Optičke metode ispitivanja - PoMaCoMpomacom.unze.ba/pdf/TPC/07 Optical.pdf · 2016. 3. 30. · 3...

1

Optičkemetodeispitivanja

v.as.mr. Samir Lemešslemes@mf.unze.ba

Laserska mjerenjaOsnovno o laserimaMjerenje dimenzijaMjerenje brzineIspitivanje površineMjerenje deformacija

2

LaserLight Amplification of Stimulated EmissionRadiationPojačanje svjetlosti stimuliranim zračenjemTakva svjetlost je intenzivna, monohromatska (imasamo jednu talasnu dužinu), ravninski polarizovana i veoma stabilna

Laser

3

Podjela laseraKlasa 1: ne proizvode štetno zračenje (laserski printeri)Klasa 2: emituju zračenje u vidljivom spektruKlasa 3a: mogu biti opasni ako se usmjere kroz optičke lećeKlasa 3b: mogu izazvati oštećenje vida i kao reflektovaniKlasa 4: mogu oštetiti kožu i uzrokovati paljenje

Mjerenja dimenzijaMjerenje stacionarnih i pokretnih proizvoda laserskim skenerimaMjerenje stacionarnih i pokretnih proizvoda projekcijom konture na setove fotodiodaMjerenje malih zazora i čestica difrakcijomMjerenje optički zaklonjenih površina (konkavne površine, zubi zupčanika, unutrašnji prečnik otvora)

4

Mjerenja dimenzijaMjerenje dužine, saosnosti i pomjeranja interferometrimaSortiranje proizvodaTrodimenzionalno mjerenje površina pomoću hologramaMjerenje dužine preko mjerenja brzine pokretnih, kontinuiranih proizvoda

Laserski skeneriLaserski skener projektuje lasersku svjetlost na površinu, dok kamera kontinuirano vrši triangulaciju

5

Laserski skeneriKoriste se laseri klase 2Triangulacija:

TriangulacijaLaserska zraka se preko ogledala emituje na objekat koji se skeniraSenzor na poznatoj udaljenosti od lasera registruje reflektovanu zrakuUgao pod kojim svjetlost pada na senzor je poznatNa osnovu sličnosti trouglova računa se položaj tačke

6

Laserski skeneriPored 3D digitalizacije, koriste se za mjerenje debljine, hrapavosti, teksture, istrošenosti, radijusa zakrivljenosti, uglova, zapremine,...

Laserski skeneri

7

Laserski skeneri

Laserska difrakcijaProlaskom svjetla kroz male otvore dolazi do interferencijeOdbijena svjetlost se skuplja na detektoru

8

Laserska difrakcijaProlaskom svjetla kroz čestice različitog oblika dobije se različita slika na detektoru

Laserska difrakcijaTaj fenomen se koristi za mjerenje veličine čestica

9

Interferometri

InterferometriNajčešće se koristi Michelsonov interferometar

10

HolografijaHolografija koristi koherentno svjetlo lasera (dijelovi zrake su fazno pomjereni) da bi se dobila slika interferencijomSlike su trodimenzionalne i mogu se podijeliti na segmente jer svaki segment sadrži cijelu slikuKorištenjem različitih talasnih dužina mogu se skalirati

HolografijaHolografija se koristi za mjerenje deformacija površinaPosmatra se interferencija između noralne površine i iste površine kad je napregnuta

11

Pozicioniranje i centriranjeSistem za podešavanje saosnosti se sastoji od lasera, optike za prelamanje i usmjeravanje svjetlosne zrake, uređaja za mjerenje, prijemnika i elektronike

Pozicioniranje i centriranje

12

Sortiranje proizvodaLasersko ispitivanje je beskontaktno, tako da nema uticaja na proizvodePored mjerenja dimenzija, laseri se koriste za otkrivanje proizvoda koji ne zadovoljavaju dimenzionalno, položajem ili kvalitetom površine

Sortiranje proizvodaVeći broj lasera u sistemu znači veće mogućnosti ispitivanja

13

Sortiranje proizvodaPrimjer upotrebe lasera za mjerenje odstupanja od traženog oblika

ESPIElectronic Speckle Pattern InterferometryDigitalna video holografska tehnika za beskontaktno mjerenje deformacijaCCD kamera registruje odbijenu koherentnu svjetlost iz dva lasera

14

ESPIMogu se vršiti i statička i dinamička mjerenjaSistem posebno mjeri deformacije po X, Y i Z osiProstorno stanje naprezanja se izračunava iz komponenti

