Name: 레이저 조사 형 광열 열 분석을 이용한 구조 가열에 의한 지층 결함 국산화 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: 학습하세요 레이저 조사 형 광열 열 분석을 이용한 구조 가열 방식으로 강철 시료의 지층 결함을 비파괴적으로 국산화하는 방법입니다. 이 기술은 수직 방향 결함에 대한 높은 감도를 제공합니다.

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우리는 Taarna Studemund와 Hagen Wendler에게 그림 설치를위한 준비뿐만 아니라 실험 설정의 사진을 찍어 주신 것에 대해 감사드립니다. 또한 샘플 준비를위한 Anne Hildebrandt와 Sreedhar Unnikrishnakurup, Alexander Battig, Felix Fritzsche에게 감사의 말씀을 전합니다.

<ol><li>Thiel, E., Kreutzbruck, M., Ziegler, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4963139?journalCode=apl">Laser-projected photothermal thermography using thermal wave field interference for subsurface defect characterization.</a> Appl. Phys. Lett. 109 (12), 123504(2016).</li>
<li>Ibarra-Castanedo, C., Tarpani, J. R., Maldague, X. P. V. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807/34/6/S91/meta">Nondestructive testing with thermography.</a> Eur. J. Phys. 34 (6), 91-109 (2013).</li>
<li>Maldague, X. P. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/228794492_Introduction_to_NDT_by_active_infrared_thermography">Introduction to NDT by active infrared thermography.</a> Mater. Eval. 60 (9), 1060-1073 (2002).</li>
<li>Li, T., Almond, D. P., Rees, D. A. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963869510001076">Crack imaging by scanning pulsed laser spot thermography.</a> Ndt&E Int. 44 (2), 216-225 (2011).</li>
<li>Lugin, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963869513000315">Detection of hidden defects by lateral thermal flows.</a> Ndt&E Int. 56, 48-55 (2013).</li>
<li>Li, T., Almond, D. P., Rees, D. A. S. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/22/3/035701/meta">Crack imaging by scanning laser-line thermography and laser-spot thermography.</a> Meas. Sci. Technol. 22 (3), (2011).</li>
<li>Pech-May, N. W., Oleaga, A., Mendioroz, A., Salazar, A. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s10921-016-0344-x">Fast Characterization of the Width of Vertical Cracks Using Pulsed Laser Spot Infrared Thermography.</a> Journal of Nondestructive Evaluation. 35 (2), 22(2016).</li>
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<li>Ravichandran, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Spatial+and+temporal+modulation+of+heat+source+using+light+modulator+for+advanced+thermography%22">Spatial and temporal modulation of heat source using light modulator for advanced thermography</a>. , Missouri University of Science and Technology. (2015).</li>
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<li>Moench, H., et al. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2206439">High-power VCSEL systems and applications.</a> Proc. SPIE 9348. , (2015).</li>
</ol>

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제시된 프로토콜은 표면에 수직으로 향한 인공적인 표면 하의 결함을 찾는 방법을 기술한다. 이 방법의 주요 아이디어는 표면 결함과 상호 작용하는 간섭 열 파 필드를 생성하는 것이다. 가장 중요한 단계는 (i) SLM과 다이오드 레이저를 결합하여 시료 표면에 고전력 조명 패턴을 교대로 생성하는 것, 이 패턴들은 광열 적으로 열 간섭계 (coherent thermal wave field)로 전환되고, (ii) 표면 결함과 상호 작용하면서 파괴적 간섭을 일으키며, (iii) 열 화상 진단을 사용하여 시료 표면의 동적 온도의 표면 주사 IR 카메라. 절대 온도 값이 아닌 천천히 변하는 평균 값 주위의 온도의 상대 진동 만 필요하기 때문에이 접근법은 숨겨진 결함 1 에 매우 민감합니다. 가장 중요한 단계 중 하나프로토콜 내에서 구조화 된 가열을 위해 SLM 결합 레이저 소스를 사용할 때 조명 빔 프로파일의 충분한 균질성을 확립하는 것입니다 (단...

