Configuração de shearografia instantânea com fendas paralelas

Abstract

A shearografia é uma técnica óptica de ensaio não-destrutivo apropriada para detectar defeitos subsuperficiais em revestimentos e camadas protetoras aplicadas sobre materiais. É uma solução versátil para controle de qualidade da produção e inspeção de defeitos em peças. É aplicada em uma variedade de setores, incluindo: aeroespacial, automotivo, energia eólica e, mais recentemente, na indústria do petróleo e gás. Há dois princípios para quantificação de dados a partir de imagens da shearografia: extração de fase temporal e extração de fase espacial. O primeiro apresenta resultados com menor incerteza em ambiente de laboratório, mas é particularmente suscetível às instabilidades causadas por fatores externos que, dessa forma, agrava a incerteza no cálculo da fase. O segundo, é bem mais robusto e apropriado para ser aplicado em ambientes instáveis, mas em condições estáveis, seus resultados geralmente apresentam uma incerteza relativamente maior que o primeiro. Esse trabalho apresenta uma nova configuração para shearografia para extração da fase espacial. Por possuir menos elementos ópticos, compõe um instrumento mais simples, robusto e compacto. O dispositivo proposto nesse trabalho é constituído por uma máscara com fendas paralelas e uma lente convergente bipartida. A máscara com fendas paralelas é responsável por gerar franjas portadoras, permitir a entrada de mais luz e melhorar a qualidade das imagens obtidas, em busca de mapas de fase com melhor qualidade e menos ruído. Nessa pesquisa, investigou-se a utilização de máscaras com fendas de diferentes configurações e com dois pares de fenda simultaneamente. Os resultados obtidos foram satisfatórios, apresentaram padrão de franja com qualidade e contraste bem definidos entre as franjas, caracterizando bem a deformação sofrida pelo corpo de prova.

Abstract: Shearography is an optical non-destructive testing technique suitable for detecting sub-surface defects in coatings and protective layers applied to materials. It is a versatile solution for production quality control and part defect inspection. It is applied in a variety of sectors, including: aerospace, automotive, wind energy and, more recently, the oil and gas industry. There are two principles for quantifying data from shearography images: temporal phase extraction and spatial phase extraction. The first one presents results with less uncertainty in a laboratory environment, but is particularly susceptible to instabilities caused by external factors, which, in this way, aggravate the uncertainty in the phase calculation. The second one is much more robust and suitable to be applied in unstable environments, but in stable conditions, its results generally present an uncertainty a relatively big than the first. This work presents a new configuration for shearography for spatial phase extraction. As it has fewer optical elements, it makes for a simpler, more robust and compact instrument. The device proposed in this work consists of a mask with parallel slits and a bipartited converging lens. The mask with parallel slits is responsible for generating carrier fringes, allowing the entry of more light and improving the quality of the images obtained, in search of phase maps with better quality and less noise. In this research, the use of masks with slits of different configurations and with two pairs of slits simultaneously was investigated. The results obtained were satisfactory, presenting a fringe pattern with well-defined quality and contrast between the fringes, characterizing well the deformation suffered by the sample.