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全息干涉测量技术在轮胎无损检测中的应用与实践

日期:2025-07-29 浏览:32

全息干涉测量技术在轮胎无损检测中的应用与实践

对于轮胎而言,无论是新品鉴定还是旧胎翻新评估,其内部结构的完整性都是安全的关键。然而,如何以无损、高灵敏度的方式探查到轮胎内部可能存在的脱层、气泡或夹杂物等隐蔽缺陷,一直是品控和安全评估领域的重要课题。全息干涉测量技术(Holographic Interferometry)为此提供了一种精妙的解决方案,它能够精确揭示轮胎在微小载荷下的表面形变,从而反推出内部结构的健康状况。

其核心原理在于“差分比较”。通过在同一张全息底片上记录轮胎在两种不同状态下的光学信息,并让这两个信息波阵面发生干涉。

第一个状态是轮胎的初始静置态。此时记录的全息图,其干涉条纹忠实地反映了轮胎原始的表面轮廓。

第二个状态则是对轮胎施加一个微小的、可控的外部载荷(如轻微充气、抽真空或加热)。载荷会引起轮胎表面产生微米级的位移,轮廓随之发生细微变化,记录下的第二个全息图的干涉条纹也因此移动。

当这两个保存了各自振幅和相位的波阵面再现并叠加时,就会产生新的干涉条纹图。如果轮胎内部结构均匀、无缺陷,其表面在外力作用下的形变是连续且可预测的,生成的干涉条纹将平滑、宏观,与轮胎整体轮廓变化协调一致。反之,若内部存在缺陷,该区域的刚度会与周边不同,导致局部应变率出现异常。这种异常会直接体现在干涉条纹上,表现为条纹的局部加密、扭曲或中断。正是通过解读这些条纹的“畸变”,我们便能精准定位并评估内部缺陷的位置与大小。

观察微差表面位移的方法

要捕捉到这种微米级的变化,主要有两种技术路径:

  1. 实时观察法:先拍摄并处理好轮胎初始状态的全息图,然后将其精确地放回原位——这一点在操作上极具挑战性。更实用的做法是采用可在原位进行显影定影的底片。之后,对轮胎施加载荷,通过这张“基准”全息图实时观察受力轮胎表面干涉条纹的动态演变。

  2. 二次曝光法:这是一种更为常用且稳健的方法。它在同一张底片上,先后对轮胎的两种不同应力状态进行两次曝光记录。当这张底片被再现时,两个状态的图像便会同时显现并自动产生干涉,直接形成一幅包含了形变信息的差分干涉图。

轮胎的加载方法

为了诱发能够被检测到的表面形变,必须对轮胎施加适当的载荷。常用的加载方式包括:

  • 真空法:将轮胎置于密封的真空室内,先在某一气压下(如常压)拍摄第一次全息图,然后对真空室减压,使轮胎内外产生压差而微量膨胀,待稳定后拍摄第二次。
  • 压力差法:直接对充气轮胎进行操作。先在初始气压下完成第一次曝光,然后微调胎压(增加或减少),再进行第二次曝光。
  • 加热法:利用热胀冷缩原理。通过对轮胎表面进行轻微、均匀的加热,在加热前后分别拍摄全息图,由温度变化引起的形变来揭示内部缺陷。

对摄制系统的要求

要成功获取清晰、可信的全息干涉图,整个检测系统必须满足一系列苛刻的条件。

  • 稳定性:由于通常采用连续激光器,曝光时间相对较长。在此期间,任何来自环境的振动或系统组件的微小位移,都会导致底片上的干涉条纹模糊甚至消失。因此,一个高稳定性的隔振平台是实验成功的基础。
  • 光源:光源的相干性至关重要。它要求激光具有良好的单色性、足够的能量和稳定性,且相干长度必须大于被测物体(轮胎)的尺寸,以确保从物体不同部分反射的光能够有效干涉。氦-氖(He-Ne)气体激光器因其出色的相干性而成为常用选择。
  • 记录介质:用于记录全息图的底片需要具备极高的分辨率来分辨精细的干涉条纹,同时感光速度要快以缩短曝光时间。在工业检测应用中,能够多次重复使用的光致热塑记录材料等也是理想的选择。
  • 光路布置:光路设计是一个精密的几何问题。特别是对于轮胎这样的大尺寸、曲面物体,如何合理布置参考光与物光,确保整个被测表面都被有效照亮并能与参考光形成良好干涉,需要精心的规划与反复的调试。

要获得一张信噪比高、结果可靠的图谱,对样品制备、设备参数配置都有极高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

精工博研测试技术(河南)有限公司(原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心),央企,国字头检测机构,专业的权威第三方检测机构,专业检测轮胎无损检测,可靠准确。欢迎沟通交流,电话19939716636

延伸技术:激光散斑剪切干涉法

在全息干涉的基础上,还发展出了更为直接和高效的检测技术,例如由李忠智等人应用于飞机橡胶内胎无损检测的激光散斑剪切干涉法(Shearography)。

该方法通过一个特殊的剪切相机(在镜头前放置一块光楔)对物体表面进行成像。这个光楔能将物体上一点的光与其邻近一点的光错开一个微小的“剪切量”,使它们在像面上叠加。当物体变形时,这两点之间的相对位移会发生变化,从而改变干涉结果。

具体操作流程是:对内胎充气施加预应力,然后放气使其在常压下发生形变。利用剪切相机对形变前后的激光散斑场进行两次曝光。处理得到的双曝光散斑图,再通过傅里叶高通滤波提取高频信号,即可得到一幅对比度极佳的条纹图。

与传统全息干涉测量位移本身不同,散斑剪切干涉法直接测量的是位移的梯度,也就是应变。缺陷处的应变梯度通常远大于正常区域,因此在结果图中会形成独特的、近似对称分布的旋涡状条纹,极易识别和判断。这种方法能够直观地分析出缺陷的部位、深度、大小乃至形状性质,实现了对橡胶内胎高效、精准的无损探伤。

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