，条纹变细变多，缺陷逐渐模糊，直到条纹消失。