Name: Localização de Defeitos Subsuperficiais por Aquecimento Estruturado usando a Termografia Fototérmica Projetada a Laser (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: Aprenda a localizar defeitos subsuperficiais em amostras de aço usando aquecimento estruturado e termografia fototérmica projetada a laser. Este método não destrutivo oferece alta sensibilidade para detecção de falhas orientadas perpendicularmente à superfície.

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Gostaríamos de agradecer a Taarna Studemund e Hagen Wendler por tirar fotografias da instalação experimental e prepará-las para a publicação de figuras. Além disso, gostaríamos de agradecer Anne Hildebrandt para a preparação da amostra e Sreedhar Unnikrishnakurup, Alexander Battig e Felix Fritzsche para a prova de leitura.

<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>
<li>Thiel, E., Kreutzbruck, M., Ziegler, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aThiel%2C+E+%22Proc.+SPIE+9761%22">Proc. SPIE 9761</a>. Douglass, M. R., King, P. S., Lee, B. L. , Spie-Int Soc Optical Engineering. (2016).</li>
<li>Thiel, E., Kreutzbruck, M., Ziegler, M. <a target="_blank" href="https://www.wcndt2016.com/">Proc. WCNDT 2016</a>. , 6(2016).</li>
<li>Mandelis, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMandelis%2C+A+%22Diffusion-Wave+Fields%3A+mathematical+methods+and+Green+functions%22">Diffusion-Wave Fields: mathematical methods and Green functions</a>. , Springer-Verlag. (2001).</li>
<li>Almond, D., Patel, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAlmond%2C+D+%22Photothermal+Science+and+Techniques%22">Photothermal Science and Techniques</a>. 10, Chapman & Hall. (1996).</li>
<li>Salazar, A. <a target="_blank" href="http://www.ehu.eus/photothermal/EurJPhys2006.pdf">Energy propagation of thermal waves.</a> Eur. J. Phys. 27 (6), 1349-1355 (2006).</li>
<li>Bennett, C. A., Patty, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+wave+interferometry%3A+a+potential+application+of+the+photoacoustic+effect%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Thermal wave interferometry: a potential application of the photoacoustic effect.</a> Appl. Opt. 21 (1), 49-54 (1982).</li>
<li>Busse, G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.93942?journalCode=apl">Stereoscopic depth analysis by thermal wave transmission for nondestructive evaluation.</a> Appl. Phys. Lett. 42 (4), 366(1983).</li>
<li>Holtmann, N., Artzt, K., Gleiter, A., Strunk, H. P., Busse, G. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17686733.2012.741919">Iterative improvement of Lockin-thermography results by temporal and spatial adaption of optical excitation.</a> Qirt J. 9 (2), 167-176 (2012).</li>
<li>Pribe, J. D., Thandu, S. C., Yin, Z., Kinzel, E. C. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2522861">Toward DMD illuminated spatial-temporal modulated thermography.</a> Proc. SPIE 9861. , (2016).</li>
<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>
<li><a target="_blank" href="http://www.mouser.com/ds/2/405/dlps013d-261248.pdf">DLP 0.55 XGA Series 450 DMD</a>. , TexasInstruments. (2015).</li>
<li>Application Note - DLP System Optics. , TexasInstruments. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=dlpa022&keyMatch=dlpa022&tisearch=Search-EN-Everything">http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=dlpa022&keyMatch=dlpa022&tisearch=Search-EN-Everything</a> (2010).</li>
<li>DLP LightCommander Control Software - User Manual. , LogicPD. Available from: 
 <a target="_blank" href="https://support.logicpd.com/ProductDownloads/LegacyProducts/DLPLightCommander.aspx?_sw_csrfToken=318b0448">https://support.logicpd.com/ProductDownloads/LegacyProducts/DLPLightCommander.aspx?_sw_csrfToken=318b0448</a> (2011).</li>
<li>White Paper - Laser Power Handling for DMDs. , TexasInstruments. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=dlpa027&fileType=pdf">http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=dlpa027&fileType=pdf</a> (2012).</li>
<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>

Os autores não têm nada a revelar.

O protocolo apresentado descreve como localizar defeitos artificiais subterrâneos orientados perpendicularmente à superfície. A idéia principal do método é criar campos de ondas térmicas interferentes que interajam com o defeito subterrâneo. Os passos mais importantes são (i) combinar um SLM com um laser de diodo para criar dois padrões de iluminação alternados de alta potência na superfície da amostra; Estes padrões são convertidos fototermicamente em campos de ondas térmicas coerentes, (ii) para deixá-los interferir d...

