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

Het algemene doel van deze methode is om gestructureerde verhitting en thermische beeldvorming met een hoge resolutie op een niet-destructieve en contactloze manier te gebruiken om onderoppervlakse defecten te lokaliseren die loodrecht op het oppervlak van een staalmonster zijn georiënteerd. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het vakgebied van de thermische beeldvorming. Bijvoorbeeld: hoe klein en hoe diep een defect kan zijn om nog gedetecteerd te kunnen worden.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we thermische golfvelden kunnen genereren die zich voortplanten in het observatievlak, waardoor de methode zeer gevoelig is voor loodrecht georiënteerde defecten. Dit lasergeprojecteerde fotothermische thermografiesysteem is op een optische tafel opgesteld. Dit systeem heeft de meeste voorbereidende stappen ondergaan die nodig zijn voor gebruik in een experiment.

Aan het begin van het straalpad bevindt zich de laserbron. Deze laservezel wordt ondersteund door een laservezelhouders. Vervolgens reduceert een telescoop de straaldiameter van de laser tot een geschikte grootte voor het verdere verloop van de straallijn.

Achter de straalsampler absorbeert een vermogensmeterkop van 500 watt een groot deel van de straalenergie, zodat de laser op vol vermogen kan werken. Vanaf de straalsampler gaat de straal via een spiegel naar een projector-ontwikkelingskit. Dit is een gedemonteerde commerciële projector waarvan de lichtmotor en lenzen zijn verwijderd.

Collimeer voor het experiment de straal zodat deze de projector binnengaat. Na het passeren van de projector komt de straal het monster tegen, dat op een computergestuurde translatietafel is gemonteerd. Om deze opstelling te voltooien, is een lens met een brandpuntsafstand van 100 millimeter nodig voor de projector.

Bevestig de lens aan het objectief van de projector, net vóór de translatietrap. Gebruik vervolgens een LED-zaklamp als lichtbron voor de projector. Plaats een wit vel papier voor het objectief en verschuif dit totdat er een scherp verlichte rechthoek op het papier verschijnt, wat de positie van het beeldvlak aangeeft.

Verkrijg op dit punt een monster voor gebruik in het experiment. Plaats het monster in het straalpad op de lineaire translatietafel die is uitgerust met een labkrik. Til het monster met de labkrik op zodat de bovenkant in lijn ligt met de bovenkant van de geprojecteerde rechthoek.

Zorg ervoor dat een defect zich binnen het verlichte gebied in het beeldvlak bevindt. Richt vervolgens de infraroodfotografie in door eerst een gouden spiegel op een standaard te plaatsen. De spiegel reflecteert de verstrooide straal naar de camera.

Bevestig de spiegel op een statiefhouder nabij de projector. Deze moet de bovenrand van het monster reflecteren en zo worden geplaatst dat zoveel mogelijk van het monsteroppervlak zichtbaar is. Het door de spiegel gereflecteerde licht valt in een infraroodcamera die op een statief is gemonteerd.

Plaats het op de hoogte van het objectief van de projector, zodat het het geprojecteerde witte beeld via de gouden spiegel ziet. Stel de camera zo in dat deze door de computer kan worden aangestuurd en laat deze opwarmen. Nadat de camera is verbonden met de aansturingssoftware, dient er een stalen liniaal te worden gepakt.

Houd de liniaal aan het oppervlak van het monster en stel de camera handmatig erop scherp. Het temperatuurcontrast ten opzichte van de stalen liniaal helpt bij het scherpstellen. Streef naar het scherpste beeld.

Een van de meest kritische stappen is het bereiken van een voldoende laterale resolutie op het sample-oppervlak. Dit is belangrijk omdat de uitputtingslijn (depletion line) moet worden opgelost. Gebruik de lasersoftware om de laserspanning in te stellen op 10 volt en start de laser.

Gebruik de camerasoftware om de relatie tussen de projector en de camera te bepalen. Selecteer Measure uit de opties bovenaan. Ga naar de Measure areas-werkbalk en kies de cross tool-optie.

Wanneer de laser aan staat, verschijnt er een thermisch beeld. Gebruik het hulpmiddel om de hoeken van het beeld te markeren door met de linkermuisknop op het frame te klikken en noteer vervolgens de coördinaten. De software voor camerabesturing moet worden geconfigureerd voor het experiment.

Begin met het overschakelen naar het Camerapanel. Klik daar op de knop Remote om het paneel voor afstandsbediening te openen. Kies in het vervolgkeuzemenu de optie Process-IO.

Klik vervolgens op de optie Sync In en de optie Gate. Sluit daarna het menu. Open vanuit het tabblad Acquisitions parameters het menu Acquisition.

Selecteer External Sync in het vervolgkeuzemenu. Voer de bestands- en mapnamen in het veld Folder in. Ga vervolgens naar het veld Count, voer het eerder berekende aantal frames in en sluit het menu Acquisition.

Start de acquisitie van cameragegevens door op Record te klikken. Ga vervolgens naar de software voor experimentele besturing. Klik op Activate om de bewegingsregelaar te activeren.

Bewerk vervolgens de Start- en Eindposities in millimeters om het defect in de scan op te nemen. Voer daarna de snelheid in millimeters per seconde in. Klik op Start Measurement.

