一般原理
シェアログラフィの基本概念は、シェアログラフィカメラで試験体の表面を調べることです。カメラによって試験表面の干渉画像が1枚撮影されます。この画像は、この無負荷状態のこの表面独自のフットプリント (表面粗さや形状を含む) と考えることができます。
次に、この材料に少量の負荷、例えば熱などの応力を加えます。材料は加熱されると膨張する傾向がありますが、脆弱な場所ではさらに膨張します。負荷がかかった状態で、もう1枚の干渉画像が撮影されます。これで変形状態の領域の干渉フットプリントも得られます。
2つの状態の間の差についての情報を抽出するために、2枚の画像の重複部を削除してせん断面図が作成されます。
このせん断面図は表面の地形図と考えることができますが、測定されるのは勾配 (斜面) のみで、丘にあたる部分の絶対的な高さは測定されません。欠陥は、平面から飛び出した「丘」として表示されます。丘の大きさを測定することで、欠陥の大きさ (平面の大きさ) を定量化することができます。
スペックルとせん断
コヒーレントなレーザー光源で表面を照らすと、確率的干渉縞が作成されます。この「スペックル」縞は、カメラのCCDチップに投影されます。スペックルを参照光路と比較するESPI (電子スペックルパターン干渉法) とは対照的に、シェアログラフィでは、試験体の画像をせん断して二重画像を作成した参照画像が使用されます。これにより、この手法では外部からの振動やノイズの影響をはるかに受けにくく、除振台の使用の必要なしに測定できるため、シェアログラフィが現場での使用に最適なものとなっています。
画像1: シェアログラフィの基礎。干渉フットプリントが、2つの状態 (無負荷状態と負荷状態) の試験体の表面から作成される。2つのフットプリントを比較すると、負荷中の試験体内に生じた欠陥の変形が現れます。
画像2: 原始的なシェアログラフィのセットアップ。試験体上の2つの物理的な点がCCDチップ上の1点に投影され、干渉フットプリントが記録される。試験体の表面は、単色光 (通常650 nm) で照らされる。
画像重複部の削除
シェアログラフィの基本原理は、負荷前と負荷後の試験体の2枚の画像 (干渉フットプリント) の重複部を削除することです。そして、これらの画像から強度情報が削除され、スペックル情報による表面の変形の表示が可能になります。削除過程では、表面の粗さは、この場合無視されます。
画像3: 原始的なシェアログラフィの原理。無負荷状態と負荷状態で1枚ずつシェアログラフィ画像が撮影される。その後、これらの画像の重複部が削除され、その結果、欠陥の検出が可能になる。
位相シフト技術
この手法の感受性を向上させるために、このセンサーにはリアルタイム位相シフトプロセスが使用されています。これには、参照ビームをシフトし、変形を含む方向情報を用いて結果を向上するステッピングミラーが使用されています。
画像4: 位相ステッピングシェアログラフィのセットアップ。試験体上の2つの物理的な点がCCDチップ上の1点に投影され、干渉フットプリントが記録される。ここでは、改造マイケルソンキューブを、ビームスプリッターとしてダブルブレーキングミラーと共に使用。一方のミラーはせん断特性の調整用で、もう一方のミラーは位相ステッパー用。
画像5: 位相ステッパーは1/4波長の内部差を持つ4つの位置を移動し、位置ごとで画像が記録され、ソフトウェアプロセッサーに送られ、ベストフィット方式アルゴリズムで位相関係が評価される。
