A simplified method for mapping samples with a fringes pattern in laser shearography

Abstract

Shearography is a non-invasive inspection technique that measures surface deformations by processing two replicate images obtained from an illuminated sample using coherent light beams. These beams are intentionally shifted relative to each other (shear) during the process. Shearography has a wide range of applications, from simple laboratory experiments to complex scenarios in the aerospace industry. In the field of composite materials, shearography serves as a valuable qualitative technique for detecting defects such as delaminations, cracks, and detachments. It offers the advantage of being immune to harsh environmental conditions, making it suitable for both laboratory and field measurements. However, commercially available shearography equipment often comes with a high price tag, making it unaffordable for many research laboratories and small businesses. As a result, there is a growing interest in developing cost-effective shearography setups using readily available optical components and integrated image acquisition systems. However, these setups require a deeper understanding of the technique and proper image processing techniques.In this study, we present a simple method for interpreting information obtained from basic shearography setups. Specifically, we address a common scenario where the distance of illumination and observation does not meet the requirement of being greater than the lateral shear separation. We describe a typical shearography setup applied to measure lateral deformations in epoxy resin samples and outline the straightforward steps for obtaining shear images or shearograms for subsequent analysis. The conclusions drawn from this work can be applied to a wide variety of materials and deformation strategies. The procedures presented here can be easily implemented to develop powerful and customizable shearography instruments for field applications, tailored to the specific requirements of users.

La shearografía es una técnica de inspección no invasiva que mide la deformación de una superficie mediante el procesamiento de dos imágenes réplicas provenientes de la muestra iluminada con haces de luz coherente, que se desplazan entre sí (shear). Sus aplicaciones cubren una extensa área que va desde experimentos simples de laboratorio hasta casos complejos de la industria aeroespacial. En el campo de los materiales compuestos tiene aplicación directa como una técnica cualitativa para detectar defectos tales como delaminaciones, grietas y desprendimientos. Por la naturaleza de su implementación es inmune a factores agresivos del ambiente, pudiendo ser utilizada tanto en el laboratorio como en mediciones de campo. Sin embargo, los equipos de shearografía comercialmente disponibles tienen un costo elevado para el presupuesto de muchos laboratorios de investigación y pequeñas empresas. Puede resultar atractivo contar con shearógrafos prototípicos o “lab-made” construidos a partir de elementos discretos de óptica y sistemas de adquisición de imágenes integrados de fácil consecución y bajo costo, pero que requieren de un conocimiento más profundo de la técnica y un adecuado procesamiento de las imágenes. En este trabajo, mostramos un método simple para interpretar la información de cualquier esquema básico de shearografía para un caso muy común en el que la distancia de iluminación y observación no cumple la condición de ser mayor en comparación con la separación lateral de shear. Para ello describimos un típico esquema de shearógrafo aplicado a la medición de deformación lateral de muestras de resina epoxi y formulamos los pasos sencillos para la obtención de las imágenes de shear o shearogramas para su posterior análisis. Las conclusiones se pueden aplicar a una amplia variedad de materiales y estrategias de deformación. Los procedimientos presentados aquí se pueden implementar fácilmente para desarrollar potentes instrumentos de shearografía de campo personalizables de acuerdo con los requisitos del usuario.