レーザー光熱サーモグラフィーを用いた構造化加熱による地中欠陥局在

この方法の全体的な目標は、構造化された加熱と高分解能の熱イメージングを非破壊かつ非接触の方法で使用して、鋼サンプル表面に垂直に向けられた表面下の欠陥を特定することです。この方法は、サーマルイメージング分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。たとえば、欠陥を検出するために、欠陥がどれほど小さく、どれほど深い

この手法の主な利点は、観測面内を伝搬する熱波場を生成できるため、垂直方向の欠陥に対して非常に感度が高いことです。このレーザー投影型光熱サーモグラフィーシステムは、ベンチトップのブレッドボード上に配置されています。このシステムは、実験で使用するために必要な準備手順のほとんどを経ています。

ビームパスの先頭にはレーザー光源があります。このレーザーファイバーは、レーザーファイバーマウントによって支えられています。次に、望遠鏡はレーザーのビーム径を、ビームラインの後半のために適切なサイズに縮小します。

ビームサンプラーの後ろには、500ワットのパワーメーターヘッドがビームエネルギーの多くを吸収し、レーザーをフルパワーで動作させることができます。ビームサンプラーから、ビームはミラーを介してプロジェクター開発キットに続きます。これは、ライトエンジンとレンズを取り外した分解された商用プロジェクターです。

実験では、ビームをコリメートしてプロジェクターに入ります。プロジェクターを通過した後、ビームはサンプルに遭遇し、サンプルはコンピューター制御の変換ステージに取り付けられます。このセットアップを完了するには、プロジェクター用の焦点距離100mmレンズを入手してください。

平行移動の直前にレンズをプロジェクター対物レンズに取り付けます。次に、LED懐中電灯をプロジェクターへの入力光源として使用します。対物レンズの前に白い紙を置き、像面の位置を示すシャープな照らされた長方形がシート上に現れるまで動かします。

この時点で、実験で使用するサンプルを採取します。ラボジャッキを備えた線形平行移動ステージのビームパスにサンプルを取り付けます。ラボジャッキでサンプルを持ち上げ、その上部が投影された長方形の上部と揃うようにします。

欠陥が像面の照らされた領域内にあることを確認します。次に、最初にポストに金の鏡を取得して、赤外線撮影を行うように手配します。ミラーは散乱ビームをカメラに反射します。

ミラーをプロジェクターの近くのポストホルダーに取り付けます。サンプルの上端を反映し、サンプル表面をできるだけ多く見るように角度を付ける必要があります。ミラーから反射した光は、三脚に取り付けられた赤外線カメラに入ります。

プロジェクターの対物レンズの高さに配置して、金色の鏡を通して投影された白い画像を見るようにします。カメラをコンピューターで制御するように設定し、ウォームアップします。カメラを制御ソフトウェアに接続した後、スチール製定規を入手します。

定規をサンプルの表面に保持し、手動でカメラの焦点を合わせます。スチール製定規との温度コントラストがピント合わせを助けます。最もシャープな画像を実現するために取り組みます。

最も重要なステップの1つは、サンプル表面で十分な横方向の分解能を達成することです。枯渇のラインを解決する必要があるため、これは重要です。レーザーソフトウェアを使用してレーザー電圧を10ボルトに設定し、レーザーを開始します。

カメラソフトウェアを使用して、プロジェクターとカメラの関係を確認します。上部にあるオプションから [測定] を選択します。[測定領域]ツールバーに移動し、クロスツールオプションを選択します。

レーザーがオンのときは、熱画像が表示されます。このツールを使用して、フレームを左クリックして画像の角をマークし、座標をメモします。カメラ制御ソフトウェアは、実験用に設定する必要があります。

まず、カメラパネルに切り替えます。そこで、[リモート]ボタンをクリックして、リモートコントロールパネルを開きます。ドロップダウンメニューで、Process-IOオプションを選択します。

また、 同期 オプションと ゲート オプション。この後、メニューを閉じます。[Acquisitions parameters] タブで、[Acquisition] メニューを開きます。

ドロップダウンメニューから[外部同期]を選択します。「フォルダ」フィールドにファイル名とフォルダ名を入力します。次に、[カウント]フィールドに移動し、以前に計算したフレーム数を入力して、[取得]メニューを閉じます。

カメラデータの取得を開始するには、[Record] を選択します。この時点で、実験制御ソフトウェアに移行します。[アクティブ化]をクリックして、モーションコントローラーをアクティブにします。