레이저 투영 광열 열처리 (LPPT) 방법은 시험편의 부피에 묻혀 표면에 주로 수직으로 배향 된 표면 결함을 찾는 데 사용됩니다. 상기 방법은 도 1b 에 도시 된 바와 같이 동일한 신장 및 주파수의 2 개의 반 위상 열 파 필드의 상쇄 간섭을 사용한다. 등방성 결함이없는 물질에서, 열파는 응집력 중첩에 의해 대칭 평면에서 파괴적으로 중성화 ( 즉, 제로 온도 진동)됩니다. 표면 결함이있는 재료의 경우이 방법은 과도 열 흐름과이 결함 사이의 측면 ( 즉 , 평면 내) 구성 요소의 상호 작용을 이용합니다. 이 상호 작용은 샘플 표면의 대칭 선에서 재현 된 진동 온도 신도에서 측정 할 수 있습니다. 이제, 결함을 포함하는 샘플은 중첩 된 열파 필드에 의해 스캐닝되고,온도 신장의 레벨은 샘플 위치와 관련하여 측정된다. 대칭으로 인해, 결함이 대칭 평면을 가로 지르면 상쇄 간섭 조건이 다시 충족됩니다. 이렇게하면 결함을 매우 민감하게 찾을 수 있습니다. 또한, 상쇄 간섭의 최대 외란의 수준은 결함의 깊이와 관련되기 때문에, 온도 스캔을 분석하여 깊이를 결정할 수 있습니다 1 . LPPT는 능동형 열처리 방법론에 할당 될 수 있습니다.이 방법론은 과도 가열이 적극적으로 발생하고 일시적인 온도 분포가 열 IR 카메라를 통해 측정되는 잘 설정된 비파괴 방식입니다. 일반적으로,이 방법론의 민감도는 과도 열 흐름과 본질적으로 수직 인 결함으로 제한됩니다. 더욱이, 지배적 인 과도 열전도 방정식은 포물선 부분 차분ntial 방정식, 볼륨으로의 열 흐름은 강하게 감쇠됩니다. 결과적으로 능동형 열 화상 기법의 프로빙 깊이는 일반적으로 밀리미터 범위에 가까운 표면 영역으로 제한됩니다. 가장 보편적 인 능동 열 화상 촬영 기술은 펄스 및 자물쇠 열 화상입니다. 그것들은 평면 광학 표면 조명으로 인해 빠르지 만, 표면에 수직 한 열 흐름을 발생시킵니다. 따라서 이러한 기술의 민감도는 가열 된 시료 표면에 대해 우세하게 평행하게 배향 된 결함 ( 예 : 박리 또는 보이드)으로 제한됩니다. 펄스 열 화상 측정을위한 경험적 규칙은 &quot;검출 할 수있는 가장 작은 결함의 반경은 표면 아래의 깊이보다 최소한 1 ~ 2 배 커야합니다&quot; 3 라고 말합니다. 직각으로 배향 된 결함 ( 예 : 크랙)과 열 흐름 사이의 유효 상호 작용 영역을 증가 시키려면 열 흐름의 방향이변경되었습니다. 예를 들어 직선 또는 원형 스폿이있는 집속 된 레이저를 사용하여 국부 여기는 수직 결함 4 , 5 , 6 , 7 과 효과적으로 상호 작용할 수있는 면내 구성 요소로 열 흐름을 생성합니다. 제시된 방법에서, 우리는 또한 표면 열 결함을 검출하기 위해 측 방향 열 흐름 성분을 사용하지만, 열 파가 중첩 될 수 있다는 사실을 이용한다. 결함, 특히 수직 방향 열은 이러한 중첩을 방해한다. 이러한 방법으로, 제시된 방법은 너비 / 깊이 비율이 8,9 보다 훨씬 낮은 인공적인 표면 하의 결함을 검출 할 수 있기 때문에 기준없는, 대칭적이고 매우 민감한 방법과 닮았다. 지금까지는 충분한 에너지를 공급하는 2 개의 반 위상 열 파 필드를 만드는 것이 어려웠습니다. 우리는 이것을 달성했습니다.공간 광 변조기 (SLM)를 고전력 다이오드 레이저에 연결함으로써 레이저 시스템의 높은 광 출력을 SLM의 공간 및 시간 해상도 ( 그림 2 참조)와 고출력 프로젝터에 병합 할 수있었습니다 . 열 파 필드는 투영 된 이미지의 픽셀 밝기를 통해 2 개의 반 위상 사인 곡선으로 변조 된 선 패턴의 광열 변환에 의해 생성됩니다 ( 그림 2 , 그림 1a 참조). 이것은 샘플 표면의 구조화 된 가열을 초래하고 잘 정의 된 파괴적인 열파 장을 초래합니다. 표면 결함을 발견하기 위해, 파괴적인 추론의 방해는 IR 카메라를 사용하여 표면에서의 온도 진동으로 측정됩니다. 열파라는 용어는 열 전파의 확산 특성으로 인해 열파가 에너지를 전달하지 않기 때문에 논쟁의 여지가 있습니다. 아직도, hea 일 때 물결 같은 행동이 있습니다.<html> 우리는 실제 파와 확산 과정 10 , 11 , 12 사이의 유사점을 사용할 수있게 해줍니다. 따라서, 열파는 전파 방향으로 매우 감쇠되지만 시간에 따라 주기적으로 감쇠 될 수 있습니다 ( 그림 1b ). 특성 열 확산 길이 <img alt="방정식 1" src="/files/ftp_upload/55733/55733eq1.jpg" /> (열전도율 k , 열용량 c p 및 밀도 ρ ) 및 여기 주파수 f에 의해 설명된다. 열파가 강하게 붕괴 되더라도 그 파동 특성을 적용하여 시료의 특성에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 열파 간섭의 첫 번째 적용은 레이어의 두께를 결정하는 데 사용되었습니다. 우리의 방법과는 달리, 간섭 효과는 깊이 치수 ( 즉 , 표면에 수직)<html> 레이저 빔을 분할하여 간섭의 개념을 제 2 차원으로 확장시키면서, 표면 결함 14의 크기를 결정하기 위해 열파 간섭이 사용되었다. 여전히이 방법은 전송 구성에 적용되었는데, 이는 투과에 의해 제한된다는 것을 의미한다 또한 하나의 레이저 소스 만 사용 되었기 때문에이 방법은 보강 간섭이 적용되므로 결함없는 참조가 필요합니다. 