Localização de Defeitos Subsuperficiais por Aquecimento Estruturado usando a Termografia Fototérmica Projetada a Laser

O objetivo geral deste método é usar aquecimento estruturado e imagens térmicas altamente resolvidas de maneira não destrutiva e sem contato para localizar defeitos subsuperficiais orientados perpendicularmente a uma superfície de amostra de aço. Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo da imagem térmica. Por exemplo, quão pequeno e profundo um defeito pode ser para ser detectado.

A principal vantagem desta técnica é que podemos gerar campos de ondas térmicas que se propagam no plano de observação, tornando a abordagem altamente sensível a defeitos orientados perpendicularmente. Este sistema de termografia fototérmica projectado a laser está disposto numa tábua de ensaio de bancada. Este sistema passou pela maioria das etapas preparatórias necessárias para uso em um experimento.

No início do caminho do feixe está a fonte de laser. Esta fibra de laser é suportada por um suporte de fibra de laser. Em seguida, um telescópio reduz o diâmetro do feixe do laser para um tamanho apropriado para mais tarde na linha do feixe.

Atrás do amostrador de feixe, um cabeçote medidor de potência de 500 watts absorve grande parte da energia do feixe para permitir que o laser opere com potência total. Do amostrador de feixe, o feixe continua através de um espelho para um kit de desenvolvimento de projetor. Este é um projetor comercial desmontado com seu motor de luz e lentes removidas.

Para o experimento, colima o feixe para entrar no projetor. Depois de passar pelo projetor, o feixe encontrará a amostra que será montada em um estágio de tradução de controle de computador. Para concluir esta configuração, obtenha uma lente de distância focal de 100 milímetros para o projetor.

Conecte a lente à objetiva do projetor imediatamente antes do estágio de tradução. Em seguida, use uma lanterna LED como fonte de luz de entrada para o projetor. Posicione uma folha de papel branca na frente da objetiva e mova-a até que haja um retângulo iluminado nítido na folha indicando a posição do plano da imagem.

Neste ponto, obtenha uma amostra para uso no experimento. Monte a amostra no caminho do feixe no estágio de translação linear equipado com um macaco de laboratório. Levante a amostra com o macaco de laboratório para que sua parte superior fique alinhada com a parte superior do retângulo projetado.

Certifique-se de que um defeito esteja dentro da área iluminada no plano da imagem. Em seguida, organize a fotografia infravermelha obtendo primeiro um espelho de ouro em um poste. O espelho refletirá o feixe espalhado para a câmera.

Monte o espelho em um suporte de poste próximo ao projetor. Deve refletir a borda superior da amostra e ser inclinado para ver o máximo possível da superfície da amostra. A luz refletida do espelho entrará em uma câmera infravermelha montada em um tripé.

Posicione-o na altura da objetiva do projetor para que ele veja a imagem branca projetada através do espelho dourado. Configure a câmera para ser controlada pelo computador e deixe-a aquecer. Depois de conectar a câmera ao software de controle, obtenha uma régua de aço.

Segure a régua na superfície da amostra e foque manualmente a câmera nela. O contraste de temperatura com a régua de aço ajuda no foco. Trabalhe para obter a imagem mais nítida.

Uma das etapas mais críticas é obter resolução lateral suficiente na superfície da amostra. Isso é importante porque a linha de esgotamento deve ser resolvida. Use o software do laser para definir a tensão do laser para 10 volts e inicie o laser.

Trabalhe com o software da câmera para a relação entre o projetor e a câmera. Selecione Medir nas opções na parte superior. Vá para a barra de ferramentas Medir áreas e escolha a opção de ferramenta cruzada.

Quando o laser estiver ligado, haverá uma imagem térmica. Use a ferramenta para marcar os cantos da imagem clicando com o botão esquerdo no quadro e, em seguida, anote as coordenadas. O software de controle da câmera deve ser configurado para o experimento.

Comece alternando para o painel Câmera. Lá, clique no botão Controle remoto para abrir o painel de controle remoto. Lá no menu suspenso, escolha a opção Process-IO.

Além disso, clique na opção Sincronizar e na opção Gate. Depois disso, feche o menu. Na guia Parâmetros de aquisição, abra o menu Aquisição.

Escolha Sincronização externa no menu suspenso. Forneça nomes de arquivos e pastas no campo Pasta. Em seguida, vá para o campo Contagem e insira o número de quadros calculado anteriormente e feche o menu Aquisição.

Inicie a aquisição de dados da câmera escolhendo Gravar. Neste ponto, vá para o software de controle do experimento. Clique em Ativar para ativar o controlador de movimento.

