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

L'obiettivo generale di questo metodo è quello di utilizzare il riscaldamento strutturato e l'imaging termico ad alta risoluzione in modo non distruttivo e senza contatto per localizzare i difetti del sottosuolo orientati perpendicolarmente alla superficie di un campione di acciaio. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'imaging termico. Ad esempio, quanto piccolo e quanto profondo può essere un difetto per essere rilevato.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che possiamo generare campi di onde termiche che si propagano nel piano di osservazione, rendendo l'approccio altamente sensibile ai difetti orientati perpendicolarmente. Questo sistema di termografia fototermica proiettato al laser è disposto su una breadboard da banco. Questo sistema ha subito la maggior parte delle fasi preparatorie necessarie per l'uso in un esperimento.

Alla testa del percorso del raggio si trova la sorgente laser. Questa fibra laser è supportata da un supporto in fibra laser. Successivamente, un telescopio riduce il diametro del raggio del laser a una dimensione appropriata per le successive fasi della linea del raggio.

Dietro il campionatore del raggio, una testina del misuratore di potenza da 500 watt assorbe gran parte dell'energia del raggio per consentire al laser di funzionare a piena potenza. Dal campionatore di fascio, il raggio continua tramite uno specchio fino a un kit di sviluppo del proiettore. Si tratta di un proiettore commerciale smontato con il motore di luce e le lenti rimosse.

Per l'esperimento, collimare il raggio per entrare nel proiettore. Dopo aver attraversato il proiettore, il raggio incontrerà il campione che verrà montato su uno stadio di traslazione di controllo computerizzato. Per completare questa configurazione, procurarsi un obiettivo con lunghezza focale di 100 millimetri per il proiettore.

Fissare l'obiettivo all'obiettivo del proiettore appena prima della fase di traslazione. Quindi, utilizzare una torcia a LED come fonte di luce in ingresso al proiettore. Posizionare un foglio di carta bianco davanti all'obiettivo e spostarlo fino a quando non c'è un rettangolo illuminato nitido sul foglio che indica la posizione del piano dell'immagine.

A questo punto, procurati un campione da utilizzare nell'esperimento. Montare il campione nel percorso del fascio sullo stadio di traslazione lineare dotato di martinetto da laboratorio. Sollevare il campione con il martinetto da laboratorio in modo che la sua parte superiore sia in linea con la parte superiore del rettangolo proiettato.

Assicurarsi che un difetto si trovi all'interno dell'area illuminata nel piano dell'immagine. Successivamente, organizza la fotografia a infrarossi ottenendo prima uno specchio d'oro su un palo. Lo specchio rifletterà il raggio diffuso verso la telecamera.

Montare lo specchio su un supporto per palo vicino al proiettore. Dovrebbe riflettere il bordo superiore del campione ed essere angolato per vedere la maggior parte possibile della superficie del campione. La luce riflessa dallo specchio entrerà in una fotocamera a infrarossi montata su un treppiede.

Posizionarlo all'altezza dell'obiettivo del proiettore in modo che veda l'immagine bianca proiettata attraverso lo specchio dorato. Imposta la fotocamera in modo che sia controllata dal computer e lasciala riscaldare. Dopo aver collegato la fotocamera al suo software di controllo, procurarsi un righello in acciaio.

Tenere il righello sulla superficie del campione e mettere a fuoco manualmente la fotocamera su di esso. Il contrasto di temperatura con il righello in acciaio aiuta nella messa a fuoco. Lavora per ottenere l'immagine più nitida.

Uno dei passaggi più critici consiste nel raggiungere una risoluzione laterale sufficiente sulla superficie del campione. Questo è importante perché la linea di esaurimento deve essere risolta. Utilizzare il software del laser per impostare la tensione del laser a 10 volt e avviare il laser.

Lavora con il software della fotocamera per la relazione tra il proiettore e la fotocamera. Seleziona Misura dalle opzioni nella parte superiore. Vai alla barra degli strumenti Misura aree e scegli l'opzione dello strumento croce.

Quando il laser è acceso ci sarà un'immagine termica. Usa lo strumento per contrassegnare gli angoli dell'immagine facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sulla cornice e quindi annota le coordinate. Il software di controllo della fotocamera deve essere configurato per l'esperimento.

Inizia passando al pannello Fotocamera. Lì, fai clic sul pulsante Telecomando per aprire il pannello di controllo remoto. Lì, nel menu a discesa, scegli l'opzione Process-IO.

Inoltre, continua a fare clic sull'opzione Sincronizza in e sull'opzione Gate. Dopodiché, chiudi il menu. Dalla scheda Parametri acquisizioni, aprire il menu Acquisizione.

Scegli Sincronizzazione esterna dal menu a discesa. Specificare i nomi di file e cartelle nel campo Cartella. Quindi, spostati nel campo Conteggio e inserisci il numero di fotogrammi precedentemente calcolato e chiudi il menu Acquisizione.

Avviare l'acquisizione dei dati della fotocamera scegliendo Registra. A questo punto, passare al software di controllo dell'esperimento. Fare clic su Attiva per attivare il controller di movimento.

