Desarrollo de la reconstrucción digital de imágenes holográficas para su aplicación a ensayos no destructivos

Abstract

[Resumen]La holografía inventada conceptualmente por el Ingeniero Húngaro Denis Gabor tiene dos etapas de desarrollo bien definidas. Inicialmente, a partir del desarrollo del láser, la técnica para la obtención de hologramas se sustentaba en el uso de placas fotográficas. Pasados más de 50 años, la existencia de ordenadores de alta capacidad y gran integración, así como la evolución de los dispositivos electrónicos de captura de imágenes, han permitido una reinvención de los conceptos definidos por Gabor. En esta tesis se plantea la utilización de ambos métodos de captura, fotográficos y digitales, para su uso en interferometría holográfica como método de ensayo no destructivo. Los principios físicos fundamentales y sus correspondientes modelos matemáticos son el punto de partida de este trabajo. A partir de la utilización de estos se avanza sobre el uso de simulaciones para definir los parámetros de los que depende la formación de las franjas sobre el interferograma. Paralelamente se documentan aplicaciones de la HI (holografía interferométrica) aplicada a problemas concretos de ingeniería. Así, son documentadas la existencia de tensiones residuales, fracturas y los diferentes modos de excitación del objeto bajo estudio. Inicialmente en HI y posteriormente en HID (holografía interferométrica digital) mostraron en determinados tipos de aplicaciones, serias limitaciones en cuanto a la cantidad de información que podía obtenerse de ellos. La información perdida o la pérdida de selectividad espacial son el objetivo central de esta tesis. Mediante simulación y derivada de la observación dinámica de los HI se plantean una serie de reglas que permiten recuperar dicha información. Mediante simulaciones computacionales se definen las condiciones necesarias para establecerlas. Finalmente modelos de combinación de HI y HID junto a una serie de aplicaciones específicas de HID sobre objetos analizados previamente por HI cierran el conjunto de temas comprendidos en este trabajo.

[Resumo]A holografía inventada conceptualmente polo Enxeñeiro Húngaro Denís Gabor ten dúas etapas de desenvolvemento ben definidas. Inicialmente, a partir do desenvolvemento do láser, a técnica para a obtención de hologramas sustentábase no uso de placas fotográficas. Pasados máis de 50 anos, a existencia de ordenadores de alta capacidade e grande integración, así como a evolución dos dispositivos electrónicos de captura de imaxes, permitiron unha reinvención dos conceptos definidos por Gabor. Nesta tese formúlase a utilización de ambos os dous métodos de captura, fotográficos e dixitais, para o seu uso en interferometría holográfica como método de ensaio non destrutivo. Os principios físicos fundamentais e os seus correspondentes modelos matemáticos son o punto de partida deste traballo. A partir da utilización destes avánzase sobre o uso de simulacións para definir os parámetros dos que depende a formación das franxas sobre o interferograma. Paralelamente documéntanse aplicacións da HI (holografía interferométrica) aplicada a problemas concretos da enxeñaría. Así, son documentadas a existencia de tensións residuais, fracturas e os diferentes modos de excitación do obxecto baixo estudo. Inicialmente en HI e posteriormente en HID (holografía interferométrica dixital) mostraron en determinados tipos de aplicacións, serias limitacións en canto á cantidade de información que podía obterse deles. A información perdida ou a perda de selectividade espacial son o obxectivo central desta tese. Mediante simulación e derivada da observación dinámica dos HI formúlanse unha serie de regras que permiten recuperar a devandita información. Mediante simulacións computacionais defínense as condicións necesarias para establecelas. Finalmente modelos de combinación de HI e HID xunto a unha serie de aplicacións específicas de HID sobre obxectos analizados previamente por HI pechan o conxunto de temas comprendidos neste traballo.

[Abstract]Holography was created by the Hungarian engineer Denis Gabor and has two well defined stages. In the beginning laser light and high definition photographic materials were used to obtain a hologram. Nowadays, the large integration of electronics and recently developed software resulted in a new way to do holography. The use of computers and CCD cameras helps us to obtain a similar level of information in shorter periods of time. Digital holography was developed following the same methodology as in conventional holography. In this thesis, both photographic and digital methods are used to implement non-destructive testing based on holographic interferometry (HI). Mathematical and physical concepts are the starting point to introduce holographic applications. Computational simulations are used to explain the meaning of the fringes in HI and allow us to recreate different phenomena on bounded conditions. This thesis presents a work performed on different samples evaluating the existence of residual stress and cracks, using different methods to induce deformation on the sample under study. The principal aim of this thesis is to find the information that is "lost" when threedimensional deformation occurs on the sample during a free deformation process (i.e. thermal expansion). Results allowed us to put together a protocol to follow during experiments that, using specific arrangements and dynamic image reconstruction, lets us recover successfully all the information contained in HI or HID