Localización del defecto subsuperficial mediante calentamiento estructurado mediante termografía fototérmica proyectada con láser

Summary

Este método tiene como objetivo localizar defectos verticales subsuperficiales. Aquí, unimos un láser con un modulador espacial de luz y activamos su entrada de video para calentar una superficie de muestra de forma determinista con dos líneas moduladas anti-fase mientras adquirimos imágenes térmicas altamente resueltas. La posición de defecto se recupera de la evaluación de los mínimos de interferencia de ondas térmicas.

Abstract

El método presentado se utiliza para localizar defectos subsuperficiales orientados perpendicularmente a la superficie. Para lograr esto, creamos campos de ondas térmicas interferentes destructivamente que son perturbados por el defecto. Este efecto se mide y se utiliza para localizar el defecto. Formamos los campos de ondas interferentes destructivamente utilizando un proyector modificado. El motor ligero original del proyector se sustituye por un láser de diodo de alta potencia acoplado a fibra. Su haz está conformado y alineado con el modulador de luz espacial del proyector y optimizado para un óptimo rendimiento óptico y una proyección homogénea mediante la caracterización inicial del perfil del haz y, en segundo lugar, su corrección mecánica y numérica. Se configura una cámara de infrarrojos (IR) de alto rendimiento según la situación geométrica ajustada (incluyendo las correcciones de las distorsiones geométricas de la imagen) y la necesidad de detectar oscilaciones débiles de la temperatura en la superficie de la muestra. La adquisición de datos puede realizarse una vezRonización entre las fuentes individuales de campo de onda térmica, la etapa de escaneado y la cámara de IR se establece utilizando una configuración experimental dedicada que necesita ser ajustada al material específico que se está investigando. Durante el post-procesamiento de datos, se extrae la información relevante sobre la presencia de un defecto debajo de la superficie de la muestra. Se recupera de la parte oscilante de la radiación térmica adquirida procedente de la denominada línea de agotamiento de la superficie de la muestra. La localización exacta del defecto se deduce del análisis de la forma espacio-temporal de estas oscilaciones en un paso final. El método es libre de referencia y muy sensible a los cambios dentro del campo de ondas térmicas. Hasta ahora, el método se ha probado con muestras de acero, pero también es aplicable a diferentes materiales, en particular a materiales sensibles a la temperatura.

Introduction

El método de termografía fototérmica proyectada por láser (LPPT) se utiliza para localizar defectos subsuperficiales que están incrustados en el volumen de la muestra de ensayo y orientados predominantemente perpendiculares a su superficie.

El método utiliza la interferencia destructiva de dos campos de ondas térmicas anti-fase del mismo alargamiento y frecuencia como se muestra en la Figura 1b . En materiales libres de defectos isotrópicos, las ondas térmicas neutralizan destructivamente ( es decir, oscilación de temperatura cero) en el plano de simetría mediante superposición coherente. En el caso de un materia....

Protocol

NOTA: Atención: Preste atención a la seguridad láser porque la instalación utiliza un láser de clase 4. Por favor use las gafas y ropa de protección correctas. Además, maneje el láser piloto con cuidado.

1. Acople el láser de diodo al kit de desarrollo del proyector (PDK)

1. Preparar la tabla de pan.
   1. Preembalse todos los dispositivos a la placa de pruebas como se muestra en la Figura 3 . Coloque la placa de pruebas con todos los dispositivos preensamblados en un laboratorio láser.
2. Coloque el soporte de fibra láser en la placa de pruebas.
   1. Conecte la fibra al soport....

Results

Siguiendo el protocolo, se eligió el lado 1 de la muestra de acero con un defecto subsuperficial a una profundidad de 0,25 mm para generar resultados representativos. El defecto se colocó inicialmente aproximadamente en el centro del área iluminada. La muestra se movió entonces de -5 mm a 5 mm a través de la etapa lineal a una velocidad de 0,05 mm / s. Utilizando estos parámetros, la Figura 11a muestra los datos de exploración después de extraerlos de la línea de agotami.......

