DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-03-89-99
УДК 535.417
Владимир Валерьевич Сементин1, Анастасия Павловна Погода2, Виктор Михайлович Петров3, Иван Сергеевич Хахалин4, Евгений Эдуардович Попов5, Наталья Леонидовна Истомина6, Анатолий Сергеевич Борейшо7
1, 2, 4, 5, 7Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Россия
3Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
6Московский государственный университет геодезии и картографии, Москва, Россия
1sementin.vladimir.v@gmail.com https//orcid.org/0000-0003-4267-5009
2pogoda_ap@voenmeh.ru https//orcid.org/0000-0001-6703-668X
3vikpetroff@mail.ru https//orcid.org/ 0000-0002-8523-0336
4khakhalin_is@voenmeh.ru https//orcid.org/0000-0003-3298-6313
5popov _ee@voenmeh.ru https//orcid.org/0000-0002-3038-0652
6photonics@gpad.ac.ru https//orcid.org/0000-0001-6008-1226
7boreisho_as@voenmeh.ru https//orcid.org/ 0000-0002-3245-9321
Аннотация
Предмет исследования. Проведено исследование цифровой голографической системы послойного контроля качества детали в аддитивном производстве, которая определяет размеры и глубину дефектов на поверхности каждого слоя. Метод. Цифровая голографическая система послойного контроля качества детали в аддитивном производстве работает на основе метода двухдлинноволновой голографической интерферометрии. Цифровая голографическая система основана на интерферометре Майкельсона. Рассматриваемый метод заключается в записи голограмм поверхности каждого слоя детали на двух близких длинах волн. В результате восстановления голограмм определяются комплексные амплитуды объектной волны в плоскости восстановления, которые, в свою очередь, определяют фазы волн и их разность. Разность фаз волн позволяет определить информацию о глубине дефекта поверхности слоя детали. В качестве источника излучения используется перестраиваемый диодный лазер, а в качестве приемника — камера на основе матрицы ПЗС. Основные результаты. Представлены результаты исследования поверхностей деталей аддитивного производства с использованием метода двухдлинноволновой голографической интерферометрии. При этом имеется возможность распознавания больших по размеру неоднородностей с помощью развертывания фазовой картины. Продемонстрирована возможность регистрации дефектов поверхности размером 25 мкм. Представлены восстановленная поверхность детали, изготовленной методом лазерного спекания последовательно каждого слоя на аддитивной установке селективного лазерного сплавления М250, и восстановленная поверхность макроскопического объекта миллиметрового масштаба. Практическая значимость. Показана возможность применения цифровой голографической системы контроля качества детали в промышленности, в частности, аддитивных технологиях. Критерий качества детали — это отсутствие дефектов (каверн, выступов) размером 25 мкм и более.
Ключевые слова: двухдлинноволновая цифровая интерферометрия, LiSrAlF6Cr3+, цифровая голография, разрешающая способность, развертывание фазы
Благодарность: работа выполнена в ФГБОУ ВО БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (доп. соглашение от 09.06.2020 № 075-03-2020-045/2 на выполнение базовой части государственного задания «Разработка фундаментальных основ создания и управления группировками высокоскоростных беспилотных аппаратов космического и воздушного базирования и группами робототехнических комплексов наземного базирования»).
Ссылка для цитирования: Сементин В.В., Погода А.П., Петров В.М., Хахалин И.С., Попов Е.Э., Истомина Н.Л., Борейшо А.С. Цифровая голографическая система послойного контроля качества детали аддитивного производства // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 3. С. 89–99. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-03-89-99
Коды OCIS: 090.1995, 090.2880, 090.5694, 100.5088
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Duda T. 3D metal printing technology // IFAC-PapersOnLine. 2016. V. 49. № 29. P. 103–110.
2. Plessus A. Effects of defects on mechanical properties in metal additive manufacturing: A review focusing on X-ray tomography insights // Materials & Design. 2019. V. 187. P. 108385.
3. Tahara T. Digital holography and its multidimensional imaging applications: A review // Microscopy. 2018. V. 67. № 2. P. 55–67.
4. Гусев М.Е. Методы цифровой голографической интерферометрии и их применение для измерения наноперемещений // Наносистемы: физика, химия, математика. 2011. Т. 2. № 1. С. 23–39.
5. Khoo T.C. Dual wavelength digital holographic imaging of layered structures // Opt. Commun. 2019. V. 458. № 7. P. 124793.
6. Kühn J. Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram acquisition // Opt. Exp. 2007. V. 15. № 12. P. 7231–7242.
7. Ifflander R. Solid-state lasers for materials processing. Schramberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001. 400 p.
8. Гендин В.Г. Цифровая голографическая микроскопия: современные методы регистрации голограмм микрообъектов // Научно-техн. Вест. информационных технологий, механики и оптики. 2012. Т. 3. № 79. С. 19–27.
9. Xu J. Digital domain dynamic path accumulation method to compensate for image vibration distortion for CMOS-time-delay-integration image sensor // Opt. Eng. 2020. V. 59. № 10. P. 103101.
10. Кузнецов Р.А. Разработка системы неразрушающего контроля на основе методов цифровой голографической интерферометрии // Автореф. канд. дис. Новосибирск: НГТУ, 2013. 117 с.
11. Liu C. Elimination of zero-order diffraction in digital holography // Opt. Eng. 2002. V. 41. P. 2434–2437.
12. Martinez-Carranza J. Fast and accurate phase-unwrapping algorithm based on the transport of intensity equation // Appl. Opt. 2017. V. 56. № 25. P. 7079–7088.
13. Popov E.E. Lamp pumped LiSrAlF6:Cr laser with Bragg grating // J. Phys.: Conf. Series. IOP Publishing. 2019. V. 1399. № 2. P. 022030.
14. Петров В.М. LiSrAlF6:Cr лазер с решеткой Брэгга: перестройка и генерация двух длин волн // Тез. докл. XVIII Междунар. конф. «HOLOEXPO 2021». Геленджик, 2021. С. 77–82.
15. El-Schich Z. Holography: The usefulness of digital holographic microscopy for clinical diagnostics // Holographic materials and optical systems / ed. by Intech. 2017. P. 319–333.
16. Claus D. High-resolution digital holography utilized by the subpixel sampling method // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 24. P. 4711–4719.
