레이저 조사 형 광열 열 분석을 이용한 구조 가열에 의한 지층 결함 국산화

이 방법의 전반적인 목표는 비파괴 및 비접촉 방식으로 구조화된 가열과 고해상도의 열화상을 사용하여 강철 샘플 표면에 수직으로 배치된 표면 아래 결함을 찾는 것입니다. 이 방법은 열화상 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 감지하기 위해 결함이 얼마나 작고 얼마나 깊을 수 있는지 등이 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 관찰 평면에서 전파되는 열파장을 생성할 수 있어 접근 방식이 수직 방향의 결함에 매우 민감하다는 것입니다. 이 레이저 투영 광열 열화상 시스템은 벤치 탑 브레드보드에 배치됩니다. 이 시스템은 실험에 사용하는 데 필요한 대부분의 준비 단계를 거쳤습니다.

빔 경로의 헤드에는 레이저 소스가 있습니다. 이 레이저 광섬유는 레이저 파이버 마운트에 의해 지지됩니다. 다음으로, 망원경은 레이저의 빔 직경을 나중에 빔 라인에서 사용할 수 있도록 적절한 크기로 줄입니다.

빔 샘플러 뒤에 있는 500와트 파워 미터 헤드는 빔 에너지의 대부분을 흡수하여 레이저가 최대 전력으로 작동할 수 있도록 합니다. 빔 샘플러에서 빔은 미러를 통해 프로젝터 개발 키트로 계속됩니다. 이것은 광 엔진과 렌즈를 제거한 분해된 상업용 프로젝터입니다.

실험을 위해 빔을 시준하여 프로젝터로 들어갑니다. 프로젝터를 통과한 후 빔은 컴퓨터 제어 변환 스테이지에 장착될 샘플을 만나게 됩니다. 이 설정을 완료하려면 프로젝터용 100mm 초점 거리 렌즈를 구하십시오.

번역 직전에 프로젝터 대물렌즈에 렌즈를 부착합니다.tage. 그런 다음 LED 손전등을 프로젝터의 입력 광원으로 사용합니다. 대물렌즈 앞에 흰색 종이를 놓고 시트에 이미지 평면의 위치를 나타내는 날카로운 조명 사각형이 나타날 때까지 이동합니다.

이 시점에서 실험에 사용할 샘플을 얻습니다. lab jack이 장착된 linear translation stage의 빔 경로에 시료를 장착합니다. 랩 잭으로 샘플을 들어 올려 상단이 투영된 직사각형의 상단과 일직선이 되도록 합니다.

결함이 이미지 평면의 조명 영역 내에 있는지 확인합니다. 다음으로, 먼저 기둥에 금색 거울을 구하여 적외선 촬영을 준비합니다. 미러는 산란된 빔을 카메라에 반사합니다.

프로젝터 근처의 포스트 홀더에 거울을 장착합니다. 샘플의 위쪽 가장자리를 반영해야 하며 가능한 한 많은 샘플 표면을 볼 수 있도록 각도를 조정해야 합니다. 거울에서 반사된 빛은 삼각대에 장착된 적외선 카메라로 들어갑니다.

프로젝터 대물렌즈의 높이에 배치하여 금색 거울을 통해 투사된 흰색 이미지를 볼 수 있도록 합니다. 컴퓨터로 제어하도록 카메라를 설정하고 예열하십시오. 카메라를 제어 소프트웨어에 연결한 후 강철 눈금자를 구하십시오.

샘플 표면에 눈금자를 잡고 수동으로 카메라의 초점을 맞춥니다. 강철 눈금자에 대한 온도 대비는 초점을 맞추는 데 도움이 됩니다. 가장 선명한 이미지를 얻기 위해 노력하십시오.

가장 중요한 단계 중 하나는 샘플 표면에서 충분한 측면 해상도를 달성하는 것입니다. 이것은 고갈선을 해결해야 하기 때문에 중요합니다. 레이저 소프트웨어를 사용하여 레이저 전압을 10볼트로 설정하고 레이저를 시작합니다.

프로젝터와 카메라 간의 관계에 대해 카메라 소프트웨어를 사용하여 작업합니다. 맨 위에 있는 옵션에서 측정을 선택합니다. Measure areas(측정 영역) 도구 모음으로 이동하여 교차 도구 옵션을 선택합니다.

레이저가 켜지면 열화상이 나타납니다. 도구를 사용하여 프레임을 마우스 왼쪽 버튼으로 클릭하여 이미지의 모서리를 표시한 다음 좌표를 기록해 둡니다. 실험을 위해 카메라 제어 소프트웨어를 구성해야 합니다.

먼저 카메라 패널로 전환합니다. 거기에서 원격 버튼을 클릭하여 원격 제어판을 엽니다. 드롭다운 메뉴에서 Process-IO 옵션을 선택합니다.

또한 Sync In 옵션과 Gate 옵션을 클릭하십시오. 그런 다음 메뉴를 닫습니다. Acquisitions parameters 탭에서 Acquisition 메뉴를 엽니다.

드롭다운 메뉴에서 External Sync(외부 동기화)를 선택합니다. 폴더 필드에 파일 및 폴더 이름을 제공합니다. 그런 다음 Count 필드로 이동하여 이전에 계산된 프레임 수를 입력하고 Acquisition 메뉴를 닫습니다.

