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激光散斑法通過檢測物體表面因殘余應(yīng)力引起的微觀變形實(shí)現(xiàn)應(yīng)力測量,其核心技術(shù)流程如下:
一、檢測原理
散斑圖案生成
激光照射物體粗糙表面時(shí),光線散射形成隨機(jī)干涉斑點(diǎn)(散斑圖)。
應(yīng)力-變形關(guān)聯(lián)
殘余應(yīng)力導(dǎo)致材料局部變形 → 表面微觀位移 → 散斑圖案同步位移。
位移量提取
通過比對變形前后的散斑場相位差,計(jì)算位移矢量并反演應(yīng)力值(公式:Δ??=4??/??⋅Δ??,其中λ 為激光波長,Δd 為位移量)。
二、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)
1. 電子散斑干涉(ESPI)
裝置:偏振激光源+高速CCD相機(jī)+圖像處理器;
精度:位移分辨率達(dá)0.01μm,應(yīng)力精度±5MPa(工業(yè)級)。
2. 深度剖面檢測(結(jié)合盲孔法)
復(fù)合技術(shù):
激光散斑法測表層應(yīng)力;
電解剝層逐層移除材料;
多次循環(huán)測量獲得深度方向應(yīng)力梯度。
修正算法:消除剝層造成的應(yīng)力釋放誤差,重建原始深層應(yīng)力。
三、應(yīng)用場景與優(yōu)勢
特性 說明 來源
非接觸檢測 無需貼應(yīng)變片,對曲面、薄壁件友好(如飛機(jī)有機(jī)玻璃艙蓋)
全場測量 單次成像獲取全域應(yīng)力分布,自動標(biāo)識高應(yīng)力區(qū)(如齒輪齒根斷裂風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn))
快速高效 單點(diǎn)檢測≤3秒,深度剖面分析約30分鐘
深層應(yīng)力 結(jié)合電解剝層可測深度≥1mm(如重型機(jī)械軸類零件)
四、局限性及應(yīng)對
表面要求:
需低反射率表面(高反射工件需噴涂啞光漆);
環(huán)境干擾:
強(qiáng)振動會導(dǎo)致散斑模糊 → 需配備隔振平臺;
材料適用性:
適用于金屬、玻璃、復(fù)合材料,但對多孔材料誤差較大。
注:操作需遵循ASTM E837(盲孔法)與ISO 21474(散斑法)標(biāo)準(zhǔn)。
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