Локализация дефектов при структурном нагреве с использованием лазерной прогнозируемой фототермической термографии

Общая цель этого метода заключается в использовании структурированного нагрева и тепловизионного изображения с высоким разрешением неразрушающим и бесконтактным способом для обнаружения подповерхностных дефектов, перпендикулярно ориентированных на поверхность стального образца. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области тепловизионной съемки. Например, насколько маленьким и глубоким может быть дефект, чтобы его можно было обнаружить.

Основное преимущество этой методики заключается в том, что мы можем генерировать поля тепловых волн, которые распространяются в плоскости наблюдения, что делает подход очень чувствительным к перпендикулярно ориентированным дефектам. Эта система фототермической термографии с лазерным проецированием расположена на макетной плате на столе. Эта система прошла большинство подготовительных этапов, необходимых для использования в эксперименте.

В начале пути луча находится источник лазера. Это лазерное волокно поддерживается креплением для лазерного волокна. Затем телескоп уменьшает диаметр луча лазера до соответствующего размера для более поздней линии луча.

За пробоотборником луча головка измерителя мощности мощностью 500 Вт поглощает большую часть энергии луча, позволяя лазеру работать на полную мощность. От пробоотборника луча луч передается через зеркало к комплекту для разработки проектора. Это разобранный коммерческий проектор со снятым световым модулем и объективами.

Для эксперимента коллимируйте луч, чтобы он вошел в проектор. Пройдя через проектор, луч столкнется с образцом, который будет смонтирован на сцене трансляции с компьютерным управлением. Чтобы завершить эту настройку, приобретите объектив с фокусным расстоянием 100 мм для проектора.

Прикрепите объектив к объективу проектора непосредственно перед этапом трансляции. Далее используйте светодиодный фонарик в качестве входного источника света для проектора. Поместите белый лист бумаги перед объективом и перемещайте его до тех пор, пока на листе не появится острый подсвеченный прямоугольник, указывающий положение плоскости изображения.

На этом этапе получите образец для использования в эксперименте. Установите образец в пути луча на столике линейного перемещения, оснащенном лабораторным домкратом. Поднимите образец с помощью лабораторного домкрата так, чтобы его верхняя часть находилась на одной линии с верхней частью проецируемого прямоугольника.

Убедитесь, что дефект находится в пределах освещенной области в плоскости изображения. Затем договоритесь об инфракрасной фотосъемке, сначала получив золотое зеркало на столбе. Зеркало будет отражать рассеянный луч на камеру.

Установите зеркало на держатель столба рядом с проектором. Он должен отражать верхний край образца и быть наклонен так, чтобы видеть как можно большую часть поверхности образца. Свет, отраженный от зеркала, будет попадать в инфракрасную камеру, которая установлена на штативе.

Расположите его на высоте объектива проектора так, чтобы он видел проецируемое белое изображение через золотое зеркало. Настройте камеру для управления с помощью компьютера и дайте ей прогреться. После подключения фотоаппарата к его управляющему программному обеспечению, приобретите стальную линейку.

Держите линейку у поверхности образца и вручную наводите на него камеру. Температурный контраст со стальной линейкой помогает фокусироваться. Работайте над достижением максимально четкого изображения.

Одним из наиболее важных этапов является достижение достаточного бокового разрешения на поверхности образца. Это важно, потому что линия истощения должна быть устранена. Используйте программное обеспечение для лазера, чтобы установить напряжение лазера на 10 вольт и запустить лазер.

Работа с программным обеспечением камеры для определения взаимосвязи между проектором и камерой. Выберите Измерить из вариантов вверху. Перейдите на панель инструментов Измерить площади и выберите опцию Инструмент «Крест».

Когда лазер включен, будет тепловизионное изображение. С помощью инструмента отметьте углы изображения, щелкнув левой кнопкой мыши по рамке, а затем запишите координаты. Программное обеспечение для управления камерой должно быть настроено для проведения эксперимента.

Начните с переключения на панель камеры. Там нажмите кнопку «Пульт дистанционного управления», чтобы открыть панель дистанционного управления. Там в выпадающем меню выберите опцию Process-IO.

Кроме того, перейдите к опциям «Синхронизировать в» и «Ворота». После этого закройте меню. На вкладке Параметры приобретений откройте меню Приобретение.

Выберите «Внешняя синхронизация» в раскрывающемся меню. Укажите имена файлов и папок в поле Папка. Затем перейдите в поле Количество, введите ранее рассчитанное количество кадров и закройте меню Сбор.

Начните сбор данных с камеры, выбрав «Запись». На этом этапе перейдем к программному обеспечению для управления экспериментом. Нажмите «Активировать», чтобы активировать контроллер движений.

