کاربرد روش برش‌نگاری لیزری با استفاده از بارگذاری حرارتی مدوله شده در بازرسی غیرمخرب عیوب صفحه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

برش‌نگاری دیجیتال یکی از روش‌های بازرسی غیرمخرب مبتنی بر تداخل‌سنجی لیزری است که از طریق اندازه‌گیری پاسخ مکانیکی قطعه به بارگذاری انجام شده، به تشخیص عیوب آن می‌پردازد. در این تحقیق، با استفاده از اعمال بارگذاری حرارتی به صورت متناوب، قابلیت تشخیص عیوب با اندازه‌ و عمق‌های مختلف در روش برش‌نگاری دیجیتالی بهبود یافت. در این راستا، آزمون برش‌نگاری با بارگذاری مدوله شده و با فرکانس مدولاسیون و تعداد سیکل‌های بارگذاری متفاوت بر روی نمونه پلیمری با 9 عیب مختلف در اندازه و عمق‌های متفاوت انجام شده و نتایج به دست‌آمده، با برش‌نگاری حرارتی معمول مقایسه شد. نتایج نشان می‌دهند که در روش برش‌نگاری معمول، تنها 4 عیب از 9 عیب ایجاد شده در نمونه شناسایی شدند در حالی که با اعمال تحریک به صورت متناوب با فرکانس مدولاسیون 02/0 هرتز، هر 9 ناحیه عیب آشکار شدند. نتایج به دست آمده نشان داد افزایش تعداد سیکل بارگذاری تأثیر قابل‌توجهی بر ظرفیت شناسایی عیوب نمی‌گذارد. همچنین شناسایی عیوب عمیق‌تر نیازمند اعمال فرکانس‌های مدولاسیون پایین‌تر است و قابلیت شناسایی عیوب با کاهش فرکانس مدولاسیون افزایش می‌یابد، به طوری که میانگین اختلاف فاز با کاهش فرکانس مدولاسیون از 1/0 به 02/0 هرتز، تا 1/2 برابر بیشتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of lock-in shearography in non-destructive testing of planar defects

نویسندگان [English]

  • Sina Sabbaghi Farshi 1
  • Davood Akbari 2
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Digital shearography, as a non-destructive testing method is based on laser interferometry, which detects defects by measuring the mechanical response of the specimen to the external loading. In this study, thermal loading was applied in an alternating way to the conventional shearography method in order to investigate its effect on the defects ascertainability in different sizes and depths. A total of 15 lock-in shearography tests with different modulation frequency and loading cycle were carried out on a polymer specimen with 9 planar defects in different sizes and depths and the results were compared with conventional shearography. In the conventional method, only 4 out of 9 defect areas were detected in the specimen, while by applying lock-in stimulation with a modulation frequency of 0.02 Hz, all of 9 defect areas were revealed. The results showed that increasing the number of loading cycles does not have a significant effect on the detection capacity of defects. Also, detection of deeper defects requires the implementation of lower modulation frequencies, and defects detectability is improved with decreasing modulation frequency, so that the mean phase difference increases 2.1 times by reducing the modulation frequency from 0.1 to 0.02 Hz

کلیدواژه‌ها [English]

  • Digital Shearography
  • Lock-in Method
  • Planar Defects
  • NDT
[1] J. Leendertz, J. Butters, An image-shearing speckle-pattern interferometer for measuring bending moments, Journal of Physics E: Scientific Instruments, Vol. 6, No. 11, pp. 1107, 1973.
[2] D. Akbari, N. Soltani, Investigation of loading parameters in detection of internal cracks of composite material with digital shearography, World Applied Sciences Journal, Vol. 21, No. 4, pp. 526-535, 2013.
[3] S. Sabbaghi Farshi, D. Akbari, N. Saberi Nasrabad, Non-destructive measurement of internal defects using shear laser interferometry method, Iranian Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 7, No. 1, pp. 45-52, 2020.
[4] G. BuSSe, D. Wu, W. Karpen, Thermal wave imaging with phase sensitive modulated
thermography, Journal of Applied Physics, Vol. 71, No. 8, pp. 3962-3965, 1992.
[5] D. Wu, G. Busse, Lock-in thermography for nondestructive evaluation of materials, Revue générale de thermique, Vol. 37, No. 8, pp. 693-703, 1998.
[6] H. Gerhard, G. Busse, Lockin-ESPI interferometric imaging for remote non-destructive testing, NDT & E International, Vol. 39, No. 8, pp. 627-635, 2006.
[7] A. E. Dolinko, G.H. Kaufmann, Enhancement in flaw detectability by means of lockin temporal speckle pattern interferometry and thermal waves, Optics and lasers in engineering, Vol. 45, No. 6, pp. 690-694, 2007.
[8] H. Gerhard, G. Busse, Thermal Waves for Imaging of Defects with Lockin‐Speckle Interferometry, Strain, Vol. 43, No. 3, pp. 229-234, 2007.
[9] G. Kim, S. Hong, G.H. Kim, K.-Y. Jhang, Evaluation of subsurface defects in fiber glass composite plate using lock-in technique, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 13, No. 4, pp. 465-470, 2012.
[10] D. Buchta, C. Heinemann, G. Pedrini, C. Krekel, W. Osten, Lock-in-shearography for the detection of transport-induced damages on artwork, in: Optics for Arts, Architecture, and Archaeology VI, International Society for Optics and Photonics, 2017, pp. 103310G.
[11] D. Francis, R. Tatam, R. Groves, Shearography technology and applications: a review, Measurement science and technology, Vol. 21, No. 10, pp. 102001, 2010.
[12] J. Liu, W. Yang, J. Dai, Research on thermal wave processing of lock-in thermography based on analyzing image sequences for NDT, Infrared Physics & Technology, Vol. 53, No. 5, pp. 348-357, 2010.
[13] M. Takeda, H. Ina, S. Kobayashi, Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry, JosA, Vol. 72, No. 1, pp. 156-160, 1982.
[14] D. C. Ghiglia, L.A. Romero, Robust two-dimensional weighted and unweighted phase unwrapping that uses fast transforms and iterative methods, JOSA A, Vol. 11, No. 1, pp. 107-117, 1994.
[15] D. Akbari, N. Soltani, M. Farahani, Numerical and experimental investigation of defect detection in polymer materials by means of digital shearography with thermal loading, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 227, No. 3, pp. 430-442, 2013.
[16] P. Menner, G. Busse, Lockin-interferometric imaging of thermal waves for nondestructive testing, in: Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VII, International Society for Optics and Photonics, 2011, pp. 808223.