СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G01B9/02 G01B11/16 

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для определения внутренних остаточных напряжений в металлических конструкциях в любых отраслях промышленности.

Определение и знание напряженно-деформированного состояния ответственных конструкций и деталей машин позволяет принимать предупреждающие действия. С этой целью было разработано множество способов контроля остаточных напряжений, отличных по техническим характеристикам. Выбор способов во многом определяется стоящими задачами: внедрение или отработка новой технологии предполагает возможность лабораторных испытаний, периодический контроль качества часто проводится в производственном цеху; контроль при ударной обработке можно локализовать в приповерхностной зоне, в то же время, контроль вибрационной обработки желательно проводить по толщине; отработка технологии повышения усталостной прочности предполагает контроль характера перераспределения остаточных напряжений, оценка технологии по уменьшению деформаций и повышению размерной стабильности требует знания абсолютных значений остаточных напряжений; остаточные напряжения от сварки имеют сложный характер распределения как по мере удаления от сварного шва, так и по толщине материала, остаточные напряжения от дробеструйной обработки расположены в приповерхностном слое.

Методы оценки напряженно-деформированного состояния подразделяются на расчетные и экспериментальные. Расчетные методы основаны на различных упрощениях, и, с учетом неопределенности исходных данных, могут приводить к значительным погрешностям, и не позволяют учитывать перераспределение остаточных напряжений на различных этапах изготовления (монтаж в более крупную СК, термическая или вибрационная обработка, механическое удаление припусков, приложение нагрузок) или в процессе эксплуатации. Поэтому, для объективной оценки предпочтительно использование экспериментальных методов (Прилуцкий М.А. Методы определения напряженно-деформированного состояния сварных металлоконструкций. Обзор // Сварка и диагностика, 2007. №1. С. 17-21; Rossini N.S., Dassisti М., Benyounis K.Y., Olabi A.G. Methods of measuring residual stresses in components // Materials and Design, 2012. №35. P. 572-588).

Способ тензометрии с установкой тензорезисторов до процесса, вызывающего появление, перераспределение или снятие внутренних остаточных напряжений, позволяет получать абсолютные значения напряжений без разрушения конструкции, отличается большим практическим опытом применения, однако в случае, когда процесс уже произведен, неприменим. Разрушающие способы применимы для лабораторных исследований на образцах-свидетелях при оценке внедряемых технологий, а также для построения зависимостей информативного параметра для физических методов контроля и мало подходит к оценке остаточных напряжений в реальных конструкциях. Физические способы имеют в качестве основного преимущества сохранение исследуемого объекта контроля без разрушений, но требуют либо определение зависимостей информативного параметра от напряжения, либо определение констант материала, что делает их трудоемкими и молоточными. Способы дифрактометрии, а именно рентгеновская, синхротронная и нейтронная, хорошо подходят для материалов с равномерной мелкокристаллической структурой, и малоприменимы, например, для нагартованного металла с вытянутыми дендритами или для сварных конструкций с характерной литой структурой сварного шва. Синхротронная и нейтронная дифрактометрии ограничены лабораторными исследованиями малогабаритных конструкций. Кроме того, нейтронная и синхротронная дифрактометрии требуют более дорогого оборудования и высококвалифицированных специалистов. Рентгеновская дифрактометрия ограничивается контролем поверхностного слоя в несколько микрон, что делает ее малопригодной для контроля, например, сварных конструкций. Акустические способы сравнительно недороги, мобильны и определяют интегральное значение напряжений по толщине, но имеют сложности с определением сложнонапряженного состояния и невысокую точность. Магнитные способы ограничены ферромагнитными материалами, имеют невысокую точность требуют проводить трудоемкую калибровку зависимостей информативного параметра, поэтому их применение ограничивается определением характера распределения напряжений по поверхности. Недостатки и достоинства резистивного электроконтактного способа сопоставимы с магнитными, однако он применим для немагнитных материалов. Способ твердости отличается простотой и доступностью, но также основан на предварительном нахождении зависимостей и ограничен приповерхностным слоем, имеет низкую точность. Способы оптической интерферометрии, как голографической, так и спекл-, подходят для определения остаточных напряжений на реальных конструкциях, и, поскольку они являются частично разрушающими, то требуют лишь незначительного ремонта, заключающегося в заварке или заделке отпечатка от индентора, канавки от фрезы или отверстия от сверла, а в ряде случаев не требуют ремонта вовсе (Пономарев К.Е., Стрельников И.В. К вопросу выбора экспериментального метода оценки остаточных напряжений в сварных конструкциях // Сварка и Диагностика. 2018. №2. С. 29-34).