열파 간섭을 사용한다는 아이디어 외에도 공간 및 시간적으로 제어 된 가열은 광 출력이 극도로 제한된 광원이 내장 된 수정되지 않은 액정 디스플레이 (LCD) 프로젝터를 사용하여 홀트만 (Holtmann) 등에 의해 수행되었다 .Pribe와 Ravichandran의 더 많은 접근법은 광학 또한 레이저를 SLM ( 16 )<html> s = &quot;xref&quot;&gt; 17. 여기에 제시된 프로토콜은 강재 샘플의 표면에 수직으로 배향 된 표면 결함을 찾기 위해 LPPT 방법을 적용하는 방법을 설명합니다. 이 방법은 초기 단계에 있지만 제안 된 접근 방식을 검증 할만큼 강력합니다. 그러나, 그것은 실험 장치의 달성 가능한 광 출력의 관점에서 여전히 제한적이다. 광 출력의 증가는 여전히 과제이므로, 제시된 방법은 인공 전기 방전 가공 노치를 포함하는 코팅 강에 적용된다. 그럼에도 불구하고, 프로토콜의 가장 중요하고 가장 중요한 단계는 균일 한 구조 조명을 생성하고, 파괴적인 열파 간섭에 대한 전제 조건을 충족하며, 결함을 찾는 것이 더 까다로운 결함에도 적용됩니다. 지배적 인 양은 열 확산 길이 μ이기 때문에, LPPT 방법은 수많은 다른 재료에도 적용될 수 있습니다. nt &quot;&gt; <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/55733/55733fig1.jpg" /> 그림 1 : 상쇄 간섭 효과의 원리. ( a ) 실험 도중 사용 된 조명 패턴의 도식. 샘플은 π의 위상 변화를 갖는 두 개의 주기적으로 조명 된 패턴에 의해 공간적 및 시간적으로 가열된다. 파선은 두 패턴 사이의 대칭 선을 나타냅니다. 이 라인은 평가를 위해 &quot;고갈 라인&quot;으로 사용됩니다. ( b ) 열적 열전도 방정식의 해석 해에서 계산 된 공간적, 시간적으로 교번 된 열 결과의 다이어그램. 이것은 (a)의 조명에 대한 응답 열 파를 보여주고 P opt 1 = 1.5 W sin (2π 0.125 Hz t ) + 1.5 W와 P opt 2 = 1.5 W sin (2π 0.125 Hz t + π) + 건축용 강 ρ 에 대한 1.5 W </m = 7,850 kg / m3, cp = 461 J / (kg · K), k = 54 W / (m · K). 점선의 온도 프로파일은 균일 한 등방성 물질에 대한 열 발진을 보여줍니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55733/55733fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/55733/55733fig2.jpg" /> 그림 2 : 능동형 열 화상 장치에 사용되는 구조화 된 가열의 측정 원리 개요 톱햇 프로파일로 균질화 된 가우시안 빔은 공간 광 변조기 (Spatial Light Modulator, SLM)에 적용된다. SLM은 빔을 스위칭 가능한 요소로 공간적으로 분해하고 스위칭 속도로 시간적으로 분해합니다. 각 요소는 SLM 픽셀을 나타냅니다. 이 실험에서 SLM은 디지털 마이크로 미러 디바이스 (DMD)입니다. 시간 결정적 제어 소프트웨어로 픽셀 휘도 A 를 변조함으로써, 샘플 표면구조화 된 방식으로 가열된다. 제시된 실험의 경우, 각 주파수 ω에서 코 히어 런트 간섭 열 파 필드의 기원 인 두 개의 반 위상 라인 (위상 : φ = 0, π)을 변조한다. 웨이브 필드는 샘플의 내부 구조와 상호 작용하여 표면의 온도 장에 영향을 미칩니다. 이것은 중파 적외선 카메라에 의한 열 방출을 통해 측정됩니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55733/55733fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>500 W 다이오드 레이저 시스템, 940 nm</td><td>Laserline</td><td>LDM 500 - 20</td><td>Pilot 레이저 클래스 2 @ 650&nbsp; nm, 다이오드 레이저는 클래스 4 레이저 시스템입니다 --> 특수 실험실이 필요합니다</td></tr>. <tr><td>레이저 제어 상자</td><td>레이저라인</td><td>레이저 제어 상자 LDM</td><td>은 레이저 시스템에 추가하며, 전자적으로 전환하는 데 사용되며, 레이저 임계값, 셔터, 레이저를 0 V로 켭니다. 5 V TTL</td></tr><tr><td>컨트롤 박스 스캐너</td><td>레이저라인</td><td></td><td>레이저 시스템에 추가, 0&nbsp;V.에서 아날로그 신호를 통해 광 출력 전력을 조정하는 데 사용됩니다.. 10 V</td></tr><tr><td>파이버 레이저 마운트 2", f = 80 mm</td><td>레이저라인</td><td></td><td>레이저 시스템에 추가</td></tr> 다기능 <tr><td>데이터 수집 (DAQ) 장치 + BNC 터미널</td><td>National Instruments</td><td>NI-USB 6251</td><td>DAQ 카드는 IR 카메라를 트리거하는 데 사용됩니다. DLP Light Commander 5500, 제어 레이저 및 다이오드 PDA 36A</td></tr><tr><td>표준 - PC&nbsp;</td><td></td><td></td><td>제어 PC - 2개의 스크린용 그래픽 카드, 최소 4개의 USB, Windows 기반</td></tr><tr><td>BNC 케이블</td><td></td><td></td><td>표준 