Em seguida, edite as posições inicial e final em milímetros para incluir o defeito na verificação. Depois disso, insira a velocidade em milímetros por segundo. Clique em Iniciar medição.

Clique com o botão esquerdo no campo Escolher cor da área. Na caixa de diálogo de cores, selecione uma cor para a área do padrão. Vá para a barra de ferramentas de desenho e escolha a ferramenta retângulo.

Mova para a área da imagem e use a ferramenta para criar um retângulo consistente com o domínio de pixel do projetor encontrado anteriormente. Continue clicando em definir área. A caixa de diálogo permite definir as propriedades do padrão projetado.

No menu suspenso Tipo de sinal, escolha Onda senoidal. Para definir a onda senoidal, defina o campo Deslocamento de fase como zero grau. Além disso, defina a frequência em hertz.

Defina a Amplitude para o máximo. Em seguida, vá para o campo Tensão para inserir a tensão do laser em unidades de volts. No campo Imagens por período, insira um valor calculado anteriormente.

Clique em Avançar. Siga etapas análogas para criar um segundo retângulo de uma cor diferente em uma mudança de fase de 180 graus. Visualize a sequência de imagens usando-as em um controle deslizante de visualização.

Em seguida, pressione Iniciar para iniciar o experimento. O estágio de translação move lentamente a amostra através da faixa escolhida para expor diferentes regiões à iluminação estruturada oscilante projetada. O tempo total de trânsito para este experimento é de 200 segundos.

À medida que a amostra se move, a câmera infravermelha térmica adquire imagens térmicas a 40 hertz. Esta sequência de imagens térmicas fornece um exemplo dos campos de ondas térmicas gerados pela iluminação. Pare o experimento quando todos os quadros tiverem sido adquiridos.

Para executar o pós-processamento necessário, carregue os quadros de dados no software de pós-processamento. Depois que os dados forem convertidos, insira as coordenadas do ponto de projeção encontradas anteriormente. Clique em Transformar para colocar os dados no domínio de pixel do projetor.

Para extrair informações de temperatura, defina a linha de esgotamento inserindo as coordenadas de dois pontos. Insira os parâmetros para a velocidade na posição inicial da amostra durante o experimento. Insira também a taxa de quadros da câmera infravermelha e a frequência da onda senoidal do padrão.

Por fim, verifique se os parâmetros de pós-processamento de dados estão corretos. Quando estiver pronto, clique em Avaliar. A posição da rachadura é mostrada no campo realçado.

Esses dados foram coletados de uma amostra de teste com defeito a uma profundidade aproximada de 1/4 de milímetro. A amostra foi transladada a 0,05 milímetros por segundo. A curva preta representa a temperatura em função do tempo, que está ao longo do eixo horizontal superior.

O tempo também pode ser traduzido para uma posição que está ao longo do eixo inferior. A curva vermelha sólida é adequada para o aumento não oscilatório da temperatura. A linha vermelha tracejada indica a posição do defeito.

Aqui estão os mesmos dados após o pós-processamento adicional. A curva azul é a curva de Hilbert e o defeito está no mínimo. Esses dados foram coletados após dobrar a velocidade de varredura para 0,1 milímetros por segundo.

Em comparação com a primeira medição, o alongamento é o mesmo, mas a frequência de oscilação é reduzida. Observe que a amostra foi movida para uma nova posição que se reflete nas medições Quando o protocolo é usado com um defeito um milímetro abaixo da superfície, sua localização ainda pode ser determinada, mas com maior incerteza. Ambos os gráficos usam dados coletados com uma velocidade de varredura de 0,1 milímetros por segundo.

Após seu desenvolvimento, a técnica abriu caminho para pesquisadores na área de testes não destrutivos explorarem o uso de iluminação estruturada. Seguindo este procedimento, outros padrões de iluminação mais complexos podem ser usados para encontrar outros tipos de defeitos. Até agora, apenas o aço foi testado, mas o método é muito promissor, especialmente para plástico, materiais compostos e outros materiais muito sensíveis devido ao baixo estresse térmico aplicado.

O gargalo da configuração experimental atual é o limite de tensão térmica do modulador de luz espacial. É por isso que temos que prestar atenção ao tempo de medição, que não deve ser superior a dois a três minutos. Até agora, apenas duas fontes de calor integrais foram geradas.

Mas, em princípio, usando essa configuração, é possível gerar e controlar até um milhão de fontes de calor, o que abre outro campo de modelagem arbitrária de ondas normais. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como localizar defeitos subterrâneos usando termografia fototérmica projetada a laser. Não se esqueça de que trabalhar com um laser infravermelho de alta potência classe quatro pode ser extremamente perigoso e que precauções como usar óculos de proteção a laser devem sempre ser tomadas.