[Record]를 선택하여 카메라 데이터 수집을 시작합니다. 이 시점에서 실험 제어 소프트웨어로 이동합니다. Activate를 클릭하여 모션 컨트롤러를 활성화합니다.

그런 다음 시작 및 끝 위치(mm)를 편집하여 스캔에 결함을 포함합니다. 그런 다음 속도를 초당 밀리미터 단위로 입력하십시오. Start Measurement(측정 시작)를 클릭합니다.

Choose Area Color 필드를 마우스 왼쪽 버튼으로 클릭합니다. 색상 대화 상자에서 패턴 영역의 색상을 선택합니다. 그리기 도구 모음으로 이동하여 사각형 도구를 선택합니다.

이미지 영역으로 이동하고 도구를 사용하여 이전에 찾은 프로젝터 픽셀 영역과 일치하는 사각형을 만듭니다. 영역 정의를 클릭하여 계속합니다. 대화 상자에서는 투영된 패턴 속성을 설정할 수 있습니다.

Signal Type(신호 유형) 드롭다운 메뉴에서 Sine Wave(사인파)를 선택합니다. 사인파를 정의하려면 Phase Shift 필드를 0도로 설정합니다. 또한 주파수를 헤르츠 단위로 설정합니다.

진폭을 최대로 설정합니다. 다음으로 전압 필드로 이동하여 레이저 전압을 볼트 단위로 입력합니다. Pictures per period 필드에 이전에 계산된 값을 입력합니다.

다음을 클릭합니다. 유사한 단계에 따라 180도의 위상 변이에서 다른 색상의 두 번째 사각형을 만듭니다. 미리보기 슬라이더에서 이미지를 사용하여 이미지 시퀀스를 미리 봅니다.

그런 다음 시작을 눌러 실험을 시작합니다. translation stage는 선택한 범위를 통해 샘플을 천천히 이동하여 투사된 진동 구조 조명에 다른 영역을 노출시킵니다. 이 실험의 총 이동 시간은 200초입니다.

샘플이 이동함에 따라 열적외선 카메라는 40Hz에서 열화상을 획득합니다. 이 시퀀스 열 이미지는 조명에 의해 생성된 열파 필드의 예를 제공합니다. 모든 프레임이 획득되면 실험을 중지합니다.

필요한 후처리를 수행하려면 후처리 소프트웨어에서 데이터 프레임을 로드합니다. 데이터를 변환한 후 이전에 찾은 투영점 좌표를 삽입합니다. Transform(변환)을 클릭하여 데이터를 프로젝터 픽셀 영역에 넣습니다.

온도 정보를 추출하려면 두 점에 대한 좌표를 입력하여 공핍선을 정의합니다. 실험 중 샘플의 시작 위치에서 속도에 대한 매개변수를 입력합니다. 또한 적외선 카메라의 FrameRate 및 패턴의 사인파 주파수를 입력합니다.

마지막으로 데이터 후처리 매개변수가 올바른지 확인합니다. 준비가 되면 평가를 클릭합니다. 균열 위치가 강조 표시된 필드에 표시됩니다.

이 데이터는 대략 1/4 밀리미터 깊이의 결함이있는 테스트 샘플에서 수집되었습니다. 샘플은 초당 0.05mm로 변환되었습니다. 검은색 곡선은 온도를 시간의 함수로 나타내며 이는 상단 수평 축을 따릅니다.

시간은 아래쪽 축을 따르는 위치로 변환 될 수도 있습니다. 빨간색 실선 곡선은 진동이 없는 온도 상승에 적합합니다. 빨간색 파선은 결함의 위치를 나타냅니다.

다음은 추가 후처리 후 동일한 데이터입니다. 파란색 곡선은 힐베르트 곡선이며 결함은 최소값입니다. 이러한 데이터는 스캔 속도를 초당 0.1mm로 두 배로 늘린 후 수집되었습니다.

첫 번째 측정과 비교하여 연신율은 동일하지만 진동 주파수가 감소합니다. 샘플이 측정에 반영된 새로운 위치로 이동되었다는 점에 유의하십시오: 프로토콜이 표면 아래 1mm 아래의 결함과 함께 사용되는 경우 그 위치는 여전히 결정될 수 있지만 불확실성이 더 큽니다. 이 두 플롯은 모두 초당 0.1mm의 스캔 속도로 수집된 데이터를 사용합니다.

개발 후 이 기술은 비파괴 검사 분야의 연구자들이 구조화 조명의 사용을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 절차에 따라 다른 결함 유형을 찾기 위해 더 복잡한 다른 조명 패턴을 사용할 수 있습니다. 지금까지는 강철만 테스트되었지만, 이 방법은 적용되는 낮은 열 응력으로 인해 특히 플라스틱, 복합 재료 및 기타 매우 민감한 재료의 경우 매우 유망합니다.

현재 실험 설정의 병목 현상은 공간 광 변조기의 열 응력 한계입니다. 그렇기 때문에 2-3분을 넘지 않아야 하는 측정 시간에 주의를 기울여야 합니다. 지금까지 두 개의 통합 열원만 생성되었습니다.

그러나 원칙적으로 이 설정을 사용하면 최대 100만 개의 열원을 생성하고 제어할 수 있으며, 이는 임의의 법선 파형의 또 다른 장을 엽니다. 이 비디오를 시청한 후에는 레이저 투영 광열 서모그래피를 사용하여 지하 결함을 찾는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 클래스 4 고출력 적외선 레이저로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며 항상 레이저 보호 고글 착용과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.