O método de termografia fototérmica projetada a laser (LPPT) é usado para localizar defeitos subsuperficiais que estão embutidos no volume da amostra de teste e orientados predominantemente perpendiculares à sua superfície. O método utiliza a interferência destrutiva de dois campos de onda térmica anti-fase do mesmo alongamento e frequência como mostrado na Figura 1b . Em materiais livres de defeitos isotrópicos, as ondas térmicas neutralizam destrutivamente ( ou seja, oscilações de temperatura zero) no plano de simetria por superposição coerente. No caso de um material com defeito subsuperficial, o método aproveita a interação dos componentes laterais ( isto é, no plano) entre o fluxo de calor transiente e esse defeito. Esta interacção pode ser medida num alongamento de temperatura oscilante recriado na linha de simetria na superfície da amostra. Agora, o defeito que contém a amostra é varrido pelo campo da onda térmica superposta eO nível de alongamento da temperatura é medido em relação à posição da amostra. Devido à simetria, a condição de interferência destrutiva é satisfeita novamente quando o defeito cruza o plano de simetria; Isto nos permite localizar o defeito muito sensivelmente. Além disso, uma vez que o nível de perturbação máxima da interferência destrutiva está correlacionado com a profundidade do defeito, é possível determinar a sua profundidade analisando a varredura de temperatura 1 . O LPPT pode ser atribuído à metodologia de termografia ativa, um método não destrutivo bem estabelecido, onde o aquecimento transiente é ativamente gerado ea distribuição de temperatura resultante, também transitória, é medida através de uma câmera IR térmica. Em geral, a sensibilidade desta metodologia está limitada a defeitos que são orientados essencialmente perpendiculares ao fluxo de calor transitório. Além disso, uma vez que a equação transitória de condução de calor reguladora é uma parabólica parcialO fluxo de calor para o volume é fortemente amortecido. Como consequência, a profundidade de sondagem da metodologia de termografia activa é limitada a uma região de superfície próxima, geralmente na gama de milímetros. Duas das técnicas de termografia ativa mais comuns são a termografia pulsada e de bloqueio. Eles são rápidos devido à iluminação de superfície óptica plana 2 , mas conduzem a um fluxo de calor transiente perpendicular à superfície. Por conseguinte, a sensibilidade destas técnicas está limitada a defeitos predominantemente orientados paralelos ( por exemplo, delaminações ou vazios) para a superfície da amostra aquecida. Uma regra empírica para a termografia pulsada afirma que &quot;o raio do menor defeito detectável deve ser pelo menos uma a duas vezes maior do que sua profundidade sob a superfície&quot; 3 . Para aumentar a área de interacção efectiva entre um defeito perpendicularmente orientado ( por exemplo, uma fissura) eo fluxo de calor, a direcção do fluxo de calor tem de serAlterado. A excitação local, utilizando um laser focado com um ponto linear ou circular, por exemplo, gera um fluxo de calor com uma componente no plano que é capaz de interagir eficazmente com o defeito perpendicular 4 , 5 , 6 , 7 . No método apresentado, também utilizamos os componentes laterais de fluxo de calor para detectar defeitos subsuperficiais, mas usamos o fato de que as ondas térmicas podem ser superpostas, enquanto que os defeitos, especialmente orientados verticalmente, perturbam essa superposição. Desta forma, o método apresentado assemelha-se a um método livre de referência, simétrico e muito sensível, uma vez que é possível detectar defeitos artificiais subterrâneos numa relação largura / profundidade muito inferior a 8,9 . Até agora, era difícil criar dois campos de ondas térmicas anti-fase que fornecessem energia suficiente. Conseguimos isso bAcoplando um modulador de luz espacial (SLM) a um laser de diodo de alta potência, que nos permitiu mesclar a alta potência óptica do sistema de laser com a resolução espacial e temporal do SLM (ver Figura 2 ) em um projetor de alta potência . Os campos de ondas térmicas são agora criados por conversão fototérmica de dois padrões de linha modulados sinusoidalmente anti-fase através do brilho de pixel da imagem projectada (ver Figura 2 , Figura 1a ). Isto leva ao aquecimento estruturado da superfície da amostra e resulta em campos de ondas térmicas de interferência destrutiva bem definidos. A fim de encontrar um defeito subterrâneo, a perturbação da inferência destrutiva é medida como uma oscilação de temperatura na superfície usando