Localizzazione dei difetti suburfacea mediante riscaldamento strutturato utilizzando la termografia fototermica proiettata laser

Summary

Questo metodo mira a individuare difetti verticali superficiali. Qui accoppiamo un laser con un modulatore luminoso spaziale e innesco il suo ingresso video per riscaldare una superficie di campionamento deterministicamente con due linee modulate antifase acquisendo immagini termiche fortemente risolte. La posizione di difetto viene recuperata dalla valutazione dei minimi di interferenza dell'onda termica.

Abstract

Il metodo presentato viene utilizzato per individuare i difetti di sottosuolo orientati perpendicolarmente alla superficie. Per raggiungere questo obiettivo, creiamo campi di onde termiche interferenti distruttive che sono disturbati dal difetto. Questo effetto viene misurato e utilizzato per individuare il difetto. Formiamo i campi d'onda interferenti distruttivi usando un proiettore modificato. Il motore leggero originale del proiettore è sostituito da un laser ad alta potenza a fibra ottica. Il suo fascio è sagomato e allineato al modulatore luminoso spaziale del proiettore e ottimizzato per un ottimale throughput ottico e una proiezione omogenea, caratterizzando innanzitutto il profilo del fascio e, in secondo luogo, correggendolo meccanicamente e numericamente. Una telecamera ad infrarossi ad alta prestazione (IR) viene configurata in base alla situazione geometrica rigorosa (compresa la correzione delle distorsioni dell'immagine geometrica) e alla necessità di rilevare oscillazioni di temperatura deboli sulla superficie del campione. L'acquisizione dei dati può essere eseguita una volta sincronizzataLa ronizzazione tra le singole sorgenti di campo di onde termiche, la fase di scansione e la telecamera IR viene stabilita utilizzando una configurazione sperimentale dedicata che deve essere sintonizzata sul materiale specifico esaminato. Durante la post-elaborazione dei dati, vengono estratte le informazioni pertinenti sulla presenza di un difetto sotto la superficie del campione. Viene recuperato dalla parte oscillante della radiazione termica acquisita proveniente dalla cosiddetta linea di esaurimento della superficie del campione. La posizione esatta del difetto è dedotta dall'analisi della forma spaziale-temporale di queste oscillazioni in un passaggio finale. Il metodo è privo di riferimento e molto sensibile ai cambiamenti all'interno del campo d'onda termica. Finora il metodo è stato testato con campioni di acciaio ma è applicabile anche a materiali diversi, in particolare a materiali sensibili alla temperatura.

Introduction

Il metodo di termografia fototermica proiettata laser (LPPT) viene utilizzato per individuare i difetti sottosufficiali che sono incorporati nel volume del campione di prova e orientati prevalentemente perpendicolarmente alla sua superficie.

Il metodo utilizza l'interferenza distruttiva di due campi d'onda termica antifasica dello stesso allungamento e della frequenza come mostrato nella Figura 1b . Nei materiali privi di difetti isotropici le onde termiche neutralizzano in maniera distruttiva ( ovvero oscillazione della temperatura zero) al piano di simmetria per sovrapposizione coerente. In caso di un materiale....

Protocol

NOTA: Attenzione: prestare attenzione alla sicurezza del laser perché l'installazione utilizza un laser di classe 4. Indossare indumenti protettivi e vestiti corretti. Inoltre, maneggiare con attenzione il laser pilota.

1. Coppia il laser diodo al kit di sviluppo del proiettore (PDK)

1. Preparare il breadboard.
   1. Riposizionare tutti i dispositivi sulla base, come mostrato in Figura 3 . Posizionare la scheda con tutti i dispositivi preassemblati in un laboratorio laser.
2. Posizionare il supporto della fibra laser sulla base.
   1. Fissare la fibra al supporto della fibra las....

