Localisation de défauts souterrains par chauffage structuré à l'aide d'une thermographie photothermique à laser

Summary

Cette méthode vise à localiser des défauts de sous-surface verticaux. Ici, nous couplons un laser avec un modulateur de lumière spatiale et déclenchons son entrée vidéo pour chauffer une surface d'échantillon de manière déterministe avec deux lignes modulées anti-phases lors de l'acquisition d'images thermiques hautement résolues. La position des défauts est extraite de l'évaluation des minimums d'interférence des ondes thermiques.

Abstract

La méthode présentée est utilisée pour localiser des défauts de sous-sol orientés perpendiculairement à la surface. Pour ce faire, nous créons des champs d'onde thermique perturbateurs de manière destructive qui sont perturbés par le défaut. Cet effet est mesuré et utilisé pour localiser le défaut. Nous formons les champs d'ondes parasites destructeurs en utilisant un projecteur modifié. Le moteur léger d'origine du projecteur est remplacé par un laser à diode à haute puissance couplé à la fibre optique. Son faisceau est façonné et aligné sur le modulateur de lumière spatiale du projecteur et optimisé pour un débit optique optimal et une projection homogène en caractérisant d'abord le profil du faisceau et, d'autre part, en le corrigant mécaniquement et numériquement. Une caméra infrarouge à haute performance (IR) est configurée selon la situation géométrique étroite (y compris les corrections des distorsions d'image géométriques) et l'exigence de détecter des oscillations de température faibles à la surface de l'échantillon. L'acquisition de données peut être effectuée une fois par synchronisationLa ronisation entre les sources de champs d'ondes thermiques individuelles, le stade de balayage et la caméra IR est établie en utilisant une configuration expérimentale dédiée qui doit être accordée sur le matériel spécifique étudié. Au cours du post-traitement des données, les informations pertinentes sur la présence d'un défaut sous la surface de l'échantillon sont extraites. Il est récupéré à partir de la partie oscillante du rayonnement thermique acquis provenant de la ligne dite d'appauvrissement de la surface de l'échantillon. L'emplacement exact du défaut est déduit de l'analyse de la forme spatio-temporelle de ces oscillations dans une étape finale. La méthode est sans référence et très sensible aux changements dans le champ d'ondes thermiques. Jusqu'à présent, la méthode a été testée avec des échantillons d'acier, mais s'applique également à différents matériaux, en particulier aux matériaux sensibles à la température.

Introduction

La méthode de thermographie photothermique projetée au laser (LPPT) est utilisée pour localiser les défauts de sous-sol qui sont intégrés dans le volume de l'éprouvette et orientés essentiellement perpendiculairement à sa surface.

La méthode utilise l'interférence destructrice de deux champs d'ondes thermiques anti-phases du même allongement et de la même fréquence que celui illustré à la Figure 1b . Dans les matériaux isotropes exempts de défauts, les ondes thermiques neutralisent de manière destructive ( c'est-à-dire une oscillation de température nulle) au niveau du plan de symétrie par une superposition cohér....

Protocol

REMARQUE: Attention: faites attention à la sécurité laser car la configuration utilise un laser de classe 4. Portez les lunettes de protection et les vêtements appropriés. De plus, manipulez le laser pilote avec précaution.

1. Associez le Laser Diode au Kit de Développement de Projecteur (PDK)

1. Préparer la planche à pain.
   1. Préassemblez tous les appareils sur la platane comme indiqué sur la Figure 3 . Placez la platane avec tous les appareils préassemblés dans un laboratoire laser.
2. Placez le support de fibre laser sur la platane.
   1. Fixez la fibre au support de fibre....

Results

Après le protocole, le côté 1 de l'échantillon d'acier avec un défaut de subsurface à une profondeur de 0,25 mm a été choisi pour générer des résultats représentatifs. Le défaut a été initialement positionné approximativement au centre de la zone éclairée. L'échantillon a ensuite été déplacé de -5 mm à 5 mm par l'étape linéaire à une vitesse de 0,05 mm / s. En utilisant ces paramètres, la figure 11a montre les données de balayage après les extraire de la ligne d'appauvri.......