Klik met de linkermuisknop op het veld 'Choose Area Color'. Selecteer in het kleurdialoogvenster een kleur voor het patroongebied. Ga naar de tekentoolbalk en kies het rechthoekinstrument.

Ga naar het afbeeldingsgebied en gebruik de tool om een rechthoek te maken die overeenkomt met het eerder vastgestelde projectorpixeldomein. Ga verder door op 'define Area' te klikken. In het dialoogvenster kunnen de eigenschappen van het geprojecteerde patroon worden ingesteld.

Kies in het vervolgkeuzemenu Signaaltype voor Sinusgolf. Om de sinusgolf te definiëren, stelt u het veld Fasieverschuiving in op nul graden. Stel daarnaast de Frequentie in hertz in.

Stel de amplitude in op het maximum. Ga vervolgens naar het veld Voltage om de laserspanning in volts in te voeren. Voer in het veld Pictures per period een eerder berekende waarde in.

Klik op Volgende. Volg analoge stappen om een tweede rechthoek van een andere kleur te maken met een faseverschuiving van 180 graden. Bekijk de reeks afbeeldingen door deze in een preview-slider te gebruiken.

Druk vervolgens op Start om het experiment te beginnen. De vertaaltrap verplaatst het monster langzaam over het gekozen bereik om verschillende regio's bloot te stellen aan de geprojecteerde oscillerende gestructureerde verlichting. De totale transitietijd voor dit experiment is 200 seconden.

Terwijl het monster beweegt, legt de thermische infraroodcamera thermische beelden vast met een frequentie van 40 hertz. Deze reeks thermische beelden geeft een voorbeeld van de thermische golfvelden die door de belichting worden gegenereerd. Stop het experiment wanneer alle frames zijn vastgelegd.

Laad de dataframes in de software voor nabewerking om de noodzakelijke nabewerking uit te voeren. Nadat de gegevens zijn geconverteerd, voert u de eerder gevonden coördinaten van het projectiepunt in. Klik op Transformeer om de gegevens in het pixeldomein van de projector te plaatsen.

Om temperatuurinformatie te extraheren, definieert u de uitputtingslijn door de coördinaten van twee punten in te voeren. Voer de parameters in voor de snelheid in de startpositie van het monster tijdens het experiment. Voer daarnaast de FrameRate van de infraroodcamera en de Frequency van de sinusgolf van het patroon in.

Controleer ten slotte of de parameters voor de nabewerking van de gegevens correct zijn. Klik op Evalueren wanneer u klaar bent. De positie van de scheur wordt weergegeven in het gemarkeerde veld.

Deze gegevens zijn verzameld van een testmonster met een defect op een geschatte diepte van 1/4 millimeter. Het monster werd verplaatst met een snelheid van 0,05 millimeter per seconde. De zwarte curve representeert de temperatuur als functie van de tijd, welke langs de bovenste horizontale as is weergegeven.

Tijd kan ook worden vertaald naar een positie langs de onderste as. De doorlopende rode curve is een fit van de niet-oscillerende temperatuurstijging. De gestreepte rode lijn geeft de positie van het defect aan.

Hier zijn dezelfde gegevens na aanvullende nabewerking. De blauwe curve is de Hilbert-curve en het defect bevindt zich op het minimum. Deze gegevens zijn verzameld na het verdubbelen van de scansnelheid naar 0.1 millimeters per second.

In vergelijking met de eerste meting is de verlenging gelijk, maar is de oscillatiefrequentie verminderd. Let op dat het monster naar een nieuwe positie is verplaatst, wat terug te zien is in de metingen. Wanneer het protocol wordt gebruikt bij een defect één millimeter onder het oppervlak, kan de locatie nog steeds worden bepaald, maar met een grotere onzekerheid. Beide grafieken maken gebruik van gegevens die zijn verzameld met een scansnelheid van 0,1 millimeter per seconde.

Na de ontwikkeling heeft de techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van niet-destructief onderzoek om het gebruik van gestructureerde verlichting te verkennen. Volgens deze procedure kunnen andere en complexere verlichtingspatronen worden gebruikt om andere defecttypes op te sporen. Tot nu toe is alleen staal getest, maar de methode is zeer veelbelovend, vooral voor kunststof, composietmaterialen en andere zeer gevoelige materialen vanwege de lage thermische spanning die wordt toegepast.

De flessenhals van de huidige experimentele opstelling is de thermische stresslimiet van de ruimtelijke lichtmodulator. Daarom moeten we letten op de meettijd, die niet langer dan twee tot drie minuten mag zijn. Tot nu toe zijn er slechts twee integrale hittebronnen gegenereerd.

In principe is het met deze opstelling echter mogelijk om tot één miljoen warmtebronnen te genereren en te beheersen, wat een nieuw veld van willekeurige vorming van normale golven opent. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u onderoppervlakkige defecten kunt lokaliseren met behulp van fotothermische thermografie met laserprojectie. Vergeet niet dat werken met een klasse vier infraroodlaser met hoog vermogen extreem gevaarlijk kan zijn en dat er altijd voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen, zoals het dragen van een laserbeschermingsbril.