Results

Seguendo il protocollo, è stato scelto il lato 1 del campione d'acciaio con un difetto di sottosuolo ad una profondità di 0,25 mm per generare risultati rappresentativi. Il difetto è stato inizialmente posizionato approssimativamente al centro dell'area illuminata. Il campione è stato quindi spostato da -5 mm a 5 mm attraverso lo stadio lineare ad una velocità di 0,05 mm / s. Usando questi parametri, la Figura 11a mostra i dati di scansione dopo averli estratti dalla lin.......

Discussion

Il protocollo descritto descrive come individuare difetti artificiali sottostanti orientati perpendicolarmente alla superficie. L'idea principale del metodo è quella di creare campi d'onda termali interferenti che interagiscano con il difetto sottosuolo. I passaggi più importanti sono (i) combinare un SLM con un laser diodi per creare due modelli alternati di illuminazione ad alta potenza sulla superficie del campione; Questi schemi sono convertiti fototermicamente in campi di onde termiche coerenti, (ii) lascia.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sistema laser a diodi da 500 W, 940 nm	Laserline	LDM 500 - 20	Laser pilota classe 2 @ 650  nm, il laser a diodi è un sistema laser di classe 4 --> laboratorio speciale necessario
Scatola di controllo laser	Laserline Laserline	Scatola di controllo laser LDM	Aggiungere al sistema laser, utilizzato per commutare elettronicamente, soglia laser, otturatore, laser su 0 V.. Scanner con scatola di controllo TTL da 5 V
	Laserline		Complemento al sistema laser, utilizzato per regolare la potenza di uscita ottica tramite segnale analogico da 0 V..
Supporto laser a fibra da 10 V 2", f = 80 mm	Laserline		Aggiunta al sistema laser
Dispositivo DAQ (Acquisizione dati multifunzione) + terminale BNC	National Instruments	NI-USB 6251	La scheda DAQ viene utilizzata per attivare la telecamera IR,  il DLP Light Commander 5500, il controllo Laser e diodo PDA 36A
Standard - PC			PC di controllo - scheda grafica per due schermi, almeno 4 x USB,
cavo			Cavo standard Cavo
			Cavo standard Cavo
		micro USB a USB	Cavo standard
LabVIEW 2013 SP1 Development System	National Instruments		Ambiente di sviluppo per il controllo dei dispositivi
LPPT software di controllo	BAM		parte del pacchetto software LPPT di LabVIEW 2013 SP1
di intensità LPPT	BAM		parte del pacchetto software LPPT di LabVIEW 2013 SP1
Software di controllo laser LPPT	BAM		parte del pacchetto software LPPT di LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		Post-elaborazione dei dati
di misuraSoftware di post-elaborazione LPPT	BAM		Post-elaborazione dei dati di misura
PC di controllo della telecamera IR	InfraTec		Control PC è fornito dal distributore della telecamera
Software di controllo della telecamera IR	InfraTec	Irbis 3 Professional
InfraTec SDK	InfraTec		Dynamic Link Library come interfaccia tra il formato di acquisizione dati nativo di Infratec e Matlab
Telecamera IR	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, rivelatore InSb raffreddato, lunghezza d'onda 2  µm.. 5.7 µ m, rumore = 20  mK + accessori (cavo LAN, cavo di ingresso/uscita digitale, anello spaziale, alimentatore, custodia)
Treppiede	Manfrotto	161MK2B
Supporto per telecamera IR	Manfrotto	405
Kit di sviluppo proiettore (PDK) per la tecnologia di elaborazione digitale della luce (DLP) (DLP Light Commander 5500)	Logic PD	DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 Dispositivo digitale a microspecchi di Texas Instruments incluso, il motore luminoso e la custodia devono essere smontati Software
