Subsurface Defect Localisatie door Gestructureerde Verwarming Met Laser Geprojecteerde Phot Thermische Thermografie

Summary

Deze methode streeft naar het lokaliseren van verticale ondergrondse defecten. Hier koppelen we een laser aan met een ruimtelijke lichtmodulator en trekken de video-ingang om deterministisch een monsteroppervlak te verwarmen met twee antifase gemoduleerde lijnen, met het verwerven van sterk opgeloste thermische beelden. De defectpositie wordt opgehaald om de thermische golfinterferentie minima te evalueren.

Abstract

De gepresenteerde methode wordt gebruikt om ondergrondse defecten die loodrecht op het oppervlak zijn gericht te lokaliseren. Om dit te bereiken creëren we destructieve thermische golfvelden die door het defect worden verstoord. Dit effect wordt gemeten en gebruikt om het defect te lokaliseren. We vormen de destructief interfererende golfvelden door gebruik te maken van een gewijzigde projector. De originele lichtmotor van de projector wordt vervangen door een vezelkoppelde high-power diode laser. De straal is gevormd en afgestemd op de ruimtelijke lichtmodulator van de projector en is geoptimaliseerd voor optimale optische doorvoer en homogene projectie door het balkprofiel eerst te karakteriseren en, tweede, het mechanisch en numeriek te corrigeren. Een high-performance infrarood (IR) camera is ingesteld op basis van de strakke geometrische situatie (inclusief correcties van de geometrische beeldvervormingen) en de vereiste om zwakke temperatuuroscillaties op het monsteroppervlak te detecteren. Gegevensverzameling kan één keer per synchronisatie worden uitgevoerdRonisatie tussen de individuele thermische golfveldbronnen, het scannen stadium en de IR-camera wordt opgesteld door gebruik te maken van een speciale experimentele setup die moet worden afgestemd op het specifieke materiaal dat wordt onderzocht. Tijdens de data na verwerking wordt de relevante informatie over de aanwezigheid van een defect onder het oppervlak van het monster geëxtraheerd. Het wordt opgehaald uit het oscillerende deel van de verworven thermische straling die afkomstig is van de zogenaamde uitputting lijn van het monsteroppervlak. De exacte locatie van het defect is afgeleid van de analyse van de ruimtelijke-temporale vorm van deze oscillaties in een laatste stap. De methode is referentievrij en zeer gevoelig voor veranderingen binnen het thermische golfveld. Tot nu toe is de methode getest met staalmonsters, maar ook van toepassing op verschillende materialen, met name aan temperatuurgevoelige materialen.

Introduction

De laserprojecteerde fototermische thermografie (LPPT) methode wordt gebruikt om ondergrondse defecten te lokaliseren die in het volume van het testmonster zijn ingebed en overwegend loodrecht op het oppervlak zijn georiënteerd.

De werkwijze gebruikt de destructieve interferentie van twee anti-gefaseerde thermische golfvelden met dezelfde verlenging en frequentie zoals getoond in Figuur 1b . Bij isotrope defectvrije materialen neutraliseren de thermische golven destructief ( dwz nul temperatuur oscillatie) op het symmetrische vlak door coherente superpositie. Bij een materiaal met een ondergrondse afwijking maakt....

Protocol

OPMERKING: Let op: Let op de veiligheid van de laser omdat de installatie een klasse 4 laser gebruikt. Draag de juiste beschermende bril en kleding. Hanteer ook de pilootlaser met zorg.

1. Koppel de Diode Laser aan de Projector Development Kit (PDK)

1. Bereid het broodbord voor.
   1. Monteer alle apparaten op het broodbord, zoals weergegeven in figuur 3 . Plaats het broodbord met alle voorverpakte apparaten in een laserlaboratorium.
2. Plaats de laservezelmontage op het broodbord.
   1. Bevestig de vezel aan de laservezelbevestiging ( zie figuur 3 ). <....

Results

Na het protocol werd pagina 1 van het staalmonster met een ondergrond defect op een diepte van 0,25 mm gekozen om representatieve resultaten te genereren. Het defect was aanvankelijk gepositioneerd ongeveer in het midden van het verlichte gebied. Het monster werd vervolgens verplaatst van -5 mm tot 5 mm via het lineaire stadium met een snelheid van 0,05 mm / s. Met behulp van deze parameters, toont Figuur 11a de scangegevens na het verwijderen van deze uit de uitputting .......