В настоящее время наибольшее применение находит способ определения внутренних остаточных напряжений с применением лазерной, и в частности спекл-интерферометрии, в сочетании с получением зондирующих отверстий. Сущность способа заключается в освещении исследуемой поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, записи первого кадра на цифровую видеокамеру, провоцировании локальной релаксации напряжения при удалении части материала со стороны освещаемой поверхности путем выполнения зондирующего несквозного отверстия в заданной точке, освещении поверхности, претерпевшей релаксацию в зоне отверстия и проявившейся в виде поля перемещений точек поверхности, излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, записью второго кадра на цифровую видеокамеру, формировании спекл-интерферограммы путем поточечного вычитания второго кадра из первого, подсчете числа интерференционных полос на интерферограмме, определении номинального значения остаточного напряжения по результатам подсчета числа интерференционных полос, определение абсолютной погрешности остаточного напряжения из условия определения числа полос с точностью в одну полосу интерферограммы в сторону увеличения от номинального значения (И.С. Клименко. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М.: «Наука», 1985, с. 224).

Способ определения внутренних остаточных напряжений с применением лазерной интерферометрии в сочетании с получением зондирующих отверстий реализуется в устройствах, содержащих лазер для формирования интерферограммы, установленный на пути его луча светоделитель, выполненный из прозрачного стекла, выполненное в виде цифровой видеокамеры средство регистрации лучей лазера, отраженных от светоделителя и поверхности изделия, и объектив, установленный перед средством регистрации лучей лазера. Как правило, устройство объединяется корпусом. Корпус, в свою очередь, имеет крепление или опоры либо на поверхности конструкции, либо на жестко связанной с конструкцией плитой. Таким образом, обеспечивается возможность получения представленных в цифровом виде, в виде кадров, интерферограмм до и после выполнения зондирующего отверстия, и последующее формировании спекл-интерферограммы путем поточечного вычитания второго кадра из первого (Антонов А.А., Капустин О.Е. Оптико-электронный интерферометр для измерения остаточных напряжений // Технология машиностроения. 2008. №3. С. 45-52).

Известны способ и устройство для проведения в реальном времени неразрушающих измерений остаточных напряжений в исследуемой зоне объекта с использованием технологии оптической голографической интерферометрии (RU 2002113768).

Способ заключается в предварительной записи голограммы исследуемой зоны объекта в ее исходном состоянии, после чего осуществляют снятие остаточных напряжений на небольшом участке в пределах исследуемой зоны объекта перед формированием интерферограммы исследуемой зоны и определяют по интерферограмме нормальные составляющие смещения поверхности в точке на границе участка со снятыми остаточными напряжениями, снятие которых производят, подвергая поверхность на указанном небольшом участке в пределах исследуемой зоны объекта воздействию сильного электрического импульса.

Устройство содержит оптический модуль, в состав которого входят источник когерентного излучения, топографический интерферометр и регистрирующая среда. В состав устройства входит блок для снятия остаточных напряжений на небольшом участке в пределах исследуемой зоны объекта и средства для закрепления оптического модуля на объекте. Блок для снятия остаточных напряжений выполнен в виде электронного устройства, содержащего питающий электрод, интегрированный в оптический модуль с возможностью перемещения между верхним отведенным положением и нижним положением, соответствующим установлению электрического контакта между указанным питающим электродом и исследуемой зоной объекта для подачи импульса сильного электрического тока к поверхности объекта на небольшом участке в пределах исследуемой зоны.