케이블</td></tr><tr><td>HDMI 케이블</td><td></td><td></td><td>표준 케이블</td></tr><tr><td>마이크로 USB to USB 케이블</td><td></td><td></td><td>표준 케이블</td></tr><tr><td>LabVIEW 2013 SP1 개발 시스템</td><td>National Instruments</td><td></td><td>디바이스 제어 LPPT를 위한 개발 환경</td></tr><tr><td> 제어 소프트웨어</td><td>BAM</td><td></td><td>LabVIEW 2013 SP1의 LPPT 소프트웨어 패키지의 일부</td></tr><tr><td>LPPT intensity&nbsp; 소프트웨어</td><td>BAM</td><td></td><td>LabVIEW 2013 SP1의 LPPT 소프트웨어 패키지의 일부</td></tr><tr><td>LPPT 레이저 제어 소프트웨어</td> LabVIEW <td>2013 SP1의 LPPT 소프트웨어 패키지의</td><td>BAM</td><td></td></tr><tr><td>Matlab 2016b</td><td>MathWorks</td><td></td><td>측정 데이터의</td></tr> <tr><td>후처리LPPT 후처리 소프트웨어</td>, <td>BAM</td><td></td><td>, 측정 데이터의 후처리,</td></tr><tr><td>IR 카메라 제어 PC</td>, <td>InfraTec</td><td></td><td>Control PC는 카메라 분배기,</td></tr><tr><td>IR 카메라 제어 소프트웨어</td>, <td>InfraTec</td><td>Irbis 3 Professional</td><td></td></tr>, <tr><td>InfraTec SDK</td><td>, InfraTec Dynamic Link Library에서 제공하며, Infratec과 Matlab의 기본 데이터 수집 형식 간의 인터페이스로</td><td></td> 제공됩니다.<td></td></tr><tr><td>IR 카메라</td><td>InfraTec</td><td>Image IR 8300</td><td>640 x 512, 냉각 InSb 검출기, 파장 2&nbsp; &마이크로;m.. 5.7 & 마이크로; m, 소음 = 20&nbsp; mK + 액세서리 (LAN 케이블, 디지털 입출력 케이블, 스페이스 링, 전원 공급 장치, 케이스)</td></tr><tr><td>삼각대</td><td>Manfrotto</td><td>161MK2B</td><td></td></tr><tr><td>IR 카메라 마운트</td><td>Manfrotto</td><td>405</td><td></td></tr><tr><td>프로젝터 개발 키트 (PDK) 디지털 광 처리 (DLP) 기술 (DLP Light Commander 5500)</td> <td>용 로직 PD</td><td>DLP-LC-DLP5500-10R</td><td>DLP5500 텍사스 인스트루먼트의 디지털 마이크로미러 장치 포함, 라이트 엔진 및 케이스는 분해해야 합니다.</td></tr><tr><td>PDK 제어 소프트웨어</td><td>로직 PD</td><td></td><td>배송 시 포함, DLP 라이트 커맨더 제어 소프트웨어</td></tr><tr>PDK <td>BAM</td><td></td><td>용 기계식 플랫폼</td><td>자체 제작 (140 x 230 x 420) mm3</td></tr><tr><td>파워 미터 제어 장치</td><td>Ophir</td><td>Vega</td><td>USB 인터페이스</td></tr><tr><td>30W 파워 미터 헤드&nbsp;</td><td>Ophir</td><td>30 (150) A-LP1-18</td><td>프로젝터 시스템의 전송을 결정하는 파워</td></tr><tr><td>미터 헤드 500W 파워 미터 헤드</td><td>Ophir</td><td>FL500A</td><td>프로세스 감독 용 파워 미터</td></tr><tr><td>모션 컨트롤러</td><td>Newport</td><td>ESP301</td><td>(USB 인터페이스</td></tr><tr><td>변환 스테이지</td><td>포함) Newport</td><td>M-ILS200CC</td><td>증폭기가있는 ESP301</td></tr><tr><td>포토 다이오드에</td> 연결 <td>Thorlabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td>1" 마운트</td></tr><tr><td>반사 필터 ND1</td><td>Thorlabs</td><td>ND10A</td><td>는 PDA 36A 핀홀에 장착되어야</td></tr> 하며<tr><td>, 1"</td><td>Thorlabs</td><td>P1000S</td><td>는 PDA 36A</td></tr><tr><td>광학 알루미늄 브레드보드에 장착되어야 합니다&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>MB60120/M</td><td>(1,200 mm x 900 mm) 기본</td></tr><tr><td>Plano 볼록 렌즈 f = 200 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1979-B</td><td>IR용 코팅, 첫 번째 망원경 렌즈</td></tr><tr><td>Plano 볼록 렌즈 f = 75 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1145-B</td><td>IR용 코팅, 두 번째 망원경 렌즈</td></tr><tr><td>xy-translation stage</td><td>Newport</td><td>M401</td><td>텔레코프</td></tr><tr><td>Beamsampler</td><td>Thorlabs</td><td>BSF20-B 조정에 사용&nbsp;</td><td>프로젝터 시스템의 광 입력을 줄이는 데 사용되는 광 출력을 분할합니다.