Discussion

Het gepresenteerde protocol beschrijft hoe u kunstmatige ondergrondseffecten kunt lokaliseren die loodrecht op het oppervlak zijn gericht. Het hoofdgedachte van de methode is het creëren van interfererende thermische golfvelden die interfereert met het ondergrondse defect. De belangrijkste stappen zijn: (i) het combineren van een SLM met een diode laser om twee alternerende high power verlichtingspatronen op het monster oppervlak te maken; Deze patronen worden fotothermisch omgezet in coherente thermische golfvelden, (i.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
500 W diode laser system, 940 nm	Laserline	LDM 500 - 20	Pilot laser class 2 @ 650 nm, diode laser is a class 4 laser system --> special laboratory needed
Laser control box	Laserline	Laser control box LDM	Add on to the laser system, used to switch electronically, laser threshold, shutter, laser on 0 V..5 V TTL
Control box scanner	Laserline		Add on to the laser system, used to adjust the optical output power via analog signal from 0 V..10 V
Fiber Laser Mount 2", f = 80 mm	Laserline		Add on to the laser system
Multifunction Data Aquisition (DAQ) Device + BNC Terminal	National Instruments	NI-USB 6251	The DAQ card is used to trigger the IR camera,  the DLP Light Commander 5500, control Laser and diode PDA 36A
Standard - PC			Control PC - graphic card for two screens, at least 4 x USB, Windows based
BNC cabel			Standard cable
HDMI cable			Standard cable
Micro USB to USB cable			Standard cable
LabVIEW 2013 SP1 Development System	National Instruments		Development environment for device control
LPPT control software	BAM		part of the LPPT software package by LabVIEW 2013 SP1
LPPT intensity  software	BAM		part of the LPPT software package by LabVIEW 2013 SP1
LPPT laser control software	BAM		part of the LPPT software package by LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		Postprocessing of the measurement data
LPPT postprocessing software	BAM		Postprocessing of the measurement data
IR camera control PC	InfraTec		Control PC is supplied by camera distributor
IR camera control software	InfraTec	Irbis 3 Professional
InfraTec SDK	InfraTec		Dynamic Link Library as interface between the native data aquisition format of Infratec and Matlab
IR camera	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, cooled InSb detector, wavelength 2 µm..5.7 µm, noise = 20 mK + accessories (LAN cable, Digital in/out cable, space ring, power supply, case)
Tripod	Manfrotto	161MK2B
IR camera mount	Manfrotto	405
Projector development kit (PDK) for digital light processing (DLP) technology (DLP Light Commander 5500)	Logic PD	DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 Digital Micromirror Device from Texas Instruments included , light engine and case need to be disassembed
PDK control software	Logic PD		Included when delivered, DLP Light Commander control software
Mechanical platform for the PDK	BAM		Self made (140 x 230 x 420) mm3
Power meter control unit	Ophir	Vega	USB Interface
30 W power meter head	Ophir	30(150)A-LP1-18	Power meter head to determine Transmission of the projector system
500 W power meter head	Ophir	FL500A	Power meter for process supervision
Motion controller	Newport	ESP301	with USB Interface
Translation stage	Newport	M-ILS200CC	Connected to ESP301
Photodiode with amplifier	Thorlabs	PDA 36A-EC	1" mount
Reflective filter ND1	Thorlabs	ND10A	to be mounted to the PDA 36A
Pinhole 1"	Thorlabs	P1000S	to be mounted to the PDA 36A
Optical aluminium breadboard	Thorlabs	MB60120/M	(1,200 mm x 900 mm) base
Plano Convex Lens f = 200 mm	Thorlabs	LA1979-B	Coated for IR, first telescope lens
Plano Convex Lens f = 75 mm	Thorlabs	LA1145-B	Coated for IR, second telescope lens
xy-translation stage	Newport	M401	Used for adjusting the telecope
Beamsampler	Thorlabs	BSF20-B	Splits the optical output, used to reduce the optical input for the projector system
Mirror	Thorlabs	BB2-E03	Mirror for coupling the beam to the DLP Light Commander
Heavy duty lab jack	Thorlabs	L490	Used for the fiber mount and on top of the linear stage to position the sample (2x)
PDK-objective	Nikon	Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D	Objective for DLP Light Commander, 50 mm
Plano Convex Lens f = 100 mm	Thorlabs	LA1050 -B	Lens is attached to the Nikon Objective
Bi-Convex Lens f = 60 mm	Thorlabs	LB1723 -B	Lens to be attached to the Nikon objective in order to determine the optical transmission with the 30 W measurement head
Square protected gold mirror	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
High power IR sensor card	Newport	F-IRC-HP-M	Sensor card to check the optical pathway
2" crosshairs	BAM		Self-made
1" crosshairs	BAM		Self-made
Bullseye level	Thorlabs	LCL01
Translation Stage	Newport	M-UMR8.25	Used for measuring the beam profile
Micrometer screw	Newport	DM17-25	Used with translation stage M-UMR8.25
Mounted Zero Aperture Iris	Thorlabs	ID75Z/M	used to check the optical pathway
Bases and Post Holders Essentials Kit, Metric and Universal Components	Thorlabs	ESK01/M	Basis
Posts & Accessories Essentials Kit, Metric and Universal Components	Thorlabs	ESK03/M
M6 Cap Screw and Hardware Kit	Thorlabs	HW-KIT2/M
Construction Rails	Thorlabs	XE25L700/M
1" Construction Cube	Thorlabs	RM1G	Used to mount construction rails
Electrical discharge machining	Sodick	AG60L	www.sodick.de
St37 block of steel (100 x 100 x 40) mm3	BAM		self-made, hidden defect with remaining wall thicknesses of 0.25 mm, 0.5 mm, 0.70 mm, 1.25 mm (shown in Figure 5)
St37 block of steel (100 x 100 x 40) mm	BAM		self-made, hidden defect with remaining wall thicknesses of 1 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm (shown in Figure 5)
Graphite spray	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, 200 mL aerosol (Kontakt-Chemie)
Protective tape	Tesa	tesakrepp 4348	used to protect the hidden defects while coating