Quindi, modifica le posizioni iniziale e finale in millimetri per includere il difetto nella scansione. Dopodiché inserisci la velocità in millimetri al secondo. Fare clic su Avvia misurazione.

Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sul campo Scegli colore area. Nella finestra di dialogo del colore, selezionare un colore per l'area del motivo. Vai alla barra degli strumenti di disegno e scegli lo strumento rettangolare.

Spostatevi nell'area dell'immagine e utilizzate lo strumento per creare un rettangolo coerente con il dominio dei pixel del proiettore trovato in precedenza. Continuate facendo clic su Definisci area (Define Area). La finestra di dialogo consente di impostare le proprietà del modello proiettato.

Nel menu a discesa Tipo di segnale, scegliere Onda sinusoidale. Per definire l'onda sinusoidale, impostare il campo Sfasamento su zero gradi. Inoltre, imposta la frequenza in hertz.

Impostate l'ampiezza al massimo. Quindi, vai al campo Tensione per inserire la tensione del laser in unità di volt. Nel campo Immagini per periodo immettere un valore calcolato in precedenza.

Fare clic su Avanti. Seguire passaggi analoghi per creare un secondo rettangolo di un colore diverso con uno sfasamento di 180 gradi. Visualizza in anteprima la sequenza di immagini utilizzandole in un cursore di anteprima.

Quindi premere Avvia per iniziare l'esperimento. Lo stadio di traslazione sposta lentamente il campione attraverso l'intervallo scelto per esporre diverse regioni all'illuminazione strutturata oscillante proiettata. Il tempo di transito totale per questo esperimento è di 200 secondi.

Mentre il campione si muove, la termocamera a infrarossi acquisisce immagini termiche a 40 hertz. Questa sequenza di immagini termiche fornisce un esempio dei campi di onde termiche generati dall'illuminazione. Interrompere l'esperimento quando tutti i fotogrammi sono stati acquisiti.

Per eseguire la post-elaborazione necessaria, caricare i frame di dati nel software di post-elaborazione. Dopo aver convertito i dati, inserire le coordinate del punto di proiezione trovate in precedenza. Fare clic su Trasforma per inserire i dati nel dominio dei pixel del proiettore.

Per estrarre informazioni sulla temperatura, definire la linea di esaurimento inserendo le coordinate di due punti. Inserire i parametri per la velocità nella posizione iniziale del campione durante l'esperimento. Inserisci anche il FrameRate della fotocamera a infrarossi e la frequenza dell'onda sinusoidale del modello.

Infine, assicurati che i parametri di post-elaborazione dei dati siano corretti. Quando sei pronto, fai clic su Valuta. La posizione della fessura viene visualizzata nel campo evidenziato.

Questi dati sono stati raccolti da un campione di prova con un difetto a una profondità approssimativa di 1/4 di millimetro. Il campione è stato traslato a 0,05 millimetri al secondo. La curva nera rappresenta la temperatura in funzione del tempo, che si trova lungo l'asse orizzontale superiore.

Il tempo può anche essere tradotto in una posizione che si trova lungo l'asse inferiore. La curva rossa continua è un adattamento all'aumento non oscillatorio della temperatura. La linea rossa tratteggiata indica la posizione del difetto.

Ecco gli stessi dati dopo un'ulteriore post-elaborazione. La curva blu è la curva di Hilbert e il difetto è al minimo. Questi dati sono stati raccolti dopo aver raddoppiato la velocità di scansione a 0,1 millimetri al secondo.

Rispetto alla prima misurazione, l'allungamento è lo stesso ma la frequenza di oscillazione è ridotta. Si noti che il campione è stato spostato in una nuova posizione che si riflette nelle misurazioni Quando il protocollo viene utilizzato con un difetto un millimetro sotto la superficie, la sua posizione può ancora essere determinata ma con maggiore incertezza. Entrambi questi grafici utilizzano i dati raccolti con una velocità di scansione di 0,1 millimetri al secondo.

Dopo il suo sviluppo, la tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei test non distruttivi per esplorare l'uso dell'illuminazione strutturata. Seguendo questa procedura, è possibile utilizzare altri e più complessi modelli di illuminazione per trovare altri tipi di difetti. Finora è stato testato solo l'acciaio, ma il metodo è molto promettente, soprattutto per la plastica, i materiali composti e altri materiali molto sensibili a causa del basso stress termico che viene applicato.

Il collo di bottiglia dell'attuale configurazione sperimentale è il limite di stress termico del modulatore di luce spaziale. Ecco perché dobbiamo prestare attenzione al tempo di misurazione, che non dovrebbe essere superiore a due o tre minuti. Finora sono state generate solo due fonti di calore integrali.

Ma in linea di principio, utilizzando questa configurazione è possibile generare e controllare fino a un milione di fonti di calore, il che apre un altro campo di modellazione delle onde normale arbitraria. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come localizzare i difetti del sottosuolo utilizzando la termografia fototermica proiettata al laser. Non dimenticare che lavorare con un laser a infrarossi ad alta potenza di classe quattro può essere estremamente pericoloso e che è necessario prendere sempre precauzioni come indossare occhiali di protezione laser.