</td></tr><tr><td>미러</td><td>Thorlabs</td><td>BB2-E03</td><td>빔을 DLP Light Commander에 연결하는 미러</td></tr><tr><td>헤비 듀티 랩 잭</td><td>Thorlabs</td><td>L490</td><td>섬유 마운트와 선형 스테이지 위에 샘플을 배치하는 데 사용됩니다 (2x)</td></tr><tr><td>PDK-objective&nbsp;</td><td>니콘</td><td>니콘 AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D&nbsp;</td><td>DLP 라이트 커맨더용 대물렌즈, 50mm</td></tr><tr><td>Plano 볼록한 렌즈 f = 100 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1050 -B</td><td>렌즈는 Nikon Objective</td></tr><tr><td>Bi-Convex Lens f = 60&nbsp에 부착되어 있습니다; mm</td><td>Thorlabs</td><td>LB1723 -B</td><td>렌즈는 30W 측정 헤드로 광 전송을 결정하기 위해 Nikon 대물렌즈에 부착됩니다.</td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>PFSQ20-03-M01</td><td></td></tr><tr><td>고출력 IR 센서 카드</td><td>Newport</td><td>F-IRC-HP-M</td><td>광학 경로를 확인하기 위한 센서 카드</td></tr><tr><td>2" 십자선</td><td>BAM</td><td></td><td>자체 제작</td></tr><tr><td>1" 십자선</td><td>BAM</td><td></td><td>자체 제작</td></tr><tr><td>Bullseye level</td><td>Thorlabs</td><td>LCL01</td><td></td></tr><tr><td>번역 스테이지</td><td>Newport</td><td>M-UMR8.25</td><td>빔 프로파일 측정에 사용</td></tr><tr><td>마이크로미터 나사</td><td>Newport</td><td>DM17-25</td><td>번역 스테이지 M-UMR8.25와 함께 사용</td></tr> 장착 <tr><td>제로 조리개 Iris</td><td>Thorlabs</td><td>ID75Z/M</td><td>광학 확인에 사용 경로</td></tr><tr><td>베이스 및 포스트 홀더 에센셜 키트, 미터법 및 범용 구성 요소</td><td>Thorlabs</td><td>ESK01/M</td><td>Basis</td></tr><tr><td>게시물 및 부속품 필수 키트, 미터법 및 범용 구성 요소</td><td>Thorlabs</td><td>ESK03/M</td><td></td></tr><tr><td>M6 캡 나사 및 하드웨어 키트</td><td>Thorlabs</td><td>HW-KIT2/M</td><td></td></tr><tr><td>건설 레일</td><td>Thorlabs</td><td>XE25L700/M</td><td></td></tr><tr><td>1" 건설 큐브</td><td>Thorlabs</td><td>RM1G</td><td>건설 레일 장착에 사용</td></tr><tr><td>방전 가공</td><td>Sodick</td><td>AG60L</td><td>www.sodick.de</td></tr><tr><td>St37 강철 블록 (100 x 100 x 40) mm3</td><td>BAM</td><td></td><td>자체 제작, 숨겨진 결함으로 남은 벽 두께는 0.25&nbsp; mm, 0.5mm, 0.70mm, 1.25&nbsp; mm (그림 5)</td></tr><tr><td>St37 강철 블록 (100 x 100 x 40) mm</td><td>BAM</td><td></td><td>자체 제작, 숨겨진 결함으로 나머지 벽 두께는 1&nbsp; mm, 1.5&nbsp; mm, 1.75mm, 2mm(<강>그림 5</강>)</td></tr><tr><td>흑연 스프레이</td><td>CRC Industries Europe NV</td><td>GRAPHIT 33</td><td>Ref. 20760, 200mL 에어로졸(Kontakt-Chemie)</td></tr><tr><td>코팅 중 숨겨진 결함을 보호하는 데 사용되는</td> <td>보호 테이프</td><td>Tesa</td><td>tesakrepp 4348</td></tr></tbody></table>