Затем отредактируйте начальное и конечное положения в миллиметрах, чтобы включить дефект в скан. После этого введите скорость в миллиметрах в секунду. Нажмите на кнопку «Начать измерение».

Щелкните левой кнопкой мыши по полю «Выбрать цвет области». В диалоговом окне цвета выберите цвет для области узора. Перейдите на панель инструментов рисования и выберите инструмент «Прямоугольник».

Перейдите к области изображения и с помощью инструмента создайте прямоугольник, соответствующий ранее найденному пиксельному домену проектора. Продолжите, нажав кнопку "Определить площадь". Диалоговое окно позволяет задать свойства проецируемого шаблона.

В выпадающем меню «Тип сигнала» выберите «Синусоида». Чтобы определить синусоиду, установите поле Phase Shift на ноль градусов. Кроме того, установите частоту в герцах.

Установите Амплитуду на максимум. Далее перейдите в поле Voltage для ввода напряжения лазера в единицах вольт. В поле Снимки за период введите ранее рассчитанное значение.

Нажмите на кнопку «Далее». Выполните аналогичные действия, чтобы создать второй прямоугольник другого цвета со сдвигом по фазе 180 градусов. Просмотрите последовательность изображений с их помощью в слайдере предварительного просмотра.

Затем нажмите кнопку «Пуск», чтобы начать эксперимент. Этап трансляции медленно перемещает образец по выбранному диапазону, чтобы подвергнуть различные области проекционному осциллирующему структурированному освещению. Общее время прохождения этого эксперимента составляет 200 секунд.

По мере движения образца тепловизионная инфракрасная камера получает тепловые изображения с частотой 40 герц. Эта последовательность тепловых изображений дает пример тепловых волновых полей, генерируемых освещением. Остановите эксперимент, когда все кадры будут получены.

Чтобы выполнить необходимую постобработку, загрузите кадры данных в программное обеспечение для постобработки. После того, как данные будут преобразованы, вставим ранее найденные координаты точки проекции. Нажмите кнопку «Преобразовать», чтобы поместить данные в пиксельную область проектора.

Чтобы извлечь информацию о температуре, определите линию истощения, введя координаты для двух точек. Введите параметры скорости в начальную позицию образца во время эксперимента. Также введите частоту кадров инфракрасной камеры и частоту синусоидальной волны паттерна.

Наконец, убедитесь, что параметры постобработки данных верны. Когда все будет готово, нажмите кнопку Оценить. Положение трещины отображается в выделенном поле.

Эти данные были собраны из тестового образца с дефектом на глубине примерно 1/4 миллиметра. Образец транслировался со скоростью 0,05 миллиметра в секунду. Черная кривая представляет температуру в зависимости от времени, которое находится вдоль верхней горизонтальной оси.

Время также может быть переведено в положение, которое находится вдоль нижней оси. Сплошная красная кривая соответствует неколебательному повышению температуры. Пунктирная красная линия указывает на положение дефекта.

Вот те же данные после дополнительной постобработки. Синяя кривая — это кривая Гильберта, и дефект находится на минимуме. Эти данные были собраны после удвоения скорости сканирования до 0,1 миллиметра в секунду.

По сравнению с первым измерением, удлинение такое же, но частота колебаний уменьшается. Обратите внимание, что образец был перемещен в новое положение, что отражается в измерениях Когда протокол используется с дефектом, расположенным на один миллиметр ниже поверхности, его местоположение все еще может быть определено, но с большей погрешностью. Оба этих графика используют данные, собранные со скоростью сканирования 0,1 миллиметра в секунду.

После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области неразрушающего контроля к изучению использования структурированного освещения. После этой процедуры можно использовать другие, более сложные схемы освещения, чтобы найти другие типы дефектов. До сих пор тестировалась только сталь, но этот метод очень перспективен, особенно для пластика, сложных материалов и других очень чувствительных материалов из-за низкого теплового напряжения.

Узким местом текущей экспериментальной установки является предел термического напряжения пространственного модулятора света. Поэтому стоит обратить внимание на время измерения, которое должно быть не более двух-трех минут. До сих пор вырабатывались только два интегральных источника тепла.

Но в принципе, с помощью этой установки можно генерировать и управлять до одного миллиона источников тепла, что открывает еще одну область произвольного нормального формирования волн. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как локализовать подповерхностные дефекты с помощью фототермографии с лазерной проекцией. Не забывайте, что работа с мощным инфракрасным лазером четвертого класса может быть чрезвычайно опасной, и что всегда следует принимать меры предосторожности, такие как ношение защитных очков от лазера.