次に、開始位置と終了位置をミリメートル単位で編集して、スキャンに欠陥を含めます。その後、速度をミリメートル/秒で入力します。「測定開始」をクリックします。

[エリアの色を選択]フィールドを左クリックします。カラーダイアログで、パターン領域の色を選択します。描画ツールバーに移動し、長方形のツールを選択します。

画像領域に移動し、ツールを使用して、以前に見つかったプロジェクターのピクセル領域と一致する長方形を作成します。「Define Area」をクリックして続行します。ダイアログボックスでは、投影されたパターンのプロパティを設定できます。

[Signal Type] ドロップダウン メニューで [Sine Wave] を選択します。正弦波を定義するには、[Phase Shift]フィールドを0度に設定します。さらに、[周波数] をヘルツ単位で設定します。

振幅を最大に設定します。次に、Voltageフィールドに移動して、レーザー電圧をボルト単位で入力します。[期間あたりの画像] フィールドに、以前に計算した値を入力します。

[次へ]をクリックします。同様の手順に従って、位相シフトが 180 度の異なる色の 2 つ目の四角形を作成します。プレビュースライダーでそれらを使用して画像のシーケンスをプレビューします。

次に、[開始] を押して実験を開始します。並進ステージは、選択した範囲内でサンプルをゆっくりと移動させ、投影された振動構造化照明にさまざまな領域を露光します。この実験の合計所要時間は 200 秒です。

サンプルが移動すると、熱赤外線カメラは40ヘルツの熱画像を取得します。このシーケンス熱画像は、照明によって生成された熱波場の例を提供します。すべてのフレームが取得されたら、実験を停止します。

必要な後処理を実行するには、後処理ソフトウェアでデータ フレームを読み込みます。データが変換されたら、以前に見つけた投影ポイントの座標を挿入します。[変換] をクリックして、データをプロジェクターのピクセル ドメインに配置します。

温度情報を抽出するには、2 つのポイントの座標を入力して空乏ラインを定義します。実験中のサンプルの開始位置での速度のパラメータを入力します。また、赤外線カメラのフレームレートとパターンの正弦波周波数も入力します。

最後に、データの後処理パラメータが正しいことを確認します。準備ができたら、[評価] をクリックします。亀裂の位置は、強調表示されたフィールドに表示されます。

これらのデータは、約1/4ミリメートルの深さに欠陥のあるテストサンプルから収集されました。サンプルは毎秒0.05ミリメートルで変換されました。黒い曲線は、上部の水平軸に沿って温度を時間の関数として表します。

時間は、下軸に沿った位置に移動することもできます。赤い実線の曲線は、非振動性の温度上昇に適合しています。赤い破線は欠陥の位置を示します。

これは、追加の後処理後の同じデータです。青い曲線はヒルベルト曲線で、欠陥は最小です。これらのデータは、スキャン速度を毎秒0.1ミリメートルに倍増して収集されました。

最初の測定と比較すると、伸びは同じですが、発振周波数は減少します。サンプルが新しい位置に移動され、それが測定値に反映されることに注意してください プロトコルを表面から1ミリメートル下の欠陥で使用した場合、その位置はまだ決定できますが、不確実性が高くなります。これらのプロットはどちらも、毎秒0.1ミリメートルのスキャン速度で収集されたデータを使用します。

その開発後、この技術は、非破壊検査の分野の研究者が構造化照明の使用を探求する道を開きました。この手順に続いて、他のより複雑な照明パターンを使用して、他の欠陥タイプを見つけることができます。これまでは鋼鉄のみがテストされていますが、この方法は、特にプラスチック、複合材料、および加えられる熱応力が低いため、他の非常に敏感な材料にとって非常に有望です。

現在の実験セットアップのボトルネックは、空間光変調器の熱応力限界です。そのため、測定時間に注意を払う必要があり、2〜3分以内である必要があります。これまで、2つの一体型熱源しか生成されていませんでした。

しかし、原理的には、この設定を使用すると、最大100万の熱源を生成および制御することが可能であり、これにより、任意の法波形成の別のフィールドが開かれます。このビデオを見れば、レーザー投影光熱サーモグラフィーを使用して表面下の欠陥を特定する方法について十分に理解できるはずです。クラス4の高出力赤外線レーザーでの作業は非常に危険であり、レーザー保護ゴーグルの着用などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。