uma câmera IR. O termo onda térmica é controversamente discutido porque as ondas térmicas não transportam energia devido ao caráter difusivo da propagação do calor. Ainda assim, há um comportamento ondulatório quando hea<html> Permitindo que usemos semelhanças entre ondas reais e processos de difusão 10 , 11 , 12 . Assim, uma onda térmica pode ser entendida como altamente amortecida na direcção de propagação, mas periódica ao longo do tempo ( Figura 1b ). O comprimento de difusão térmica característico <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/55733/55733eq1.jpg" /> É aqui descrita pelas suas propriedades materiais (condutividade térmica k , capacidade térmica c p e densidade ρ ) e a frequência de excitação ƒ. Embora a onda térmica esteja em decomposição forte, sua natureza ondulatória pode ser aplicada para obter uma visão das propriedades da amostra. A primeira aplicação de interferência de ondas térmicas foi utilizada para determinar a espessura das camadas. Em contraste com o nosso método, o efeito de interferência foi utilizado na dimensão da profundidade ( ou seja, perpendicular à superfície)<html> 13) Ampliando a idéia de interferência a uma segunda dimensão pela divisão de um feixe de laser, a interferência de ondas térmicas foi usada para dimensionar defeitos de subsuperfície 14. Ainda este método foi aplicado em configuração de transmissão, o que significa que foi limitado pela penetração Além disso, uma vez que apenas uma fonte de laser foi utilizada, este método aplica-se interferência construtiva, o que significa que é necessária uma referência sem defeitos.Além da idéia de usar a interferência de ondas térmicas, a primeira abordagem técnica para o espaço e O aquecimento temporalmente controlado foi realizado por Holtmann et al., Utilizando um projector de cristal líquido (LCD) não modificado com a fonte de luz incorporada, que estava severamente limitada na sua potência de saída óptica 15. Outras abordagens por Pribe e Ravichandran visavam aumentar o alcance óptico Potência de saída acoplando também um laser a um SLM 16 ,<html> S = &quot;xref&quot;&gt; 17. O protocolo aqui apresentado descreve como aplicar o método LPPT para localizar defeitos subsuperficiais orientados perpendicularmente à superfície de amostras de aço. O método está numa fase inicial, mas suficientemente poderoso para validar a abordagem proposta; Contudo, ainda é limitada em termos da potência de saída óptica alcançável da configuração experimental. Uma vez que o aumento da potência de saída óptica continua a ser um desafio, o método apresentado é aplicado a entalhes fabricados com eléctrodos revestidos com eletricidade artificial. No entanto, as etapas mais importantes e mais críticas do protocolo, gerando uma iluminação estruturada homogênea, atendendo aos pré-requisitos para interferência de ondas térmicas destrutivas, e localizando o defeito, ainda mantêm para defeitos mais exigentes. Uma vez que a quantidade governante é o comprimento de difusão térmica μ, o método LPPT também pode ser aplicado a numerosos materiais diferentes. Nt &quot;&gt; <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55733/55733fig1.jpg" /> Figura 1: Princípio de efeito de interferência destrutiva. (A) Esquema do padrão de iluminação utilizado durante as experiências. A amostra é aquecida espacial e temporalmente por dois padrões iluminados periodicamente com um desvio de fase de π. A linha tracejada representa a linha de simetria entre os dois padrões. Esta linha será usada para avaliação como uma &quot;linha de esgotamento&quot;. ( B ) Diagrama do resultado térmico alternado resolvido espacial e temporalmente calculado a partir da solução analítica da equação de condução térmica térmica. Mostra as ondas térmicas que respondem à iluminação de (a) com uma irradiância dos dois padrões com P opt 1 = 1,5 W sin (2π 0,125 Hz t ) + 1,5 W e P opt 2 = 1,5 W sin (2π 0,125 Hz t + Π) + 1,5 W para aço de construção ρ </Em&gt; = 7,850 kg / m3, c p = 461 J / (kg · K), k = 54 W / (m · K). O perfil de temperatura na linha tracejada não apresenta oscilação térmica para material isotrópico homogêneo. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55733/55733fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55733/55733fig2.jpg" /> Figura 2: Esquema do princípio de medição do aquecimento estruturado utilizado na termografia activa. Um feixe gaussiano homogeneizado para um perfil de topo é aplicado a um modulador de luz espacial (SLM). O SLM resolve o feixe espacialmente por seus elementos comutáveis ​​e temporalmente por sua velocidade de comutação. Cada elemento representa um pixel SLM. Nesta experiência, o SLM é um dispositivo de micro espelho digital (DMD). Modulando o brilho de pixel A com um software de controlo determinista de tempo, a superfície de amostraÉ aquecida de forma estruturada. No caso da experiência apresentada, modulamos duas linhas anti-fase (fases: φ = 0, π), que são a origem de campos de ondas térmicas de interferência coerente na freqüência angular ω. Os campos de onda interagem com a estrutura interna da amostra também influenciando o campo de temperatura na superfície. Isto é medido através de sua radiação térmica por uma câmera infravermelha de onda média. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55733/55733fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Sistema de laser de diodo de 500 W, 940 nm</td><td>Laserline</td><td>LDM 500 - 20</td><td>Laser piloto classe 2 @ 650&nbsp; nm, o laser de diodo é um sistema de laser de classe 4 --> laboratório especial necessário</td></tr><tr><td>Caixa de controle de laser</td><td>Laserline</td><td>Caixa de controle de laser LDM</td><td>Adicione ao sistema de laser, usado para alternar eletronicamente, limiar de laser, obturador, laser em 0 V.. Scanner</td></tr><tr><td>de caixa de controle</td> TTL de 5 V <td>Laserline</td><td></td><td>Adicione ao sistema de laser, usado para ajustar a potência de saída óptica via sinal analógico de 0&nbsp;V.. Suporte</td></tr> de Laser de Fibra 10 V <tr><td>2", f = 80 mm</td><td>Laserline</td><td></td><td>Adicione ao sistema de laser</td></tr><tr><td>Dispositivo de Aquisição de Dados Multifunções (DAQ) + Terminal BNC</td><td>National Instruments</td><td>NI-USB 6251</td><td>O cartão DAQ é usado para acionar a câmera IR,&nbsp; o DLP Light Commander 5500, controle Laser e diodo PDA 36A</td></tr><tr><td>Standard - PC&nbsp;</td><td></td><td></td><td>PC de controle - placa gráfica para duas telas, pelo menos 4 x USB, cabo</td></tr><tr><td></td><td></td><td>BNC</td> baseado em Windows <td>Cabo padrão</td></tr><tr><td>Cabo</td><td></td><td></td> HDMI <td>Cabo padrão Cabo</td></tr><tr><td>micro USB para USB</td><td></td><td></td><td>Cabo padrão</td></tr><tr><td>LabVIEW 2013 SP1 Sistema de desenvolvimento</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Ambiente de desenvolvimento para controle de dispositivos</td></tr><tr><td>LPPT software de controle</td><td>BAM</td><td></td><td>parte do pacote de software LPPT do LabVIEW 2013 SP1</td></tr><tr><td>Software de intensidade LPPT</td><td>BAM</td><td></td><td>parte do pacote de software LPPT do LabVIEW 2013 SP1</td></tr><tr><td>Software de controle a laser LPPT</td><td>BAM</td><td></td><td>parte do pacote de software LPPT do LabVIEW 2013 SP1</td></tr><tr><td>Matlab 2016b</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Pós-processamento dos dados</td></tr> <tr><td>de mediçãoSoftware de pós-processamento LPPT</td><td>BAM</td><td></td><td>Pós-processamento dos dados de medição</td></tr><tr><td>PC de controle de câmera IR</td><td>O InfraTec</td><td></td><td>Control PC é fornecido pelo distribuidor de câmeras</td></tr><tr><td>Software de controle de câmera IR</td><td>InfraTec</td><td>Irbis 3 Professional</td><td></td></tr><tr><td>InfraTec SDK</td><td>InfraTec</td><td></td><td>Dynamic Link Library como interface entre o formato de aquisição de dados nativo do Infratec e do Matlab</td></tr><tr><td>Câmera IR</td><td>InfraTec</td><td>Image IR 8300</td><td>640 x 512, detector InSb refrigerado, comprimento de onda 2&nbsp; &micro;m.. 5.7 &micro; m, ruído = 20&nbsp; mK + acessórios (cabo LAN, cabo de entrada / saída digital, anel de espaço, fonte de alimentação, estojo)</td></tr> <tr><td>Tripé</td><td>Manfrotto</td><td>161MK2B</td><td></td></tr><tr><td>IR montagem da câmera</td><td>Manfrotto</td><td>405</td><td></td></tr><tr><td>Kit de desenvolvimento de projetor (PDK) para tecnologia de processamento digital de luz (DLP) (DLP Light Commander 5500)</td> <td>Logic</td><td>PD DLP-LC-DLP5500-10R</td><td>DLP5500 Dispositivo Micromirror Digital da Texas Instruments incluído, motor de luz e estojo precisam ser desmontados</td></tr><tr><td>Software de controle PDK</td><td>Logic PD</td><td></td><td>Incluído quando entregue, software de controle DLP Light Commander</td></tr><tr><td>Plataforma mecânica para o PDK</td><td>BAM</td><td></td><td>Feito por mim mesmo (140 x 230 x 420) mm3</td></tr><tr><td>Unidade de controle do medidor de potência</td><td>Interface</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>USB Ophir VegaCabeça do medidor de potência