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

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

제시된 방법은 표면에 수직하게 배향 된 표면 결함을 찾아내는 데 사용됩니다. 이를 달성하기 위해 우리는 결함에 의해 방해받는 파괴적으로 간섭하는 열 파 필드를 생성합니다. 이 효과를 측정하여 결함 위치를 찾습니다. 우리는 수정 된 프로젝터를 사용하여 파괴적인 간섭 파 필드를 형성합니다. 프로젝터의 원래 광 엔진은 파이버 결합 고출력 다이오드 레이저로 대체되었습니다. 빔은 프로젝터의 공간 광 변조기와 모양을 맞추고 정렬되며 빔 프로파일을 먼저 특성화하고 기계적 및 수치 적으로 보정하여 최적의 광학 처리량과 균일 한 투영을 위해 최적화됩니다. 정밀한 기하학적 상황 (기하학적 이미지 왜곡의 보정 포함)과 샘플 표면의 약한 온도 진동을 감지하는 요구 사항에 따라 고성능 적외선 (IR) 카메라가 설치됩니다. 데이터 수집은 한 번 동기화 할 수 있습니다.개별 열 파 필드 소스, 스캐닝 스테이지 및 IR 카메라 간의 론칭은 조사중인 특정 재료에 맞춰 조정해야하는 전용 실험 설정을 사용하여 설정됩니다. 데이터 후 처리 동안, 샘플의 표면 아래의 결함 존재에 대한 관련 정보가 추출된다. 이는 샘플 표면의 소위 공핍 선 (depletion line)에서 나오는 획득 된 열 방사의 진동 부분에서 검색됩니다. 결함의 정확한 위치는 최종 단계에서 이러한 진동의 공간 - 시간적 모양 분석에서 추론됩니다. 이 방법은 참고가 필요하지 않으며 열 파 필드 내의 변화에 ​​매우 민감합니다. 지금까지,이 방법은 강철 샘플로 테스트되었지만 다른 재료, 특히 온도에 민감한 재료에도 적용 가능합니다.

프로토콜에 따라 0.25 mm 깊이의 표면 결함이있는 강재 샘플의면 1을 선택하여 대표 결과를 생성했습니다. 결함은 초기에 조명 영역의 대략 중앙에 위치 하였다. 이어서, 샘플을 0.05mm / s의 속도로 선형 스테이지를 통해 -5mm에서 5mm로 이동시켰다. 이 매개 변수를 사용하여, 그림 11a 는 공핍 라인에서 스캔 데이터를 추출한 후의 스캔 데이터를 보여줍니다. 이 단계에서 실험의 성공 여부는 추정 할 수 있습니다. 원시 데이터는 미리보기로 IR 카메라 제어 소프트웨어에서 사용할 수 있기 때문에 (선택 사항 : 데이터를 미리 보려면 선 도구를 사용하십시오 ( 그림 8 , 단계 i.4 참조) . 추가 신호 후 처리에 이어 그림 11b 는 0.3mm에서 힐버트 곡선 (파란색)의 최소값에서의 결함 위치를 보여줍니다. <p class="jove_content" fo:ke...

이 방법은 수직 표면 하의 결함을 찾는 것을 목표로합니다. 여기서 우리는 레이저를 공간 광 변조기와 결합시키고 비디오 입력을 트리거하여 고분해능 열 화상을 얻는 동안 2 개의 반대 위상 변조 선으로 결정 성있게 시료 표면을 가열합니다. 결함 위치는 열파 간섭 최소값을 평가하여 검색됩니다.

