ICS,19.100 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T348862017
无损检测 复合材料激光错位
散斑检测方法
Non-destructive testingTest method for laser shearography
ofcompositematerials
2018-05-01实施
2017-11-01发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T34886—2017
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）提出并归口。 本标准起草单位：北京航空材料研究院、上海大学、广州一道注塑机械股份有限公司、航天材料及工
艺研究所、北京卫星制造厂、上海航天精密机械研究所、上海卫星装备研究所、北京嘉盛智检科技有限公司、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：郭广平、杨党纲、唐佳、张东升、曾启林、程茶园、毕丽、涂俊、周莉、帅家盛、 李慧娟、张于北。
- GB/T34886—2017
无损检测复合材料激光错位
散斑检测方法
1范围
本标准规定了复合材料构件的激光错位散斑检测方法本标准适用于检测复合材料层压板、蜂窝夹芯胶接构件、泡沫夹芯胶接构件，可检测的缺陷类型包
括脱粘、分层、冲击损伤等。其他材料的胶接缺陷检测，可参照使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件
GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求 GB/T 9445 无损检测人员资格鉴定与认证 GB/T 20737 7无损检测通用术语和定义
3术语和定义
GB/T20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
离面位移 out-of-plane displacement 垂直于物体表面（法线方向）的位移分量。激光错位散斑技术直接测量的参数本质上是物体的离面
位移。 3.2
错位量shearvector 剪切量激光错位散斑检测系统的光学成像装置将物体的两个错位像叠加成像，两个图像之间的距离和相
对方向，见图1。 3.3
散斑图 specklegram 激光照射物体表面时由于漫反射在物体表面形成的斑点状图像，见图2a）。随机分布的斑点随物
体表面变形同步移动，成为表面位移信息的载体。 3.4
干涉条纹图 fringe pattern 变形前后两幅散斑图数字相减得到的黑白相间的条纹状图像，见图2b），条纹图包含物体表面的
位移信息。 3.5
相位图 phasemapshearogram 通过激光错位散斑系统中的相移装置获得的多幅散斑图进行运算获得的对应点光学干涉光学相位
1 GB/T 34886—2017
差的图像，见图2b）。相位图分为包裹相位图和解包裹相位图两种。包裹相位图的相位以2元为周期变化，黑白条纹存在灰度突变，见图2c）。解包裹相位图通过相位补偿算法使相位连续变化，表现在图像上为灰度的连续变化，见图2d)。
错位图像
原始图像、
原始图像、
错位图像
+y
+y
错位量(45°)
错位量(-60°)
图1激光错位散斑检测技术中错位量
d）解包裹相位图
b）干涉条纹图
c）包裹相位图
a) 散斑图
图2激光错位散斑检测技术获得的不同图像
4人员资格
按照本标准实施检测的人员，应按照GB/T9445或合同各方同意的体系进行资格鉴定与认证，并
由雇主或代理对其进行岗位培训和操作授权。
5方法概要
5.1激光错位散斑检测方法的原理图如图3所示。激光器发出的相干光经过扩束经照射被检测物体，其漫反射表面产生散斑场。分束镜和两个反射镜产生的两束光（两幅错位的图像)在CCD处叠加成一幅图像。物体上的两个点P1和P2（简称“对点”），成像后叠加为一点P，形成散斑图，可通过计算机看到。采集加载前后两个变形状态下的散斑图做数字相减，得到包含表面离面位移信息的干涉条纹图，其条纹图P点处的条纹级次代表“对点”的离面位移差。采用相移技术，多次移动相移镜，采集变形前后具有特定相移量的多幅图像，计算后得到相位图[见图2c)]。相位图的图像质量和测量灵敏度都有显著提高，图像的物理意义依然是“对点”的离面位移差。 相位图进： 一步进行解包裹运算可以得到表征离面位移一阶微分无条纹图像即解包裹图[见图2d) 如果有缺陷则表面会产生异常的离面位移，在图像对应位置处也会出现异常的条纹图或相位图。通过条纹异常区的特征可识别缺陷的位置和大小
