Локализация дефектов при структурном нагреве с использованием лазерной прогнозируемой фототермической термографии

Summary

Этот метод направлен на обнаружение вертикальных дефектов подповерхностного слоя. Здесь мы соединяем лазер с пространственным модуляторами света и запускаем его видеовход, чтобы детерминировать нагрев образца поверхности с помощью двух антифазированных модулированных линий при получении высоко разрешенных тепловизионных изображений. Положение дефекта извлекается из оценки минимумов помех тепловых волн.

Abstract

Представленный метод используется для обнаружения дефектов подповерхностного слоя, ориентированных перпендикулярно поверхности. Для этого мы создаем деструктивно мешающие тепловые волновые поля, которые нарушаются дефектом. Этот эффект измеряется и используется для обнаружения дефекта. Мы формируем деструктивно интерферирующие волновые поля, используя модифицированный проектор. Оригинальный световой двигатель проектора заменен волоконно-связанным мощным диодным лазером. Его луч сформирован и выровнен по отношению к пространственному модуляторному модулю проектора и оптимизирован для оптимальной оптической пропускной способности и однородной проекции, сначала характеризуя профиль балки, и, во-вторых, корректируя его механически и численно. Высокопроизводительная инфракрасная камера устанавливается в соответствии с жесткой геометрической ситуацией (включая исправления геометрических искажений изображения) и требованием обнаружения слабых колебаний температуры на поверхности образца. Сбор данных может быть выполнен один раз при синхронизацииРонизация между отдельными источниками поля тепловых волн, стадией сканирования и ИК-камерой устанавливается с использованием специальной экспериментальной установки, которая должна быть настроена на конкретный исследуемый материал. Во время пост-обработки данных извлекается соответствующая информация о наличии дефекта ниже поверхности образца. Он извлекается из осциллирующей части полученного теплового излучения, идущего от так называемой линии обеднения поверхности образца. Точное местоположение дефекта выводится из анализа пространственно-временной формы этих колебаний на конечном этапе. Метод не содержит ссылок и очень чувствителен к изменениям в области тепловых волн. До сих пор метод был испытан стальными образцами, но применим также к различным материалам, в частности к чувствительным к температуре материалам.

Introduction

Метод лазерной проецируемой фототермической термографии (LPPT) используется для обнаружения дефектов подповерхностного слоя, которые встроены в объем испытываемого образца и ориентированы преимущественно перпендикулярно к его поверхности.

Метод использует деструктивную интерференцию двух антифазных тепловых волновых полей с одинаковым удлинением и частотой, как показано на рисунке 1b . В изотропных бездефектных материалах тепловые волны нейтрализуют деструктивно ( т.е. колебание нулевой температуры) в плоскости симметрии когерентной суперпозицией. В случае материала с дефектом подповерхностного слоя метод использ....

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ. Внимание: Пожалуйста, обратите внимание на безопасность лазера, потому что в установке используется лазер класса 4. Пожалуйста, надевайте защитные очки и одежду. Также обращайтесь с пилотным лазером с осторожностью.

1. Соедините диодный лазер с комплектом для разработки проектора (PDK)

1. Подготовьте макет.
   1. Соберите все устройства на макете, как показано на рисунке 3 . Поместите макет со всеми предварительно собранными устройствами в лазерную лабораторию.
2. Установите держатель лазерного волокна на макет.
   1. Присоедините волокно к держателю лазерного волокн....

Results

В соответствии с протоколом для получения репрезентативных результатов была выбрана сторона 1 образца стали с дефектом подповерхностного слоя на глубине 0,25 мм. Дефект первоначально располагался приблизительно в центре освещенной области. Затем образец перемещали от -5 мм до 5 мм через линейную ступень со скоростью 0,05 мм / с. Используя эти параметры, на рисунке 11a показаны данные сканирования после извлечения их из строки истощения. На этом этапе успех эксперимента м.......