de 30 W&nbsp;</td><td>Ophir</td><td>30(150)A-LP1-18</td><td>Cabeça do medidor de potência para determinar a transmissão do sistema do projetor Cabeça do medidor de</td></tr><tr><td>potência de 500 W</td><td>Ophir</td><td>FL500A</td><td>Medidor de potência para supervisão de processo</td></tr><tr><td>Controlador de movimento</td><td>Newport</td><td>ESP301</td><td>com interface USB</td></tr><tr><td>Estágio de tradução</td><td>Newport</td><td>M-ILS200CC</td><td>Conectado ao ESP301</td></tr><tr><td>Fotodiodo com amplificador</td><td>Thorlabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td>Montagem de 1"</td></tr><tr><td>Filtro reflexivo ND1</td><td>Thorlabs</td><td>ND10A</td><td>para ser montado no PDA 36A</td></tr><tr><td>Pinhole 1"</td><td>Thorlabs</td><td>P1000S</td><td>para ser montado no PDA 36A</td></tr><tr><td>Placa de ensaio de alumínio óptico&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>MB60120/M</td><td>(1.200 mm x 900 mm) base</td></tr><tr><td>Plano Convexo Lente f = 200 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1979-B</td><td>Revestido para IR, primeira lente telescópica</td></tr><tr><td>Plano Convexo Lente f = 75 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1145-B</td><td>Revestido para IR, segunda lente telescópica</td></tr><tr><td>estágio de translação xy</td><td>Newport</td><td>M401</td><td>Usado para ajustar a telecopa</td></tr><tr><td>Beamsampler</td><td>Thorlabs</td><td>BSF20-B&nbsp;</td><td>Divide a saída óptica, usada para reduzir a entrada óptica do sistema do projetor</td></tr><tr><td>Espelho</td><td>Thorlabs</td><td>BB2-E03</td><td>Espelho para acoplar o feixe ao DLP Light Commander</td></tr><tr><td>Macaco de laboratório pesado</td><td>Thorlabs</td><td>L490</td><td>Usado para a montagem de fibra e no topo do estágio linear para posicionar a amostra (2x)</td></tr><tr><td>PDK-objective&nbsp;</td><td>Nikon</td><td>Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D&nbsp;</td><td>Objetiva para DLP Light Commander, 50 mm</td></tr><tr><td>Lente Convexa Plano f = 100 mm</td><td>A lente Thorlabs</td><td>LA1050 -B</td><td>está anexada à lente</td></tr><tr><td>objetiva bi-convexa Nikon f = 60&nbsp; mm</td><td>Thorlabs</td><td>LB1723 -B</td><td>Lente a ser anexada à objetiva Nikon para determinar a transmissão óptica com a cabeça de medição de 30 W</td></tr><tr><td>Espelho dourado protegido quadrado</td><td>Thorlabs</td><td>PFSQ20-03-M01</td><td></td></tr><tr><td>Cartão sensor IR de alta potência</td><td>Newport</td><td>F-IRC-HP-M</td><td>Cartão sensor para verificar o caminho óptico</td></tr><tr><td>2" mira</td><td>BAM</td><td></td><td>Self-made</td></tr><tr><td>1" mira</td><td>BAM</td><td></td><td>Self-made</td></tr><tr><td>Bullseye nível</td><td>Thorlabs</td><td>LCL01</td><td></td></tr><tr><td>Estágio de tradução</td><td>Newport</td><td>M-UMR8.25</td><td>Usado para medir o perfil do feixe</td></tr><tr><td>Parafuso micrômetro</td><td>Newport</td><td>DM17-25</td><td>Usado com estágio de tradução M-UMR8.25</td></tr><tr><td>Montado Zero Aperture Iris</td><td>Thorlabs</td><td>ID75Z/M</td><td>usado para verificar o óptico Bases</td></tr><tr><td>de caminho e suportes de postes Kit de essenciais, componentes métricos e universais</td><td>Thorlabs</td><td>ESK01/M</td><td>Bases</td></tr><tr><td>de postes e Acessórios Kit Essentials, Componentes Métricos e Universais</td><td>Thorlabs</td><td>ESK03/M</td><td></td></tr><tr><td>M6 Parafuso de Cabeça e Kit de Hardware</td><td>Thorlabs</td><td>HW-KIT2/M</td><td></td></tr><tr><td>Trilhos de Construção</td><td>Thorlabs</td><td>XE25L700/M</td><td></td></tr><tr><td>1" Cubo de Construção</td><td>Thorlabs</td><td>RM1G</td><td>Usado para montar trilhos de construção</td></tr><tr><td>Usinagem por descarga elétrica</td><td>Sodick</td><td>AG60L</td><td>www.sodick.de</td></tr><tr><td>Bloco St37 de aço (100 x 100 x 40) mm3</td><td>BAM</td><td></td><td>feito por si mesmo, defeito oculto com espessuras de parede restantes de 0,25&nbsp; mm, 0,5 mm, 0,70 mm, 1,25&nbsp; mm (mostrado em Figura 5)</td></tr><tr><td>St37 bloco de aço (100 x 100 x 40) mm</td><td>BAM</td><td></td><td>de fabricação própria, defeito oculto com espessuras de parede restantes de 1&nbsp; mm, 1,5&nbsp; mm, 1,75 mm, 2 mm (mostrado em Figura 5)</td></tr><tr><td>Spray de grafite</td><td>CRC Industries Europe NV</td><td>GRAPHIT 33</td><td>Ref. 20760, aerossol de 200 mL (Kontakt-Chemie)</td></tr><tr><td>Fita protetora</td><td></td><td>Tesa tesakrepp 4348</td><td>usada para proteger os defeitos ocultos durante o revestimento</td></tr></tbody></table>