Недостатком известного способа и устройства является недостаточно высокая точность определения остаточных напряжений. Это связано с тем, что импульс сильного электрического тока осуществляет снятие остаточных напряжений не до конца. Также недостатком способа и устройства является наличие абсолютной погрешности при измерении остаточного напряжения в полосу интерферограммы в стороны увеличения от номинального значения.

Известно голографическое устройство для определения внутренних остаточных напряжений (SU 1711544).

Устройство содержит источник когерентного излучения, полый корпус с отверстием для ввода излучения, узел для позиционирования корпуса с тремя шаровидными опорами, голографический интерферометр с оптической схемой записи голограмм во встречных пучках, установленный в корпусе, и блок создания напряженно-деформированного состояния. Для расширения эксплуатационных возможностей, оно снабжено основанием в виде плиты с центральным отверстием, на одной из поверхностей которой выполнено три углубления для фиксации шаровидных опор корпуса и стержневых опор, предназначенных для установки основания на поверхности объекта и размещенных в плите с возможностью регулирования и фиксации своей длины. Интерферограмма фиксируется на фотопластине. Блок удаления объема металла может устанавливаться на опорное основание взамен топографического интерферометра. Точность вторичной установки интерферометра обеспечивается за счет радиальных пазов и шаровидных опор.

Недостатками устройства являются невозможность получения информации в цифровом виде, пригодном для обработки ее на компьютере, поскольку информация записывается на стеклянной фотопластине. Также недостатком такого устройства и способа, реализуемого в данном устройстве, является наличие абсолютной погрешности при измерении остаточного напряжения величиной в полосу интерферограммы в стороны увеличения от номинального значения.

Известно голографическое устройство для определения внутренних остаточных напряжений (SU 953438), содержащее блок для создания напряженно-деформированного состояния и измеритель деформации, выполненный в виде топографического интерферометра. Блок для создания напряженно-деформированного состояния и все оптические элементы, составляющие оптическую схему интерферометра, закреплены на корпусе устройства. Регистрация интерферограммы осуществляется с помощью фотопластин. Недостатками известного устройства являются громоздкость устройства, ограничивающее его применение на реальных конструкциях, сложность в настройке оптической схемы. Также недостатком такого устройства и способа, реализуемого в данном устройстве, является наличие абсолютной погрешности при измерении остаточного напряжения величиной в полосу интерферограммы в стороны увеличения от номинального значения.

Наиболее близким по технической сущности к первому изобретению является способ определения внутренних остаточных напряжений, заключающийся в освещении поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, записи первого кадра на цифровую видеокамеру, удалении части материала со стороны освещаемой поверхности путем выполнения зондирующего несквозного отверстия, освещении поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, записи второго кадра на цифровую видеокамеру, формировании спекл-интерферограммы путем поточечного вычитания второго кадра из первого, подсчете числа интерференционных полос на интерферограмме, определении номинального значения остаточного напряжения по результатам подсчета числа интерференционных полос, определении абсолютной погрешности остаточного напряжения из условия определения числа полос с точностью в одну полосу интерферограммы в сторону увеличения от номинального значения (Антонов А.А. автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук «Разработка комплекса технических и методических средств для оценки уровня остаточных напряжений в сварных магистральных трубопроводах методом лазерной интерферометрии», 05.02.11, 05.02.10, Москва, 2019, 32 с.).

Наиболее близким по технической сущности ко второму изобретению является устройство для определения внутренних остаточных напряжений, описанное в патенте RU 153777.

Известное устройство для определения внутренних остаточных напряжений содержит лазер, установленный на пути его луча светоделитель и объектив, установленный перед средством регистрации лучей лазера, отраженных от светоделителя и поверхности изделия, при этом светоделитель выполнен из прозрачного стекла и установлен с возможностью его углового смещения, относительно падающего на него луча лазера, а средство регистрации лучей лазера, отраженных от светоделителя и поверхности изделия, выполнено в виде цифровой видеокамеры.

Недостатком известных технических решений является наличие абсолютной погрешности при измерении остаточного напряжения величиной в полосу интерферограммы в стороны увеличения от номинального значения.

