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

L’objectif global de cette méthode est d’utiliser le chauffage structuré et l’imagerie thermique à haute résolution de manière non destructive et sans contact pour localiser les défauts souterrains perpendiculairement orientés à la surface d’un échantillon d’acier. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’imagerie thermique. Par exemple, la taille et la profondeur d’un défaut pour être détecté.

Le principal avantage de cette technique est que nous pouvons générer des champs d’ondes thermiques qui se propagent dans le plan d’observation, ce qui rend l’approche très sensible aux défauts orientés perpendiculairement. Ce système de thermographie photothermique projeté par laser est disposé sur une plaque d’essai de paillasse. Ce système a subi la plupart des étapes préparatoires nécessaires à l’utilisation dans une expérience.

À la tête du trajet du faisceau se trouve la source laser. Cette fibre laser est soutenue par un support de fibre laser. Ensuite, un télescope réduit le diamètre du faisceau du laser à une taille appropriée pour plus tard dans la ligne de faisceau.

Derrière l’échantillonneur de faisceau, une tête de wattmètre de 500 watts absorbe une grande partie de l’énergie du faisceau pour permettre au laser de fonctionner à pleine puissance. À partir d’un échantillonneur de faisceau, le faisceau se poursuit via un miroir jusqu’à un kit de développement de projecteur. Il s’agit d’un projecteur commercial démonté avec son moteur d’éclairage et ses lentilles retirés.

Pour l’expérience, collimatez le faisceau pour qu’il entre dans le projecteur. Après être passé à travers le projecteur, le faisceau rencontrera l’échantillon qui sera monté sur une platine de traduction de contrôle informatique. Pour compléter cette configuration, procurez-vous un objectif de 100 millimètres de distance focale pour le projecteur.

Fixez l’objectif à l’objectif du projecteur juste avant l’étape de translation. Ensuite, utilisez une lampe de poche LED comme source de lumière d’entrée dans le projecteur. Placez une feuille de papier blanche devant l’objectif et déplacez-la jusqu’à ce qu’il y ait un rectangle lumineux net sur la feuille indiquant la position du plan de l’image.

À ce stade, obtenez un échantillon à utiliser dans l’expérience. Montez l’échantillon dans le trajet du faisceau sur la platine de translation linéaire équipée d’une prise de laboratoire. Soulevez l’échantillon à l’aide du cric de laboratoire de manière à ce que son haut soit aligné avec le haut du rectangle projeté.

Assurez-vous qu’un défaut se trouve dans la zone éclairée du plan de l’image. Ensuite, organisez la photographie infrarouge en obtenant d’abord un miroir doré sur un poteau. Le miroir réfléchira le faisceau diffusé vers la caméra.

Montez le miroir sur un support de poteau près du projecteur. Il doit refléter le bord supérieur de l’échantillon et être incliné pour voir autant de surface que possible de l’échantillon. La lumière réfléchie par le miroir entrera dans une caméra infrarouge montée sur un trépied.

Positionnez-le à la hauteur de l’objectif du projecteur de manière à ce qu’il voie l’image blanche projetée à travers le miroir doré. Configurez la caméra pour qu’elle soit contrôlée par l’ordinateur et laissez-la se réchauffer. Après avoir connecté l’appareil photo à son logiciel de contrôle, procurez-vous une règle en acier.

Tenez la règle à la surface de l’échantillon et faites la mise au point manuelle de la caméra sur celle-ci. Le contraste de température avec la règle en acier facilite la mise au point. Efforcez-vous d’obtenir l’image la plus nette.

L’une des étapes les plus critiques consiste à obtenir une résolution latérale suffisante à la surface de l’échantillon. C’est important car la ligne d’épuisement doit être résolue. Utilisez le logiciel laser pour régler la tension laser sur 10 volts et démarrer le laser.

Travaillez avec le logiciel de la caméra pour la relation entre le projecteur et la caméra. Sélectionnez Mesurer dans les options en haut. Accédez à la barre d’outils Mesurer les zones et choisissez l’option d’outil croisé.

Lorsque le laser est allumé, il y aura une image thermique. Utilisez l’outil pour marquer les coins de l’image en faisant un clic gauche sur le cadre, puis notez les coordonnées. Le logiciel de contrôle de la caméra doit être configuré pour l’expérience.

Commencez par passer au panneau Caméra. Là, cliquez sur le bouton Télécommande pour ouvrir le panneau de commande à distance. Là, dans le menu déroulant, choisissez l’option Process-IO.

Continuez également à cliquer sur l’option Synchroniser et l’option Gate. Après cela, fermez le menu. Dans l’onglet Paramètres d’acquisition, ouvrez le menu Acquisition.

Choisissez Synchronisation externe dans le menu déroulant. Indiquez les noms de fichiers et de dossiers dans le champ Dossier. Ensuite, passez au champ Nombre, entrez le nombre d’images précédemment calculé et fermez le menu Acquisition.

Démarrez l’acquisition des données de l’appareil photo en choisissant Enregistrer. À ce stade, passez au logiciel de contrôle de l’expérience. Cliquez sur Activer pour activer le contrôleur de mouvement.