localização de defeitos subsuperficiais por aquecimento estruturado usando a termografia fototérmica projetada a laser

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

O método apresentado é utilizado para localizar defeitos subsuperficiais orientados perpendicularmente à superfície. Para conseguir isso, criamos campos de ondas térmicas interferindo destrutivamente que são perturbados pelo defeito. Este efeito é medido e usado para localizar o defeito. Formulamos os campos de ondas interferindo destrutivamente usando um projetor modificado. O motor leve original do projetor é substituído por um laser de diodo de alta potência acoplado à fibra. Seu feixe é moldado e alinhado ao modulador de luz espacial do projetor e otimizado para óptima taxa de transferência óptica e projeção homogênea primeiro caracterizando o perfil do feixe e, em segundo lugar, corrigindo mecanicamente e numericamente. Uma câmara infravermelha (IR) de alto desempenho é configurada de acordo com a situação geométrica apertada (incluindo as correções das distorções de imagem geométricas) ea exigência de detectar oscilações de temperatura fraca na superfície da amostra. A aquisição de dados pode ser realizada uma vezA ronização entre as fontes individuais de campo de ondas térmicas, o estádio de varrimento e a câmara de IV é estabelecida utilizando uma configuração experimental dedicada que precisa ser ajustada ao material específico a ser investigado. Durante o pós-processamento dos dados, é extraída a informação relevante sobre a presença de um defeito abaixo da superfície da amostra. É recuperado da parte oscilante da radiação térmica adquirida proveniente da chamada linha de depleção da superfície da amostra. A localização exata do defeito é deduzida da análise da forma espaço-temporal dessas oscilações em uma etapa final. O método é livre de referência e muito sensível a mudanças dentro do campo de ondas térmicas. Até agora, o método foi testado com amostras de aço, mas também é aplicável a diferentes materiais, em particular a materiais sensíveis à temperatura.

Seguindo o protocolo, o lado 1 da amostra de aço com um defeito sub-superficial a uma profundidade de 0,25 mm foi escolhido para gerar resultados representativos. O defeito foi inicialmente posicionado aproximadamente no centro da área iluminada. A amostra foi então movida de -5 mm para 5 mm através da fase linear a uma velocidade de 0,05 mm / s. Usando estes parâmetros, a Figura 11a mostra os dados de varrimento depois de os extrair da linha de esgotamento. Nesta fase, ...