Технической проблемой, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является повышение точности измерения остаточных напряжений.

Указанная техническая проблема решается тем, что в способе определения остаточных напряжений, включающем освещение поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, запись первого кадра на цифровую видеокамеру, удаление части материала со стороны освещаемой поверхности путем выполнения зондирующего несквозного отверстия, освещение поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, записью второго кадра на цифровую видеокамеру, формирование спекл-интерферограммы путем поточечного вычитания второго кадра из первого, подсчет числа интерференционных полос на интерферограмме, определение номинального значения остаточного напряжения по результатам подсчета числа интерференционных полос, определение абсолютной погрешности остаточного напряжения из условия определения числа полос с точностью в одну полосу интерферограммы в сторону увеличения от номинального значения, согласно изобретению, формируют две спекл-интерферограммы от лазеров с разными длинами волн излучения, находят области пересечения разброса значений определенных по двум спекл-интерферограммам остаточных напряжений с учетом абсолютной погрешности, нижнюю границу области пересечения принимают за номинально значение, а величину области пересечения - за абсолютную погрешность остаточного напряжения в стороны увеличения от номинального значения.

В предпочтительных вариантах реализации способа:

отношение длин волн излучения лазеров равно 2.

отношение длин волн излучения лазеров равно 3.

отношение длин волн излучения лазеров равно 2 к 3.

отношение длин волн излучения лазеров равно 3 к 4.

Указанная техническая проблема в устройстве для определения остаточных напряжений решается тем, что оно содержит лазер для формирования интерферограммы, установленный на пути его луча светоделитель, выполненный из прозрачного стекла, выполненное в виде цифровой видеокамеры средство регистрации лучей лазера, отраженных от светоделителя и поверхности изделия, и объектив, установленный перед средством регистрации лучей лазера, согласно изобретению, устройство снабжено дополнительным лазером для формирования дополнительной интерферограммы, с длиной волны, отличной от первого лазера. В предпочтительных вариантах реализации устройства:

оптические оси лучей лазеров совмещены.

перед средством регистрации установлен сменные узкополосные фильтры, пропускающих излучение соответствующего лазера, используемого для формирования интерферограммы.

оптические оси лучей лазеров направлены под углом друг к другу и под равным углом к поверхности изделия.

для каждого из лазеров перед средством регистрации установлен соответствующий узкополосный фильтр.

Достигаемый технический результат заключается в снижении погрешности измерений остаточных напряжений, обусловленной дискретностью измерения остаточных напряжений при подсчете интерференционных полос.

Сущность группы изобретений поясняется описанием примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где:

на фиг. 1 представлен общий вид устройства для определения остаточных напряжений;

на фиг. 2 - алгоритм определения погрешности остаточного напряжения;

на фиг. 3 - выполнение устройства с совмещенными оптическими осями лучей лазеров;

на фиг. 4 - выполнение устройства, где оптические оси лучей лазеров совмещены и перед средством регистрации установлен комплект сменных узкополосных фильтров, пропускающих излучение соответствующего лазера, используемого для формирования интерферограммы;

на фиг. 5 - выполнение устройства, где оптические оси лучей лазеров направлены под углом друг к другу, и под одинаковым углом к поверхности изделия, а устройство снабжено светоделителем, объективом и средством регистрации лучей лазера для каждого из лазеров;

на фиг. 6 - выполнение устройства, где оптические оси лучей лазеров направлены под углом друг к другу, но под одинаковым углом к поверхности изделия, а устройство снабжено светоделителем, объективом, узкополосным фильтром и средством регистрации лучей лазера для каждого из лазеров.

на фиг. 7 - спекл-интерферограммы: А - от лазера с длиной волны λ=650 нм; Б - от лазера с длиной волны λ=532 нм.