Discussion

Le protocole présenté décrit comment localiser des défauts de sous-surface artificiels orientés perpendiculairement à la surface. L'idée principale de la méthode est de créer des champs d'ondes thermiques interférentes qui interagissent avec le défaut subsurface. Les étapes les plus importantes sont (i) combiner un SLM avec un laser à diode afin de créer deux modèles d'éclairage alternatifs à haute puissance à la surface de l'échantillon; Ces modèles sont transformés par voie photothermique en champs d&#.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Système laser à diode 500 W, 940 nm	Laserline	LDM 500 - 20	Laser pilote classe 2 @ 650  ; nm, le laser à diode est un système laser de classe 4 --> laboratoire spécial nécessaire
Boîtier de commande laser	Laserline	Boîtier de commande laser LDM	Ajouter au système laser, utilisé pour commuter électroniquement, seuil laser, obturateur, laser sur 0 V.. Scanner de boîtier de commande 5 V TTL
	Laserline		Add-on au système laser, utilisé pour régler la puissance de sortie optique via un signal analogique à partir de 0 V.
Monture laser à fibre 10 V 2", f = 80 mm	Laserline		Complément au système laser
Périphérique d’acquisition de données multifonction (DAQ) + Terminal BNC	National Instruments	NI-USB 6251	La carte DAQ est utilisée pour déclencher la caméra IR,   ; le DLP Light Commander 5500, contrôler le laser et la diode PDA 36A
Standard - PC  ;			PC de contrôle - carte graphique pour deux écrans, au moins 4 x USB,
câble			Câble standard
Câble			Câble standard
Câble			Câble standard
Système de développement LabVIEW 2013 SP1	National Instruments Environnement		de développement pour le contrôle de périphérique
LPPT logiciel de contrôle	BAM		fait partie du progiciel LPPT de LabVIEW 2013 SP1
Logiciel d’intensité LPPT	BAM		fait partie du progiciel LPPT de LabVIEW 2013 SP1
Logiciel de contrôle laser LPPT	BAM		fait partie du progiciel LPPT de LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		Post-traitement des données
de mesureLogiciel de post-traitement LPPT	BAM		Post-traitement des données de mesure
PC de contrôle de la caméra IR	InfraTec		est fourni par le distributeur de caméras
Logiciel de contrôle de caméra IR	InfraTec	Irbis 3 Professional
InfraTec SDK InfraTec			Dynamic Link Library comme interface entre le format d’acquisition de données natif d’Infratec et de Matlab
Caméra IR	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, détecteur InSb refroidi, longueur d’onde 2 µ ;m.. 5,7 et micro ; m, bruit = 20  ; mK + accessoires (câble LAN, câble d’entrée/sortie numérique, anneau spatial, alimentation, boîtier)
Trépied	Manfrotto	161MK2B
Support de caméra IR	Manfrotto	405
Kit de développement de projecteur (PDK) pour la technologie de traitement numérique de la lumière (DLP) (DLP Light Commander 5500)	Logic	DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 Dispositif à micromiroir numérique de Texas Instruments inclus, le moteur léger et le boîtier doivent être démontés
Logiciel de contrôle PDK	Logic		Inclus à la livraison, logiciel de contrôle DLP Light Commander
Plate-forme mécanique pour le PDK	BAM		Fait maison (140 x 230 x 420) mm3
Unité de contrôle du compteur de puissance	Interface USB Ophir	Vega
Tête de capteur de puissance 30 W  ;	Ophir	30(150)A-LP1-18	Tête de mesure de puissance pour déterminer Transmission du système de projection Tête de mesure de
puissance 500 W	Ophir	FL500A	Mesureur de puissance pour la supervision de processus
Contrôleur de mouvement	Newport	ESP301	avec interface USB
Platine de traduction	Newport	M-ILS200CC	Connecté à ESP301
Photodiode avec amplificateur	Thorlabs	PDA 36A-EC	Monture 1 »
Filtre réfléchissant ND1	Thorlabs	ND10A	à monter sur le PDA 36A
Sténopé 1"	Thorlabs	P1000S	à monter sur le PDA 36A Plaque d’essai
optique en aluminium  ;	Thorlabs	MB60120/M	(1 200 mm x 900 mm) base
Plano Convex Lentille f = 200 mm	Thorlabs	LA1979-B	Revêtement pour IR, premier objectif de télescope
Plano Convex Lentille f = 75 mm	Thorlabs	LA1145-B	Revêtement pour IR, deuxième lentille de télescope
platine de translation xy	Newport	M401	Utilisé pour le réglage de la télécope
Beamsampler	Thorlabs	BSF20-B  ;	Divise la sortie optique, utilisée pour réduire l’entrée optique du système de projecteur
Miroir	Thorlabs	BB2-E03	Miroir pour le couplage du faisceau au DLP Light Commander
Prise de laboratoire à usage intensif	Thorlabs	L490	Utilisé pour la monture en fibre et au-dessus de la platine linéaire pour positionner l’échantillon (2x
)PDK-objectif  ;	Nikon	Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8 :D  ;	Objectif pour DLP Light Commander, 50 mm
Objectif convexe plat f = 100 mm	L’objectif Thorlabs	LA1050 -B	est fixé à l’objectif
Nikon Objectif bi-convexe f = 60  ; mm	Thorlabs	LB1723 -B	Objectif à fixer à l’objectif Nikon afin de déterminer la transmission optique avec la tête de mesure 30 W
Miroir carré protégé en or	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
Carte de capteur IR haute puissance	Newport	F-IRC-HP-M	Carte de capteur pour vérifier le chemin optique
Réticule 2"	BAM		Fait maison
1" réticule	BAM
Niveau Bullseye	Thorlabs	LCL01
Platine de traduction	Newport	M-UMR8.25	Utilisé pour la mesure du profil du faisceau
Vis micrométrique	Newport	DM17-25	Utilisé avec platine de translation M-UMR8.25
Iris à ouverture zéro monté	Thorlabs	ID75Z/M	utilisé pour vérifier l’optique
Bases de chemin et supports de poteaux Essentials Kit, composants métriques et universels	Thorlabs	ESK01/M
Basis Posts & Accessoires Kit Essentials, Composants Métriques et	Universels Thorlabs	ESK03/M
M6 Kit de vis d’assemblage et de quincaillerie	Thorlabs	HW-KIT2/M
Rails de construction	Thorlabs	XE25L700/M
1" Construction Cube	Thorlabs	RM1G	Utilisé pour le montage de rails de construction
Usinage par électroérosion	Sodick	AG60L	www.sodick.de
Bloc d’acier St37 (100 x 100 x 40) mm3	BAM		fabriqué par nos soins, vice caché avec des épaisseurs de paroi restantes de 0,25   ; mm, 0,5 mm, 0,70 mm, 1,25 mm (illustré en bloc d’acier Figure 5)
St37 (100 x 100 x 40) mm	BAM		fait maison, vice caché avec des épaisseurs de paroi restantes de 1  ; mm, 1,5  ; mm, 1,75 mm, 2 mm (illustré en Figure 5)
Spray graphite	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, aérosol de 200 mL (Kontakt-Chemie)
Ruban de protection	Tesa	tesakrepp 4348	utilisé pour protéger les vices cachés lors du revêtement