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

이 방법의 전반적인 목적은 구조화된 가열과 고해상도 열화상을 비파괴 및 비접촉 방식으로 사용하여 강철 시편 표면에 수직으로 배향된 표면 하 결함을 찾는 것입니다. 이 방법은 열화상 분야의 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 결함이 검출되기 위해 얼마나 작아야 하며 얼마나 깊게 위치해야 하는가 하는 점입니다.이 기술의 주요 장점은 관찰 평면 내에서 전파되는 열파장을 생성할 수 있어, 수직 방향으로 배치된 결함에 매우 민감하다는 점입니다. 이 레이저 투사 광열 서모그래피 시스템은 벤치탑 브레드보드 위에 배치되어 있습니다. 이 시스템은 실험에 필요한 대부분의 준비 단계를 거친 상태입니다.빔 경로의 시작 부분에는 레이저 광원이 있습니다. 이 레이저 파이버는 레이저 파이버 마운트에 의해 지지됩니다. 다음으로, 텔레스코프가 레이저의 빔 직경을 빔 라인의 후속 단계에 적절한 크기로 감소시킵니다.빔 샘플러 뒤에는 500W 전력 측정기 헤드가 있어 레이저가 최대 출력으로 작동할 수 있도록 빔 에너지의 상당 부분을 흡수합니다. 빔 샘플러를 통과한 빔은 거울을 통해 프로젝터 개발 키트로 이동합니다. 이는 광 엔진과 렌즈를 제거한 분해된 상용 프로젝터입니다.실험을 위해, 빔이 프로젝터로 들어갈 수 있도록 콜리메이트합니다. 프로젝터를 통과한 빔은 컴퓨터 제어 이동 스테이지에 장착된 시료와 만나게 됩니다. 이 설정을 완료하려면 프로젝터용 100 millimeter 초점 거리 렌즈를 준비하십시오.이동 스테이지 바로 앞의 프로젝터 대물렌즈에 렌즈를 부착하십시오. 다음으로, LED 손전등을 프로젝터의 입력 광원으로 사용하십시오. 대물렌즈 앞에 흰색 종이를 배치하고, 종이 위에 이미지 평면의 위치를 나타내는 선명한 조명 직사각형이 나타날 때까지 종이를 이동시키십시오.이 단계에서 실험에 사용할 시료를 준비합니다. 랩 잭(lab jack)이 장착된 선형 이동 스테이지 상의 빔 경로에 시료를 설치합니다. 랩 잭을 이용해 시료를 들어 올려 시료의 상단이 투영된 사각형의 상단과 일치하도록 맞춥니다.결함이 이미지 평면의 조명 영역 내에 있는지 확인하십시오. 다음으로, 포스트 위에 금 거울을 배치하여 적외선 촬영을 준비하십시오. 거울은 산란된 빔을 카메라로 반사시킵니다.프로젝터 근처의 포스트 홀더에 거울을 장착합니다. 거울은 시료의 상단 가장자리를 반사해야 하며, 시료 표면이 최대한 많이 보이도록 각도를 조절해야 합니다. 거울에서 반사된 빛은 삼각대에 장착된 적외선 카메라로 들어갑니다.골드 미러를 통해 투사된 흰색 이미지가 보일 수 있도록 프로젝터 대물렌즈의 높이에 맞춰 위치시킵니다. 카메라가 컴퓨터로 제어되도록 설정하고 예열시킵니다. 카메라를 제어 소프트웨어에 연결한 후, 스틸 자를 준비합니다.자 샘플 표면에 자를 대고 카메라의 초점을 수동으로 맞춥니다. 강철 자와의 온도 차이가 초점을 맞추는 데 도움이 됩니다. 가장 선명한 이미지가 나오도록 조정하십시오.가장 중요한 단계 중 하나는 시료 표면에서 충분한 수평 해상도를 확보하는 것입니다. 이는 결핍선(line of depletion)이 명확하게 구분되어야 하기 때문에 중요합니다. 레이저 소프트웨어를 사용하여 레이저 전압을 10 volts로 설정하고 레이저를 작동시키십시오.카메라 소프트웨어를 사용하여 프로젝터와 카메라 사이의 관계를 설정하십시오. 상단 옵션에서 Measure를 선택하십시오. Measure areas 툴바로 이동하여 십자형 툴(cross tool) 옵션을 선택하십시오.레이저가 켜지면 열화상이 나타납니다. 도구를 사용하여 프레임의 모서리를 왼쪽 클릭하여 표시한 다음 좌표를 기록하십시오. 카메라 제어 소프트웨어를 실험에 맞게 설정해야 합니다.먼저 카메라 패널로 전환하십시오. 거기서 Remote 버튼을 클릭하여 원격 제어 패널을 엽니다. 드롭다운 메뉴에서 Process-IO 옵션을 선택하십시오.또한, Sync In 옵션과 Gate 옵션을 클릭하십시오. 그 다음 메뉴를 닫으십시오. Acquisitions 파라미터 탭에서 Acquisition 메뉴를 엽니다.드롭다운 메뉴에서 External Sync를 선택하십시오. Folder 필드에 파일 및 폴더 이름을 입력하십시오. 그런 다음, Count 필드로 이동하여 이전에 계산한 프레임 수를 입력하고 Acquisition 메뉴를 닫으십시오.Record를 선택하여 카메라 데이터 수집을 시작하십시오. 이 시점에서 실험 제어 소프트웨어로 이동하십시오. Activate를 클릭하여 모션 컨트롤러를 활성화하십시오.다음으로, 스캔 범위에 결함 부위가 포함되도록 시작 및 종료 위치를 mm 단위로 편집하십시오. 그 후 mm/s 단위로 속도를 입력하십시오. 측정 시작(Start Measurement)을 클릭하십시오.Choose Area Color 필드를 왼쪽 클릭하십시오. 색상 대화 상자에서 패턴 영역에 사용할 색상을 선택하십시오. 그리기 도구 모음으로 이동하여 사각형 도구를 선택하십시오.이미지 영역으로 이동하여 툴을 사용하여 이전에 찾은 프로젝터 픽셀 도메인과 일치하는 사각형을 생성하십시오. 