Discussion

El protocolo presentado describe cómo localizar defectos artificiales subterráneos orientados perpendicularmente a la superficie. La idea principal del método es crear campos de ondas térmicas interferentes que interactúan con el defecto subsuperficial. Los pasos más importantes son (i) combinar un SLM con un láser de diodo para crear dos patrones alternos de iluminación de alta potencia en la superficie de la muestra; Estos patrones se convierten fototermicamente en campos de ondas térmicas coherentes, (ii) para permit.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sistema láser de diodo de 500 W, 940 nm	Laserline	LDM 500 - 20	Láser piloto clase 2 @ 650  nm, el láser de diodo es un sistema láser de clase 4 --> se necesita un laboratorio especial
Caja de control láser	Laserline	Caja de control láser LDM	Agregue al sistema láser, utilizado para conmutar electrónicamente, umbral láser, obturador, láser en 0 V. Escáner
caja de control	Laserline		Agregue al sistema láser, utilizado para ajustar la potencia de salida óptica a través de una señal analógica de 0 V..
Montaje láser de fibra de 10 V 2", f = 80 mm	Laserline		Complemento al sistema láser
Dispositivo de adquisición de datos multifunción (DAQ) + terminal BNC	Instruments	NI-USB 6251	La tarjeta DAQ se utiliza para activar la cámara IR, el DLP Light Commander 5500, control Láser y diodo PDA 36A
Standard - PC			PC de control: tarjeta gráfica para dos pantallas, al menos 4 USB,
cable BNC basado en	Cable estándar Cable
	control de dispositivos
software de control	BAM		parte del paquete de software LPPT de LabVIEW 2013 SP1
Software de intensidad LPPT	BAM		parte del paquete de software LPPT de LabVIEW 2013 SP1
Software de control láser LPPT	BAM		parte del paquete de software LPPT de LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		Postprocesamiento de los datos
de mediciónSoftware de posprocesamiento LPPT	BAM		Postprocesamiento de los datos de medición PC de control de
cámara IR	InfraTec		Control PC es suministrado por el distribuidor de cámaras
Software de control de cámara IR	InfraTec	Irbis 3 Professional
SDK de InfraTec	enlaces dinámicos de InfraTec como interfaz entre el formato de adquisición de datos nativo de Infratec y Matlab
Cámara IR	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, detector InSb refrigerado, longitud de onda 2  µm.. 5.7 y micro; m, ruido = 20  mK + accesorios (cable LAN, cable de entrada/salida digital, anillo espacial, fuente de alimentación, caja)
Trípode	Manfrotto	161MK2B
Soporte de cámara IR	Manfrotto	405
Kit de desarrollo de proyector (PDK) para tecnología de procesamiento digital de luz (DLP) (DLP Light Commander 5500)	Logic PD	DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 Dispositivo de microespejo digital de Texas Instruments incluido, el motor ligero y la carcasa deben desmontarse Software
control PDK	Logic PD		Incluido cuando se entrega, software de control DLP Light Commander
Plataforma mecánica para el PDK	BAM		Fabricación propia (140 x 230 x 420) mm3
Unidad de control del medidor de potencia	Interfaz
USB Ophir VegaCabezal del medidor de potencia de 30 W	Ophir	30(150)A-LP1-18	Cabezal del medidor de potencia para determinar la transmisión del sistema de proyector Cabezal del medidor de
potencia de 500 W	Ophir	FL500A Medidor	potencia para la supervisión de procesos
Controlador de movimiento	Newport	ESP301	con interfaz USB
Etapa de traducción	Newport	M-ILS200CC	conectado a ESP301
Fotodiodo con amplificador	Thorlabs	PDA 36A-EC	1"
montaje Filtro reflectante ND1	Thorlabs	ND10A	para montar en la PDA 36A
Pinhole 1"	Thorlabs	P1000S	para montar en la PDA 36A
Placa de pruebas óptica de aluminio	Thorlabs	MB60120/M	(1.200 mm x 900 mm) base
Lente Convexa Plano f = 200 mm	Thorlabs	LA1979-B	Recubierto para IR, primer lente de telescopio
Lente Convexa Plana f = 75 mm	Thorlabs	LA1145-B	Recubierto para IR, segundo lente de telescopio
etapa de xy-traslación	Newport	M401	Se utiliza para ajustar el muestreador
haz	Thorlabs	BSF20-B	Divide la salida óptica, que se utiliza para reducir la entrada óptica del sistema de proyector
Espejo	Thorlabs	BB2-E03	Espejo para acoplar el haz al DLP Light Commander
Gato de laboratorio de alta resistencia	Thorlabs	L490	Se utiliza para el montaje de fibra y en la parte superior de la platina lineal para posicionar la muestra (2x)
PDK-objective	Nikon	Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D	Objetivo para DLP Light Commander, 50 mm
Lente convexa plana f = 100 mm	La lente Thorlabs	LA1050 -B	está conectada a la lente biconvexa del objetivo Nikon
f = 60  mm	Thorlabs	LB1723 -B	Lente que se acopla al objetivo Nikon para determinar la transmisión óptica con el cabezal de medición de 30 W
Espejo dorado cuadrado protegido	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
Tarjeta de sensor IR de alta potencia	Newport	F-IRC-HP-M	Tarjeta de sensor para comprobar la vía óptica
Retícula de 2"	BAM		Hecho a mano
1" retícula	BAM		Nivel de diana de fabricación propia
	Thorlabs	LCL01
Etapa de traducción	Newport	M-UMR8.25	Se utiliza para medir el perfil del haz
Tornillo de micrómetro	Newport	DM17-25	Se utiliza con la etapa de traducción M-UMR8.25
Iris de apertura cero montada	Thorlabs	ID75Z/M	se utiliza para comprobar la óptica pathway
Bases y soportes de postes Essentials Kit, componentes métricos y universales	Thorlabs	ESK01/M
Basis Posts & Accesorios Essentials Kit, componentes métricos y universales	Thorlabs	ESK03/M
M6 Kit de tornillos de casquillo y herrajes	Thorlabs	HW-KIT2/M
Rieles de construcción	Thorlabs	XE25L700/M
1" Cubo de construcción	Thorlabs	RM1G	Se utiliza para montar rieles de construcción
Mecanizado por electroerosión	Sodick	AG60L	www.sodick.de
Bloque St37 de acero (100 x 100 x 40) mm3	BAM		de fabricación propia, defecto oculto con espesores de pared restantes de 0,25  mm, 0,5 mm, 0,70 mm, 1,25 y nbsp; mm (mostrado en Figura 5)
Bloque St37 de acero (100 x 100 x 40) mm	BAM		de fabricación propia, defecto oculto con espesores de pared restantes de 1  milímetros, 1,5 y nbsp; mm, 1,75 mm, 2 mm (se muestra en Figura 5)
Spray de grafito	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, 200 mL aerosol (Kontakt-Chemie)
Cinta protectora	Tesa	tesakrepp 4348	utilizada para proteger los defectos ocultos durante el recubrimiento