Ensuite, modifiez les positions de début et de fin en millimètres pour inclure le défaut dans le balayage. Après cela, entrez la vitesse en millimètres par seconde. Cliquez sur Démarrer la mesure.

Faites un clic gauche sur le champ Choisir la couleur de la zone. Dans la boîte de dialogue des couleurs, sélectionnez une couleur pour la zone du motif. Allez dans la barre d’outils de dessin et choisissez l’outil rectangle.

Déplacez-vous vers la zone de l’image et utilisez l’outil pour créer un rectangle cohérent avec le domaine de pixels du projecteur précédemment trouvé. Poursuivez en cliquant sur Définir la zone. La boîte de dialogue permet de définir les propriétés du motif projeté.

Dans le menu déroulant Type de signal, choisissez Onde sinusoïdale. Pour définir l’onde sinusoïdale, définissez le champ Décalage de phase sur zéro degré. De plus, réglez la fréquence en hertz.

Réglez l’amplitude au maximum. Ensuite, allez dans le champ Tension pour entrer la tension laser en unités de volts. Dans le champ Images par période, entrez une valeur précédemment calculée.

Cliquez sur Suivant. Suivez des étapes analogues pour créer un deuxième rectangle d’une couleur différente avec un déphasage de 180 degrés. Prévisualisez la séquence d’images à l’aide de celles-ci dans un curseur d’aperçu.

Appuyez ensuite sur Démarrer pour commencer l’expérience. La platine de translation déplace lentement l’échantillon dans la plage choisie pour exposer différentes régions à l’éclairage structuré oscillant projeté. Le temps de transit total pour cette expérience est de 200 secondes.

Au fur et à mesure que l’échantillon se déplace, la caméra infrarouge thermique acquiert des images thermiques à 40 hertz. Cette séquence d’images thermiques fournit un exemple des champs d’ondes thermiques générés par l’éclairage. Arrêtez l’expérience lorsque tous les cadres ont été acquis.

Pour effectuer le post-traitement nécessaire, chargez les trames de données dans le logiciel de post-traitement. Une fois les données converties, insérez les coordonnées du point de projection précédemment trouvées. Cliquez sur Transformer pour placer les données dans le domaine de pixels du projecteur.

Pour extraire des informations de température, définissez la ligne d’épuisement en saisissant les coordonnées de deux points. Entrez les paramètres de vitesse à la position de départ de l’échantillon pendant l’expérience. Entrez également la fréquence d’images de la caméra infrarouge et la fréquence de l’onde sinusoïdale du motif.

Enfin, assurez-vous que les paramètres de post-traitement des données sont corrects. Lorsque vous êtes prêt, cliquez sur Évaluer. La position de la fissure est indiquée dans le champ en surbrillance.

Ces données ont été recueillies à partir d’un échantillon d’essai présentant un défaut à une profondeur approximative de 1/4 de millimètre. L’échantillon a été traduit à 0,05 millimètre par seconde. La courbe noire représente la température en fonction du temps, qui se trouve le long de l’axe horizontal supérieur.

Le temps peut également être traduit en une position qui se trouve le long de l’axe inférieur. La courbe rouge continue est un ajustement à l’augmentation non oscillatoire de la température. La ligne rouge pointillée indique la position du défaut.

Voici les mêmes données après un post-traitement supplémentaire. La courbe bleue est la courbe de Hilbert et le défaut est à son minimum. Ces données ont été collectées après avoir doublé la vitesse de balayage à 0,1 millimètre par seconde.

Par rapport à la première mesure, l’allongement est le même mais la fréquence d’oscillation est réduite. Notez que l’échantillon a été déplacé vers une nouvelle position qui se reflète dans les mesures Lorsque le protocole est utilisé avec un défaut à un millimètre sous la surface, son emplacement peut toujours être déterminé mais avec une plus grande incertitude. Ces deux graphiques utilisent des données collectées à une vitesse de balayage de 0,1 millimètre par seconde.

Après son développement, la technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine du contrôle non destructif pour explorer l’utilisation de l’éclairage structuré. À la suite de cette procédure, d’autres modèles d’éclairage plus complexes peuvent être utilisés afin de trouver d’autres types de défauts. Jusqu’à présent, seul l’acier a été testé, mais la méthode est très prometteuse, en particulier pour le plastique, les matériaux composés et d’autres matériaux très sensibles en raison de la faible contrainte thermique appliquée.

Le goulot d’étranglement du dispositif expérimental actuel est la limite de contrainte thermique du modulateur de lumière spatial. C’est pourquoi nous devons faire attention au temps de mesure, qui ne doit pas dépasser deux à trois minutes. Jusqu’à présent, seules deux sources de chaleur intégrales ont été générées.

Mais en principe, en utilisant cette configuration, il est possible de générer et de contrôler jusqu’à un million de sources de chaleur, ce qui ouvre un autre champ de mise en forme arbitraire des ondes normales. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de localiser les défauts souterrains à l’aide de la thermographie photothermique projetée au laser. N’oubliez pas que travailler avec un laser infrarouge haute puissance de classe quatre peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles que le port de lunettes de protection laser doivent toujours être prises.