Discussion

Представленный протокол описывает, как обнаружить искусственные подповерхностные дефекты, ориентированные перпендикулярно поверхности. Основная идея метода - создание интерферирующих тепловых волновых полей, взаимодействующих с дефектом подповерхностного слоя. Наиболее важными шагами являются (i) объединение SLM с диодным лазером для создания двух чередующихся мощных схем освещения на поверхности образца; Эти модели фототермически преобразуются в когерентные тепловые волновые поля, (ii) позволяют им разрушающе вмешивать.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Диодная лазерная система 500 Вт, 940 нм	Laserline	LDM 500 - 20	Пилотный лазер класса 2 @ 650  nm, диодный лазер - это лазерная система класса 4 --> требуется специальная лаборатория
Блок управления лазером	Laserline	Блок управления лазером LDM	Дополнение к лазерной системе, используется для электронного переключения, лазерного порога, затвора, лазера на 0 В. 5 В TTL
Блок управления сканером	Laserline		Дополнение к лазерной системе, используется для регулировки оптической выходной мощности по аналоговому сигналу от 0 В.
Крепление для волоконного лазера 10 В 2", f = 80 мм	Laserline		Дополнение к лазерной системе
Многофункциональное устройство сбора данных (DAQ) + BNC терминал	National Instruments	NI-USB 6251	Плата сбора данных используется для запуска ИК камеры,  DLP Light Commander 5500, управления лазером и диодом PDA стандарта 36A
- PC			Управление ПК - графическая карта на два экрана, не менее 4 x USB, кабель
BNC			Стандартный кабель
HDMI кабель			Стандартный кабель
Micro USB на USB кабель			Стандартный кабель
LabVIEW 2013 SP1 Система разработки	National Instruments		Среда разработки для управления устройствами
LPPT программное обеспечение	для управления BAM		входит в состав программного комплекса LPPT от LabVIEW 2013 SP1
Интенсивность LPPT   программное обеспечение	BAM		входит в состав программного комплекса LPPT от LabVIEW 2013 SP1
LPPT программное обеспечение	BAM		входит в состав программного комплекса LPPT от LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		Постобработка данных
измеренийПрограммное обеспечение для постобработки LPPT	BAM		Постобработка данных измерений
ПК для управления ИК-камерой	InfraTec		Control PC поставляется дистрибьютором камер
Программное обеспечение для управления ИК-камерами	InfraTec	Irbis 3 Professional
InfraTec SDK	InfraTec		Dynamic Link Library в качестве интерфейса между собственным форматом сбора данных Infratec и Matlab
ИК камера	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, охлаждаемый InSb детектор, длина волны 2  &микро;м.. 5.7 & микро; m, noise = 20  Аксессуары mK + (кабель LAN, кабель цифрового входа/выхода, пространственное кольцо, блок питания, чехол)
Штатив	Manfrotto	161MK2B
ИК крепление для камеры	Manfrotto	405
Комплект разработчика проектора (PDK) для технологии цифровой обработки света (DLP) (DLP Light Commander 5500)	Логика PD	DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 Цифровое микрозеркальное устройство от Texas Instruments в комплекте, световой модуль и корпус необходимо разобрать
Программное обеспечение для управления PDK	Логика PD		В комплекте при поставке программное обеспечение для управления DLP Light Commander
Механическая платформа для PDK	BAM		Самодельная (140 x 230 x 420) мм3
Блок управления измерителем мощности	Ophir	Vega	USB Интерфейс
Головка измерителя мощности 30 Вт	Ophir	30(150)A-LP1-18	Головка измерителя мощности для определения Передача проекторной системы
500 Вт Головка измерителя мощности	Ophir	FL500A	Измеритель мощности для контроля процессов
Контроллер движения	Newport	ESP301	с интерфейсом USB Столик
	трансляции Newport	M-ILS200CC	Подключен к ESP301
Фотодиод с усилителем	Thorlabs	PDA 36A-EC	Крепление 1"
Отражающий фильтр ND1	Thorlabs	ND10A	для установки на PDA 36A
Отверстие 1"	Thorlabs	P1000S	для установки на PDA 36A
Оптическая алюминиевая макетная плата	Thorlabs	MB60120/M(	1,200 мм x 900 мм) основание
Plano Convex Lens f = 200 мм	Thorlabs	LA1979-B	с покрытием для ИК, первый объектив телескопа
Plano Convex Lens f = 75 мм	Thorlabs	LA1145-B	с покрытием для ИК, второй объектив телескопа
xy-трансляционный столик	Newport	M401	Используется для регулировки телекопа
Beamsampler	Thorlabs	BSF20-B	Разделяет оптический выход, используемый для уменьшения оптического входа для проекторной системы
Зеркало	Thorlabs	BB2-E03	Зеркало для сопряжения луча с DLP Light Commander
Сверхмощный лабораторный домкрат	Thorlabs	L490	Используется для оптоволоконного крепления и на верхней части линейного столика для позиционирования образца (2x)
PDK-объектив	Nikon	Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D	Объектив для DLP Light Commander, 50 мм
Выпуклая линза Plano f = 100 мм	Объектив Thorlabs	LA1050 -B	крепится к объективу Nikon
Bi-Convex Lens f = 60  мм	Thorlabs	LB1723 -B	Объектив для установки на объектив Nikon с целью определения оптического пропускания с измерительной головкой мощностью 30 Вт
Квадратное защищенное золотое зеркало	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
Высокомощная карта ИК-датчика	Newport	F-IRC-HP-M	Сенсорная карта для проверки оптического пути
2" перекрестие перекрестия	BAM		Самодельный
1Перекрестие прицела	BAM		Самодельный
Уровень в яблочко	Thorlabs	LCL01
Столик	трансляции Newport	M-UMR8.25	Используется для измерения профиля луча
Микрометрический винт	Newport	DM17-25	Используется с трансляционным столиком M-UMR8.25
Монтируется нулевая апертура Iris	Thorlabs	ID75Z/M	используется для проверки оптического
дорожки Основания и держатели столбов Базовый комплект, метрические и универсальные компоненты	Thorlabs	ESK01/M	Базисные
столбы и Комплектация Основные компоненты, метрические и универсальные компоненты	Thorlabs	ESK03/M
M6 Колпачок Винт и метизы Комплект	Thorlabs	HW-KIT2/M
Строительные рельсы	Thorlabs	XE25L700/M
1" Строительный куб	Thorlabs	RM1G	Используется для монтажа строительных рельсов
Электроэрозионная обработка	Sodick	AG60L	www.sodick.de
Ст37 блок стальной<бр />(100 х 100 х 40) мм<суп>3	БАМ		самодельный, скрытый дефект с остаточной толщиной стенок 0,25&nбсп; мм, 0,5 мм, 0,70 мм, 1,25  мм (показано в Рисунок 5)
St37 блок из стали (100 x 100 x 40) мм	БАМ		самодельный, скрытый дефект с оставшимися толщинами стенок 1  мм, 1,5  мм, 1,75 мм, 2 мм (показано в Рисунок 5)
Графитовый баллончик	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, аэрозоль 200 мл (Kontakt-Chemie)
Защитная лента	Tesa	tesakrepp 4348	используется для защиты скрытых дефектов при нанесении покрытий