2 GB/T34886—2017
观察方向
错位散斑照相机 P
成像镜
图像采集卡
P2
微调反光镜
中心加载变形量4
分束镜
P1
相移镜
计算机图像软件
测量矢量 试验板
照射方向
扩束镜
激光
e
显示屏
注：P1、P2是物体上的两个点，通过成像系统在成像面合成一个点P。
图3激光错位散斑检测技术原理
5.2检测时加载方法取决于被检工件材料对加载产生的反应。最合适的加载方法和加载大小主要取决于缺陷类型和缺陷深度，同时应考虑材料及结构形式。因此在连续检测前应对被检工件试样进行试验性测试。注意应在确保加载不会对被检测对象产生损坏的情况下进行测试。 5.3图3所示的激光错位散斑检测系统采用了迈克尔逊光路，这是目前主流的光路。也有采用双折射棱镜或分光镜剪切于涉仪等光路的系统。 5.4由于激光错位散斑检测系统通过测量表面离面位移来判断内部的缺陷，其灵敏度随着缺陷深度的增加而逐渐降低。因此，激光错位散斑技术特别适合检测复合材料层压板的分层及泡沫或蜂窝等夹层结构的脱粘缺陷。 5.5激光错位散斑技术测量离面位移的范围理论上可达到10nm～500μm。受环境影响和不同硬件性能的影响，实际检测中离面位移的测量范围通常在0.1um～100um。对于复合材料结构，可检测的缺陷大小和深度与蒙皮材料/厚度、芯材材料以及加载方法等密切相关。 5.6选择激光错位散斑方法检测前，应对采用不同加载方法时被检工件可能产生的离面位移进行分析，估算检测灵敏度是否满足要求。真空加载下激光错位散斑方法检测能力的定量分析方法参见附录 A。理论分析可行后，应制作带有要求检出的最小缺陷的对比试块进行实验验证，以确定检测方法的可行性，在此基础上编制产品的检测工艺规程，
6检测系统
6.1系统组成
检测系统应能满足激光错位散斑检测的基本要求，通常包括激光器、错位散斑照相机、调节与控制装置、图像处理计算机和加载装置等，
3 GB/T34886—2017
6.2激光器
激光器应具有良好的相干性、均匀性和稳定性。激光器的功率决定了每次检测面积的大小。 6.3 错位散斑照相机
错位散斑照相机应具备发现被检工件中最大容许缺陷的能力。宜使用像素数不低于1024×
1024、模数转换（A/D)不低于12位的CCD摄像机。错位散斑照相机应具有设定错位量的功能。激光器宜集成在错位照相机上，改善检测系统的整体性。
6.4调节与控制装置
错位散斑照相机应有四个基本调节功能。能够实现镜头在水平和垂直两个方向的摆动以方便镜头对准被检测区域；能够调节镜头光圈的大小以获得合适的光强和散斑效果；能够调整镜头焦距并对焦，获得适当大小的检测面积和清晰的散斑图像；能够控制错位量，产生所设定角度和距离的一对错位图像。激光控制器能够控制激光束水平和垂直方向的变化，便其对准被测表面，同时采用适当的滤波及扩束光学装置使被测表面获得均匀的激光照明。 6.5图像处理计算机
图像处理计算机用于数字图像的获取、处理和存储，通过软件的不同运算功能得到各种检测图像，
计算机应具有连续获取和处理图像的能力，以产生检测所需的全场实时图像。软件宜具有图像拼接功能，拼接局部的分区图像，获得被检测件的整体检测结果 6.6加载装置 6.6.1加载装置用于对被检测工件进行加载，使工件产生微小的非破坏性变形。可包含多种类型，如真空加载装置、热加载装置、声加载装置、机械振动加载装置等，以适应检测需求。 6.6.2真空加载装置由密封真空室、抽真空装置以及位于真空室与大气压之间的真空阀组成。真空室中的压强差变化范围宜在1kPa～14kPa之间。 6.6.3热加载装置对工件检测区域加热，使工件表面温度升高的装置。常用的有高强度石英灯和热吹风机。 6.6.4声加载装置利用声学装置（如喇叭)对被检工件产生激振，此装置由信号发生器、信号放大器和声学驱动三部分组成， 6.6.5机械振动加载装置。机械固定或真空吸附的压电陶瓷（PZT)可以作为振动加载装置。该装置由信号发生器、功率放大器和P乙T组成。该装置是由信号发生器产生正弦或其他波型，通过功率放大器驱动PZT，产生所需振幅的振动，并将该振动传至被检工件。
7检测准备
7.1对比试块 7.1.1对比试块的制作应采用与被检工件相同或相近的材料、结构和工艺，并根据验收条件所限定的缺陷类型及大小确定人工缺陷的类型和尺寸。激光错位散斑检测用对比试块常见制作方法参见附录B。 7.1.2对比试块应做编号和登记，建立管理档案，并保存图纸等资料。 7.1.3对比试块使用后应妥善保管。 7.1.4对比试块宜采用超声C扫描和射线照相等方法进行验证，评定预制缺陷的位置、大小及状态，识
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