di controllo PDK	Logic PD		Incluso alla consegna, software di controllo DLP Light Commander
Piattaforma meccanica per il PDK	BAM		Unità di controllo del misuratore di potenza autocostruita (140 x 230 x 420) mm3
Interfaccia	USB Ophir
VegaTestina del misuratore di potenza da 30 W	Ophir	30(150)A-LP1-18	Testa del misuratore di potenza per determinare la trasmissione del sistema del proiettore Testa del misuratore di potenza da
500 W	Ophir	FL500A	Misuratore di potenza per la supervisione del processo
Controllore di movimento	Newport	ESP301	con interfaccia USB
Stadio di traslazione	Newport	M-ILS200CC	ESP301
con amplificatore	Thorlabs	PDA 36A-EC	1" mount
Filtro riflettente ND1	Thorlabs	ND10A	da montare sul PDA 36A
Pinhole 1"	Thorlabs	P1000S	da montare sul PDA 36A
Breadboard ottica in alluminio	Base Thorlabs	MB60120/M	(1.200 mm x 900 mm)
Lente convessa piana f = 200 mm	Thorlabs	LA1979-B	Rivestito per IR, prima lente del telescopio
Lente convessa Plano f = 75 mm	Thorlabs	LA1145-B	Rivestito per IR, seconda lente del telescopio
stadio di traslazione xy	Newport	M401	Utilizzato per la regolazione del telescopio
Beamsampler	Thorlabs	BSF20-B	Divide l'uscita ottica, utilizzata per ridurre l'ingresso ottico per il sistema di proiezione
Specchio	Thorlabs	BB2-E03	Specchio per l'accoppiamento del fascio al DLP Light Commander
Jack da laboratorio per impieghi gravosi	Thorlabs	L490	Utilizzato per il montaggio in fibra e sulla parte superiore del palco lineare per posizionare il campione (2x)
PDK-obiettivo	Nikon	Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D	Obiettivo per DLP Light Commander, 50 mm
Lente convessa piana f = 100 mm	La lente Thorlabs	LA1050 -B	è collegata all'obiettivo Nikon
Lente bi-convessa f = 60  mm	Thorlabs	LB1723 -B	Lente da collegare all'obiettivo Nikon per determinare la trasmissione ottica con la testa di misura da 30 W
Specchio d'oro protetto quadrato	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
Scheda sensore IR ad alta potenza	Newport	F-IRC-HP-M	Scheda sensore per controllare il percorso ottico
2" mirino	BAM		Autocostruito
1" mirini	BAM		Livello
Bullseye	Thorlabs	LCL01
Stadio di traslazione	Newport	M-UMR8.25	Utilizzato per misurare il profilo del fascio
Vite micrometrica	Newport	DM17-25	Utilizzato con stadio di traslazione M-UMR8.25
Montato Zero Aperture Iris	Thorlabs	ID75Z/M	utilizzato per controllare l'ottico Basi per percorsi
e supporti per pali Kit di base, componenti metrici e universali	Thorlabs	ESK01/M	Pali di base
e Accessori Kit Essentials, componenti metrici e universali	Thorlabs	ESK03/M
M6 Kit viti a testa cilindrica e bulloneria	Thorlabs	HW-KIT2/M
Binari da costruzione	Thorlabs	XE25L700/M
1" Cubo da costruzione	Thorlabs	RM1G	Utilizzato per il montaggio di binari da costruzione
Lavorazione a scarica elettrica	Sodick	AG60L	www.sodick.de
Blocco St37 di acciaio (100 x 100 x 40) mm3	BAM		autocostruito, difetto nascosto con spessori di parete rimanenti di 0,25  mm, 0,5 mm, 0,70 mm, 1,25  mm (mostrato in Figura 5)
St37 blocco di acciaio (100 x 100 x 40) mm	BAM		autocostruito, difetto nascosto con spessori di parete rimanenti di 1  mm, 1,5  mm, 1,75 mm, 2 mm (mostrato in Figura 5)
Spray di grafite	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, aerosol da 200 mL (Kontakt-Chemie)
Nastro protettivo	Tesa	tesakrepp 4348	utilizzato per proteggere i difetti nascosti durante il rivestimento