Este método tem como objetivo a localização de defeitos de subsuperfície verticais. Aqui, acoplamos um laser com um modulador de luz espacial e disparamos a sua entrada de vídeo para aquecer uma superfície de amostra deterministicamente com duas linhas moduladas anti-fase enquanto adquirimos imagens térmicas altamente resolvidas. A posição de defeito é recuperada da avaliação dos mínimos de interferência de ondas térmicas.

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

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

O objetivo geral deste método é utilizar aquecimento estruturado e imageamento térmico de alta resolução de maneira não destrutiva e sem contato para localizar defeitos subsuperficiais orientados perpendicularmente à superfície de uma amostra de aço. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de imageamento térmico. Por exemplo, quão pequeno e quão profundo um defeito pode estar para ainda 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 com projeção a laser é montado sobre uma placa de montagem em bancada. Este sistema já passou pela maioria das etapas preparatórias necessárias para uso em um experimento.No início do trajeto do feixe está a fonte a laser. Esta fibra a laser é sustentada por um suporte para fibra a laser. Em seguida, um telescópio reduz o diâmetro do feixe a laser a um tamanho apropriado para etapas posteriores na linha do feixe.Atrás do divisor de feixe, uma cabeça de medidor de potência de 500 watts absorve grande parte da energia do feixe, permitindo que o laser opere em potência máxima. A partir do divisor de feixe, o feixe continua, por meio de um espelho, até um kit de desenvolvimento de projetor. Este é um projetor comercial desmontado, com seu motor de luz e lentes removidos.Para o experimento, colime o feixe para que entre no projetor. Após passar pelo projetor, o feixe encontrará a amostra, que será montada em uma fase de translação controlada por computador. Para concluir esta configuração, obtenha uma lente com distância focal de 100 milímetros para o projetor.Conecte a lente ao objetivo do projetor logo antes do estágio de translação. Em seguida, utilize uma lanterna de LED como fonte de luz de entrada para o projetor. Posicione uma folha de papel branca diante do objetivo e mova-a até que haja um retângulo iluminado nítido na folha, indicando a posição do plano da imagem.Neste momento, obtenha uma amostra para uso no experimento. Monte a amostra no trajeto do feixe sobre a plataforma de translação linear equipada com um suporte ajustável. Eleve a amostra com o suporte ajustável até que seu topo esteja alinhado com o topo do retângulo projetado.Certifique-se de que um defeito esteja dentro da área iluminada no plano da imagem. Em seguida, prepare-se para realizar a fotografia no infravermelho obtendo primeiro um espelho dourado montado em um suporte. O espelho refletirá o feixe disperso para a câmera.Monte o espelho em um suporte próximo ao projetor. Ele deve refletir a borda superior da amostra e ser posicionado em um ângulo que permita visualizar a maior parte possível da superfície da amostra. A luz refletida pelo espelho entrará em uma câmera de infravermelho montada em um tripé.Posicione-o na altura da objetiva do projetor para que ele veja a imagem branca projetada por meio do espelho dourado. Configure a câmera para ser controlada pelo computador e deixe-a aquecer. Após conectar a câmera ao seu 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 auxilia no foco. Trabalhe para obter a imagem mais nítida possível.Um dos passos mais críticos é obter uma resolução lateral suficiente na superfície da amostra. Isso é importante porque a linha de esgotamento deve ser resolvida. Use o software do laser para ajustar a tensão do laser em 10 volts e inicie o laser.Trabalhe com o software da câmera para estabelecer a relação entre o projetor e a câmera. Selecione Medir nas opções ao longo da parte superior. Vá até a barra de ferramentas Áreas de Medição e escolha a opção de ferramenta em cruz.