ESPIGlavno naprezanje 1Glavno naprezanje 2Tangencijalno naprezanjeVon Mises naprezanje

15

3D optičke metode Shearographyvs. ESPIOpterećenjePrimjer primjeneFotogrametrijaVisokobrzinsko snimanjeOptička mjerenja

Shearography vs. ESPIESPI koristi interferenciju s referentnom površinomShearography koristi sliku koja je razdvojena nakon refleksije

16

Shearography vs. ESPIZa razliku od ESPI, shearography daje gradijent deformacijeManja osjetljivost na pomjeranje

Shearography vs. ESPIIako deformacije mjeri istom osjetljivošću kao i ESPI (30 do 50 nm), shearography ne registruje kruta pomjeranjaZato je značajno smanjena osjetljivost na neželjene uticaje okoline (npr. vibracije) Zato se shearography koristi za terenska NDT ispitivanja

17

Shearography vs. ESPIPrimjer: kad se kompozitna struktura izloži djelovanju toplotnog ili mehaničkog naprezanja, površinski slojevi će se deformisati

OpterećenjeKoriste se sljedeće metode za opterećenje ispitivane strukture:

zagrijavanje (za par stepeni)vakuum (u komori ili portabl)vibracije (piezo rezonatori)mehaničko naprezanje

Shearography se može koristiti u automatskim sistemima i na terenu (portabl setovi za ispitivanje)

18

Princip radaLaserska zraka osvjetljava objekat koji se ispitujeSenzor CCD kamerom registruje reflektovano svjetloOptika senzora udvostručuje i reže sliku i formira interferogram

Princip radaInterferogram se može formirati samo od koherentnog i divergentnog svjetla koje se reflektuje od difuznu površinuPoređenjem interferograma prije i poslije opterećenja, dobija se uzorak sa slikom deformacije

19

Primjer primjeneIspitivanje udarnog oštećenja na metalnoj strukturiPrikaz može biti 3D ili 2D (presjek)Prikazuje se 1. izvod pomjeranja

Primjer primjeneKompozitna ploča sa aluminijskom jezgrom i oblogom od 2 mm karbonskih vlakanaShearography ispitivanje traje oko 2 minute, ultrazvučno traje oko 40 min.

20

Primjer primjeneAutomatsko ispitivanje helikopterskih elisa u vakuumskoj komori

Primjer primjenePrenosivi sistem za ispitivanje na terenu

21

FotogrametrijaTehnika mjerenja objekata (2D ili 3D) iz slika dobivenih video kamerama ili skenerimaObjekat se prije snimanja označi nizom linija ili tačakaNakon toga se izloži deformaciji, a onda se snimaju novi položaji referentnih linija/tačaka

Fotogrametrija

22

Fotogrametrija

Fotogrametrija

23

Fotogrametrija

Visokobrzinsko snimanjeIspitivanje materijala i komponenti korištenjem kamera velike brzine snimanja

24

Visokobrzinsko snimanjeCrash testovi u automobilskoj industriji i dinamičko ispitivanje drugih proizvoda doveli su do potrebe za nvim eksperimentalnim metodamaBeskontaktno lasersko mjerenje je našlo svoju primjenu u ovom području zahvaljujući svojoj brziniKoriste se CMOS kamere brzine od 1 do 3 (i do 50) kHz, rezolucije oko 1 megapiksela

Visokobrzinsko snimanjeIspitivanje epruvete na zateznu čvrstoću (45000 slika u sekundi)Prekid od 1,3 ms je snimljen u 60 koraka

25

Visokobrzinsko snimanjeIspitivanje mobitela na pad (7000 slika u sekundi)

Visokobrzinsko snimanjeCrash test na bočni sudar

26

Visokobrzinsko snimanjeAnaliza deformacija gume projektovanjem linija

Visokobrzinsko snimanje

27

Visokobrzinsko snimanje

Pomjeranje u z-osi

Glavno naprezanje

Optička mjerenjaMjerenje deformacija namještaja optičkim metodama

28

Optička mjerenjaMjerenje deformacija namještaja optičkim metodama

Optička mjerenjaIspitivanje osobina drveta optičkim metodama

29

Optička mjerenjaIspitivanje osobina lijepljenog spoja optičkim metodama

Optička mjerenja3D digitalizacija i provjera dimenzija

30

Optička mjerenja3D digitalizacija i provjera dimenzija

Optička mjerenja3D digitalizacija i provjera dimenzija

31

Optička mjerenja3D digitalizacija i provjera dimenzija