이어서 define Area를 클릭하십시오. 대화 상자에서 투사 패턴 속성을 설정할 수 있습니다.신호 유형(Signal Type) 드롭다운 메뉴에서 사인파(Sine Wave)를 선택하십시오. 사인파를 정의하려면 위상 이동(Phase Shift) 필드를 0도로 설정하십시오. 또한, 주파수(Frequency)를 hertz 단위로 설정하십시오.Amplitude를 최대로 설정하십시오. 다음으로, Voltage 필드에서 레이저 전압을 V 단위로 입력하십시오. Pictures per period 필드에는 이전에 계산된 값을 입력하십시오.다음(Next)을 클릭하십시오. 이와 유사한 단계로 180도 위상차를 갖는 다른 색상의 두 번째 직사각형을 생성하십시오. 미리보기 슬라이더를 사용하여 이미지 시퀀스를 미리 확인하십시오.그 다음 Start 버튼을 눌러 실험을 시작합니다. 이동 스테이지가 샘플을 선택한 범위 내에서 천천히 이동시켜, 투사된 진동 구조 조명에 서로 다른 영역이 노출되도록 합니다. 이 실험의 총 이동 시간은 200초입니다.시료가 이동함에 따라 열 적외선 카메라가 40 Hz의 속도로 열 영상을 획득합니다. 이 열 영상 시퀀스는 조명에 의해 생성된 열파장 필드의 예를 제공합니다. 모든 프레임의 획득이 완료되면 실험을 종료하십시오.필요한 후처리를 수행하려면 후처리 소프트웨어에 데이터 프레임을 로드하십시오. 데이터 변환이 완료되면 이전에 찾은 투영점 좌표를 입력하십시오. Transform을 클릭하여 데이터를 프로젝터 픽셀 도메인으로 변환하십시오.온도 정보를 추출하려면 두 지점의 좌표를 입력하여 고갈선을 정의하십시오. 실험 중 시료의 시작 위치에서의 속도 매개변수를 입력하십시오. 또한 적외선 카메라의 FrameRate와 패턴의 사인파 Frequency를 입력하십시오.마지막으로 데이터 후처리 파라미터가 정확한지 확인하십시오. 준비가 되면 Evaluate를 클릭하십시오. 균열 위치가 강조된 필드에 표시됩니다.이 데이터는 약 1/4 mm 깊이에 결함이 있는 테스트 샘플에서 수집되었습니다. 샘플은 초당 0.05 mm의 속도로 이동되었습니다. 검은색 곡선은 상단 가로축을 따라 시간에 따른 온도 변화를 나타냅니다.시간은 또한 하단 축을 따른 위치로 변환될 수 있습니다. 빨간색 실선 곡선은 비진동성 온도 증가에 대한 피팅 결과입니다. 빨간색 점선은 결함의 위치를 나타냅니다.추가적인 후처리를 거친 동일한 데이터입니다. 파란색 곡선은 힐베르트 곡선이며 결함이 최소화된 상태입니다. 이 데이터는 스캔 속도를 0.1 millimeters per second로 두 배 높인 후 수집되었습니다.첫 번째 측정과 비교했을 때, 신장량은 동일하지만 발진 주파수는 감소했습니다. 샘플이 새로운 위치로 이동되었으며, 이는 측정 결과에 반영되었음에 유의하십시오. 표면에서 1mm 아래에 결함이 있는 상태로 프로토콜을 사용할 경우, 위치 결정은 가능하지만 불확실성이 더 커질 수 있습니다. 두 그래프 모두 0.1 millimeters per second의 스캔 속도로 수집된 데이터를 사용하였습니다.이 기술의 개발 이후, 비파괴 검사 분야의 연구자들은 구조광 조명의 활용 방안을 탐구할 수 있는 길을 열게 되었습니다. 이 절차를 통해 다른 유형의 결함을 찾기 위해 더 다양하고 복잡한 조명 패턴을 사용할 수 있습니다. 지금까지는 강철에 대해서만 테스트가 이루어졌으나, 가해지는 열 응력이 낮기 때문에 특히 플라스틱, 복합 재료 및 기타 매우 민감한 재료에 대해 본 방법의 활용 가능성이 매우 높습니다.현재 실험 설정의 병목 현상은 공간 광 변조기의 열 응력 제한입니다. 따라서 측정 시간은 2~3분을 초과하지 않도록 주의해야 합니다. 지금까지는 두 개의 적분 열원만이 생성되었습니다.하지만 원칙적으로 이 설정을 사용하면 최대 100만 개의 열원을 생성하고 제어할 수 있으며, 이는 임의의 정규 파동 성형이라는 또 다른 분야를 가능하게 합니다. 이 영상을 시청한 후에는 레이저 투사 광열 서모그래피를 사용하여 표면 하 결함을 찾는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 4등급 고출력 적외선 레이저를 사용하는 것은 매우 위험할 수 있으며, 레이저 보호 고글 착용과 같은 예방 조치를 항상 취해야 한다는 점을 잊지 마십시오.

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연구

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Engineering

공학

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유로퓸 thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC)가 활성화 온도 효율 강하게 감소 612 nm의 광에서 발광 라인을 갖는다. 이 재료의 박막으로 코팅 된 샘플은 마이크로 이미징 경우 612 nm의 발광 강도 응답 샘플 표면 온도를 직접 맵으로 변환 될 수있다.

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