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.Inicie alternando para o painel Câmera. Lá, clique no botão Remoto para abrir o painel de controle remoto. Em seguida, no menu suspenso, escolha a opção Process-IO.Além disso, clique na opção Sync In e na opção Gate. Após isso, feche o menu. Na guia de parâmetros de aquisição, abra o menu de Aquisição.Escolha Sincronização Externa no menu suspenso. Forneça os nomes de arquivo e pasta no campo Pasta. Em seguida, vá para o campo Contagem e insira o número previamente calculado de quadros e feche o menu Aquisição.Inicie a aquisição de dados da câmera escolhendo Gravar. Neste momento, mude 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 varredura. Depois, 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 desenho e escolha a ferramenta retângulo.Mova-se para a área da imagem e use a ferramenta para criar um retângulo compatível com o domínio de pixels do projetor encontrado anteriormente. Prossiga clicando em definir Área. A caixa de diálogo permite ajustar as propriedades do padrão projetado.No menu suspenso Tipo de Sinal, escolha Onda Senoidal. Para definir a onda senoidal, configure o campo Deslocamento de Fase em zero graus. Além disso, defina a Frequência em hertz.Defina a Amplitude para o valor máximo. Em seguida, vá até o campo Tensão para inserir a tensão do laser em unidades de volts. No campo Imagens por período, insira um valor previamente calculado.Clique em Avançar. Siga etapas análogas para criar um segundo retângulo de uma cor diferente em fase defasada em 180 graus. Visualize a sequência de imagens utilizando-as em uma barra de visualização prévia.Em seguida, pressione Iniciar para começar o experimento. A fase de translação move lentamente a amostra pela faixa escolhida, expondo 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. Essa sequência de imagens térmicas fornece um exemplo dos campos de onda térmica gerados pela iluminação. Interrompa o experimento quando todos os quadros tiverem sido adquiridos.Para realizar o pós-processamento necessário, carregue os quadros de dados no software de pós-processamento. Após a conversão dos dados, insira as coordenadas dos pontos de projeção previamente encontrados. Clique em Transformar para colocar os dados no domínio de pixels do projetor.Para extrair informações de temperatura, defina a linha de depleção inserindo as coordenadas de dois pontos. Insira os parâmetros de velocidade na posição inicial da amostra durante o experimento. Também insira a Taxa de Quadros da câmera infravermelha e a Frequência da onda senoidal do padrão.Por fim, certifique-se de que os parâmetros de pós-processamento dos dados estão corretos. Quando estiver pronto, clique em Avaliar. A posição da trinca é mostrada no campo destacado.Esses dados foram coletados a partir de uma amostra de teste com um defeito a uma profundidade aproximada de 1/4 de milímetro. A amostra foi deslocada a 0,05 milímetros por segundo. A curva preta representa a temperatura como uma função do tempo, que está no eixo horizontal superior.O tempo também pode ser traduzido em uma posição ao longo do eixo inferior. A curva vermelha contínua representa um ajuste ao aumento não oscilatório da temperatura. A linha vermelha tracejada indica a posição do defeito.Aqui estão os mesmos dados após um processamento adicional. A curva azul é a curva de Hilbert e o defeito está em seu valor mínimo. Esses dados foram coletados após dobrar a velocidade de varredura para 0,1 milímetros por segundo.Em comparação com a primeira medição, a elongação é a mesma, mas a frequência de oscilação é reduzida. Observe que a amostra foi movida para uma nova posição, o que se reflete nas medições. Quando o protocolo é utilizado com um defeito localizado um milímetro abaixo da superfície, sua posição ainda pode ser determinada, mas com maior incerteza. Ambos os gráficos utilizam dados coletados com uma velocidade de varredura de 0,1 milímetro por segundo.Após seu desenvolvimento, a técnica abriu caminho para pesquisadores na área de ensaio não destrutivo explorarem o uso de iluminação estruturada. Após este procedimento, outros padrões de iluminação, mais complexos, podem ser utilizados para identificar outros tipos de defeitos. Até o momento, apenas o aço foi testado, mas o método é muito promissor, especialmente para plásticos, materiais compostos e outros materiais muito sensíveis, devido ao baixo estresse térmico aplicado.O gargalo da configuração experimental atual é o limite de estresse térmico do modulador espacial de luz. Por isso, precisamos prestar atenção ao tempo de medição, que não deve ultrapassar dois a três minutos. Até agora, apenas duas fontes térmicas integrais foram geradas.Mas, em princípio, utilizando esta configuração, é possível gerar e controlar até um milhão de fontes de calor, o que abre um novo campo de modelagem arbitrária de ondas normais. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como localizar defeitos subsuperficiais utilizando termografia fototérmica com projeção a laser. Não se esqueça de que trabalhar com um laser infravermelho de alta potência da classe quatro pode ser extremamente perigoso e que precauções, como o uso de óculos de proteção contra laser, devem sempre ser tomadas.

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Research

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Engineering

Engenharia

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