Позициями на фиг. 1-7 обозначены:

1 - первый лазер;

2 - второй лазер;

3 - светоделитель;

4 - исследуемая поверхность;

5 - объектив;

6 - средство регистрации, выполненное в виде цифровой видеокамеры;

7 - одностороннее зеркало;

8 - комплект сменных узкополосных фильтров;

9 - узкополосный фильтр первого лазера;

10 - узкополосный фильтр второго лазера;

11 - светоделитель первого лазера;

12 - светоделитель второго лазера;

13 - объектив первого лазера;

14 - объектив второго лазера;

15 - средство регистрации первого лазера;

16 - средство регистрации второго лазера.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретений, представлены ниже.

Сущность группы изобретений состоит в том, что освещают исследуемую поверхность 4 лазерами 1 и 2 с разными длинами волн излучения λ₁ и λ₂, предварительно рассеянных на опорный и предметный лучи посредством установленного на пути луча светоделителя 3, выполненного из прозрачного стекла, фокусировкой опорного и предметного лучей посредством объектива 5, записывают первый кадр от соответственно лазеров 1 и 2 средством регистрации, выполненного в виде цифровой видеокамеры 6, при этом кадр состоит множества точек, или спеклов, являющихся устойчивыми областями с повышенной и пониженной яркостью, образующихся при отражении излучения лазера от микронеровностей поверхности. Затем провоцируют локальную релаксацию напряжения σ_действ путем удаления части материала со стороны освещаемой поверхности 4 при выполнении зондирующего несквозного отверстия диаметром D и глубиной h. Соответственно, релаксация проявляется в виде поля перемещений w точек: происходит «разгрузка» материала в зоне отверстия. Снова освещают претерпевшую релаксацию поверхность 4 лазерами 1 и 2 с разными длинами волн излучения λ₁ и λ₂, предварительно рассеянных на опорный и предметный лучи посредством установленного на пути луча светоделителя 3, выполненного из прозрачного стекла, фокусировкой опорного и предметного лучей посредством объектива 5, записывают второй кадр от соответственно лазеров 1 и 2 средством регистрации, выполненного в виде цифровой видеокамеры 6. Затем, путем поточечного вычитания второго кадра из первого формируют спекл-интерферограмму, являющуюся результатом интерференции спеклов и представляющую собой систему темных полос, отделенных между собой светлыми промежутками. Подсчитывают число интерференционных полос N₁ и N₂ на соответствующей интерферограмме, определяют номинальное значение остаточного напряжения по результатам подсчета числа интерференционных полос по формуле на соответствующей интерферограмме, определяют абсолютную погрешности остаточного напряжения по формуле на соответствующей интерферограмме из условия определения числа полос с точностью в одну полосу интерферограммы в сторону увеличения от номинального значения, находят области пересечения разброса значений определенных по двум спекл-интерферограммам остаточных напряжений с учетом абсолютной погрешности, нижнюю границу области пересечения принимают за номинально значение, а величину области пересечения - за абсолютную погрешность остаточного напряжения в стороны увеличения от номинального значения (Фиг. 1).

Резюмируя, можно отметить, что в случае нахождения величины остаточных напряжений спекл-интероферометрией с зондирующим глухим отверстием с применением двух лазеров с разными длинами волн излучения погрешность, в зависимости от соотношения длин волн и расположения чисел полос, масштабированных с учетом цены деления, может принимать значения от нуля до величины полосы спекл-интерферограммы лазера с меньшей длиной волны.

Соответственно, задавая отношение длин волн излучения лазеров, можно добиваться соответствующего изменения точности измерения остаточного напряжения. Действительно, отношение числа полос спекл-интерферограммы обратно отношению длин волн. Имеем и . Приравнивая перемещение, получаем . Или . Таким образом, при отношении длин волн излучения лазеров равным 2, отношение числа полос будет 1 к 2; при отношении длин волн 3, 2 к 3, 3 к 4, отношение числа полос будет 1 к 3, 3 к 2, 4 к 3 соответственно.

Лазеры могут включаться последовательно до и после выполнения зондирующего отверстия. В данном случае будет исключена погрешность от излучения лазера не участвующего в формировании соответствующей интерферограммы, а также необходимость узкополосного фильтра сведется к устранению паразитных засветок, вызванных внешним естественным освещением.

Определение остаточного напряжения при формировании спекл-интерферограмм от лазеров с разными длинами волн излучения λ₁ и λ₂ можно представить схематично. Слева представлены данные спекл-интерферограммы для лазера 1, справа - для лазера 2: соответственно число интерференционных полос N₁ и N₂ взяты с вертикальным «масштабом», определяемым ценой деления. Также указано условный уровень N_действ, соответствующий величине действительных остаточных напряжений σ_действ в металле. Очевидно, что область пересечения разброса значений остаточных напряжений с учетом абсолютной погрешности для лазеров 1 и 2 меньше, разброса значений каждого из лазеров (Фиг. 2).

Оптические оси лучей лазеров 1 и 2 могут быть совмещены: например при помощи одностороннего зеркала 7, отражающие лучи лазера 1 направленные под углом к отражающей поверхности зеркала 7 и совмещающие с оптической осью лазера 2 и пропускающего лучи лазера 2 с обратной стороны зеркала (Фиг. 3). Использование двух лазеров, если не принять надлежащих мер, может вносить погрешности в регистрацию интерферограмм, поскольку спектральная характеристика регистрирующей видеокамеры позволяет фиксировать весь видимый спектр. Поэтому, установка перед средством регистрации узкополосного фильтра, пропускающего только излучение лазера, используемого для формирования соответствующей интерферограммы позволяет устранить не только отрицательное влияние наличия дополнительных лазеров, но и устранить паразитные засветки, вызванные внешним естественным освещением. Поэтому перед средством регистрации 6 может быть установлен комплект сменных узкополосных фильтров 8, состоящий из узкополосного фильтра 9 для лазера 1 и узкополосного фильтра 10 для лазера 2 (Фиг. 4).

Оптические оси лучей лазеров 1 и 2 могут быть направлены под углом α друг к другу, но под одинаковым углом β к поверхности изделия 4, а устройство снабжено светоделитель 11 лазера 1, светоделителем 12 лазера 2, объективом 13 лазера 1, объективом 14 лазера 2, средством регистрации 15 лазера 1, средством регистрации 16 лазера 2 (Фиг. 5). Использование двух лазеров, если не принять надлежащих мер, может вносить погрешности в регистрацию интерферограмм, поскольку спектральная характеристика регистрирующей видеокамеры позволяет фиксировать весь видимый спектр. Поэтому, установка перед средством регистрации узкополосного фильтра, пропускающего только излучение лазера, используемого для формирования соответствующей интерферограммы позволяет устранить не только отрицательное влияние наличия дополнительных лазеров, но и устранить паразитные засветки, вызванные внешним естественным освещением. Поэтому перед средствами регистрации 15 и 16 может быть установлены узкополосный фильтр 9 для лазера 1 и узкополосный фильтр 10 для лазера 2 (Фиг. 6).

Пример. Исследовали образцы типа пластина из стали 09Г2С толщиной 6 мм. Были получены две спекл-интерферограммы при зондирующем отверстии диаметром 3 мм и глубиной по цилиндрической части 1,5 м: А - с помощью лазера с длиной волны λ=650 нм; Б - с помощью лазера с длиной волны λ=532 нм. На интерферограмме А ниже отверстия видны две темные интерференционные полосы (N=2); на интерферограмме Б три темные интерференционные полосы (N=3). Цены одной интерференционной полосы для стали с модулем упругости 210 ГПа следующие:

- для λ=650 нм σ_ц.д.=36,4 МПа

- для λ=532 нм σ_ц.д.=29,79МПа.

Расшифровка спекл-интерферограмм дает следующие результаты.

Интерферограмма А: σ_действ=72,8+K*36,4, где К лежит в диапазоне от 0 до 0,99. Соответственно σ_действ=от 72,8 до 108,8 МПа

Интерферограмма Б: σ_действ=89,37+K*29,79, где К лежит в диапазоне от 0 до 0,99. Соответственно σ_действ=от 89,37 до 118,9 МПа.

Таким образом, максимальная погрешность при подсчете по спекл-интерферограмме А (λ=650 нм) составила 108,8-72,8=36,0 МПа, по спекл-интерферограмме Б (λ=532 нм): 118,9-89,37=29,5 МПа, а при подсчете по предлагаемому способу - по двум спекл-интерферограммам А и Б: 108,8-89,37=19,43 МПа (Фиг. 7: А и Б).

Таким образом, предлагаемые способ определения остаточных напряжений путем формирования двух спекл-интерферограмм от лазеров с разными длинами волн излучения, нахождения области пересечения разброса значений определенных по двум спекл-интерферограммам остаточных напряжений с учетом абсолютной погрешности, принятия нижней границы области пересечения за номинально значение, а величины области пересечения - за абсолютную погрешность остаточного напряжения в стороны увеличения от номинального значения и устройство для его осуществления путем снабжения интерферометра дополнительным лазером для формирования дополнительной спекл-интерферограммы, с длиной волны, отличной от первого лазера позволяют повысить точность при определении остаточных напряжений в металлических конструкциях.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа определения внутренних остаточных напряжений. Способ включает в себя освещение поверхности излучением лазера, рассеянного на опорный и предметный лучи, формирование спекл-интерферограмм путем вычитания записанных на видеокамеру кадров, полученных до и после выполнения зондирующего несквозного отверстия, и определение значения остаточного напряжения по результатам подсчета числа интерференционных полос с точностью в одну полосу интерферограммы в сторону увеличения. Для повышения точности измерений формируют две спекл-интерферограммы от лазеров с разными длинами волн излучения и находят области пересечения разброса значений, определенных по двум спекл-интерферограммам остаточных напряжений с учетом абсолютной погрешности. Нижнюю границу области пересечения принимают за номинальное значение, а величину области пересечения за абсолютную погрешность остаточного напряжения в стороны увеличения от номинального значения. Технический результат заключается в снижении погрешности измерений, обусловленной дискретностью измерения остаточных напряжений при подсчете интерференционных полос. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ определения внутренних остаточных напряжений, включающий освещение поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, запись первого кадра на цифровую видеокамеру, удаление части материала со стороны освещаемой поверхности путем выполнения зондирующего несквозного отверстия, освещение поверхности излучением лазера, предварительно рассеянного на опорный и предметный лучи, записью второго кадра на цифровую видеокамеру, формирование спекл-интерферограммы путем поточечного вычитания второго кадра из первого, подсчет числа интерференционных полос на спекл-интерферограмме, определение значения остаточного напряжения по результатам подсчета числа интерференционных полос с точностью в одну полосу интерферограммы в сторону увеличения, отличающийся тем, что с целью повышения точности формируют две спекл-интерферограммы от лазеров с разными длинами волн излучения, находят области пересечения разброса значений определенных по двум спекл-интерферограммам остаточных напряжений с учетом абсолютной погрешности, нижнюю границу области пересечения принимают за номинальное значение, а величину области пересечения - за абсолютную погрешность остаточного напряжения в стороны увеличения от номинального значения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение длин волн излучения лазеров равно 2.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение длин волн излучения лазеров равно 3.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение длин волн излучения лазеров равно 2 к 3.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение длин волн излучения лазеров равно 3 к 4.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до и после выполнения зондирующего отверстия осуществляют последовательное включение лазеров.

7. Устройство для определения внутренних остаточных напряжений, содержащее лазер для формирования спекл-интерферограммы, установленный на пути его луча светоделитель, выполненный из прозрачного стекла, выполненное в виде цифровой видеокамеры средство регистрации лучей лазера, отраженных от светоделителя и поверхности изделия, и объектив, установленный перед средством регистрации лучей лазера, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным лазером для формирования дополнительной спекл-интерферограммы, с длиной волны, отличной от первого лазера.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что оптические оси лучей лазеров совмещены.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что перед средством регистрации установлены сменные узкополосные фильтры, пропускающие излучение соответствующего лазера, используемого для формирования спекл-интерферограммы.

10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что оптические оси лучей лазеров направлены под углом друг к другу и под равным углом к поверхности изделия.

11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что для каждого из лазеров перед средством регистрации установлен соответствующий узкополосный фильтр.