Lazerle Projeksiyonlu Fototermal Termografi Kullanılarak Yapısal Isıtma Yöntemiyle Alt Yüzey Kusurlu Lokalizasyonu

Bu yöntemin genel amacı, bir çelik numune yüzeyine dik olarak yönlendirilmiş yüzey altı kusurlarını bulmak için tahribatsız ve temassız bir şekilde yapılandırılmış ısıtma ve yüksek çözünürlüklü termal görüntüleme kullanmaktır. Bu yöntem, termal görüntüleme alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, bir kusurun tespit edilebilmesi için ne kadar küçük ve ne kadar derin olabileceği.

Bu tekniğin temel avantajı, gözlem düzleminde yayılan termal dalga alanları üretebilmemizdir, bu da yaklaşımı dikey olarak yönlendirilmiş kusurlara karşı oldukça hassas hale getirir. Bu lazerle yansıtılan fototermal termografi sistemi, bir tezgah üstü devre tahtası üzerine yerleştirilmiştir. Bu sistem, bir deneyde kullanılmak için gerekli hazırlık adımlarının çoğundan geçmiştir.

Işın yolunun başında lazer kaynağı bulunur. Bu lazer fiberi, bir lazer fiber montajı ile desteklenir. Daha sonra, bir teleskop, lazerin ışın çapını, ışın çizgisinde daha sonra kullanılmak üzere uygun bir boyuta düşürür.

Işın örnekleyicinin arkasında, 500 watt'lık bir güç ölçer kafası, lazerin tam güçte çalışmasına izin vermek için ışın enerjisinin çoğunu emer. Işın örnekleyiciden ışın, bir ayna aracılığıyla bir projektör geliştirme kitine kadar devam eder. Bu, ışık motoru ve lensleri çıkarılmış, demonte edilmiş bir ticari projektördür.

Deney için, projektöre girmek için ışını kolimasyona tabi tutun. Işın, projektörden geçtikten sonra, bir bilgisayar kontrollü çeviri aşamasına monte edilecek olan örnekle karşılaşacaktır. Bu kurulumu tamamlamak için projektör için 100 milimetre odak uzaklığına sahip bir lens edinin.

Lensi, çeviri aşamasından hemen önce projektör objektifine takın. Ardından, projektöre giriş ışık kaynağı olarak bir LED el feneri kullanın. Objektifin önüne beyaz bir kağıt yerleştirin ve sayfa üzerinde görüntü düzleminin konumunu gösteren keskin, ışıklı bir dikdörtgen olana kadar hareket ettirin.

Bu noktada, deneyde kullanmak üzere bir örnek edinin. Numuneyi, bir laboratuvar jakı ile donatılmış doğrusal çeviri aşamasındaki ışın yoluna monte edin. Numuneyi laboratuvar jakıyla, üst kısmı yansıtılan dikdörtgenin üst kısmı ile aynı hizada olacak şekilde kaldırın.

Görüntü düzlemindeki aydınlatılan alanda bir kusur olduğundan emin olun. Ardından, önce bir direk üzerinde altın bir ayna alarak kızılötesi fotoğrafçılık yapmayı düzenleyin. Ayna, saçılan ışını kameraya yansıtacaktır.

Aynayı projektörün yanındaki bir direk tutucusuna monte edin. Numunenin üst kenarını yansıtmalı ve numune yüzeyinin mümkün olduğunca büyük bir kısmını görecek şekilde açılı olmalıdır. Aynadan yansıyan ışık, bir tripod üzerine monte edilmiş bir kızılötesi kameraya girecektir.

Yansıtılan beyaz görüntüyü altın ayna aracılığıyla görecek şekilde projektör objektifinin yüksekliğine yerleştirin. Kamerayı bilgisayar tarafından kontrol edilecek şekilde ayarlayın ve ısınmasına izin verin. Kamerayı kontrol yazılımına bağladıktan sonra çelik bir cetvel edinin.

Cetveli numunenin yüzeyinde tutun ve kamerayı manuel olarak üzerine odaklayın. Çelik cetvel ile sıcaklık kontrastı odaklanmaya yardımcı olur. En keskin görüntüyü elde etmek için çalışın.

En kritik adımlardan biri, numune yüzeyinde yeterli yanal çözünürlüğün elde edilmesidir. Bu önemlidir, çünkü tükenme çizgisinin çözülmesi gerekir. Lazer voltajını 10 volta ayarlamak ve lazeri başlatmak için lazer yazılımını kullanın.

Projektör ve kamera arasındaki ilişki için kamera yazılımıyla çalışın. Üst kısımdaki seçeneklerden Ölç'ü seçin. Ölçüm alanları araç çubuğuna gidin ve çapraz araç seçeneğini belirleyin.

Lazer açıkken termal bir görüntü olacaktır. Çerçeveye sol tıklayarak görüntünün köşelerini işaretlemek için aracı kullanın ve ardından koordinatları not edin. Deney için kamera kontrol yazılımı yapılandırılmalıdır.

Kamera paneline geçerek başlayın. Orada, uzaktan kumanda panelini açmak için Uzaktan düğmesine tıklayın. Açılır menüde Process-IO seçeneğini seçin.

Ayrıca, Sync In seçeneğine ve Kapı seçeneğine tıklamaya devam edin. Bundan sonra menüyü kapatın. Alımlar parametreleri sekmesinden, Alım menüsünü açın.

Açılır menüden Harici Senkronizasyon'u seçin. Klasör alanına dosya ve klasör adlarını girin. Ardından, Sayı alanına gidin ve önceden hesaplanan çerçeve sayısını girin ve Alım menüsünü kapatın.

Kaydet'i seçerek kamera verilerini toplamaya başlayın. Bu noktada, deney kontrol yazılımına geçin. Hareket denetleyicisini etkinleştirmek için Etkinleştir'e tıklayın.

Ardından, kusuru taramaya dahil etmek için Başlangıç ve Bitiş Konumlarını milimetre cinsinden düzenleyin. Bundan sonra hızı saniyede milimetre cinsinden girin. Ölçümü başlat'a tıklayın.

Alan Rengi Seç alanına sol tıklayın. Renk iletişim kutusunda, desen alanı için bir renk seçin. Çizim araç çubuğuna gidin ve dikdörtgen aracını seçin.

Görüntü alanına gidin ve daha önce bulunan projektör piksel alanıyla tutarlı bir dikdörtgen oluşturmak için aracı kullanın. Alan tanımla'ya tıklayarak devam edin. Diyalog kutusu, yansıtılan desen özelliklerinin ayarlanmasına izin verir.

Sinyal Türü açılır menüsünde Sinüs Dalgası'nı seçin. Sinüs dalgasını tanımlamak için, Faz Kayması alanını sıfır dereceye ayarlayın. Ek olarak, Frekansı hertz cinsinden ayarlayın.

Genliği maksimuma ayarlayın. Ardından, lazer voltajını volt birimlerinde girmek için Voltaj alanına gidin. Dönem başına resim sayısı alanına, daha önce hesaplanan bir değer girin.

İleri'ye tıklayın. 180 derecelik faz kaymasında farklı renkte ikinci bir dikdörtgen oluşturmak için benzer adımları izleyin. Önizleme kaydırıcısında kullanarak görüntü sırasını önizleyin.

Ardından deneyi başlatmak için Başlat'a basın. Çeviri aşaması, farklı bölgeleri öngörülen salınımlı yapılandırılmış aydınlatmaya maruz bırakmak için numuneyi seçilen aralık boyunca yavaşça hareket ettirir. Bu deney için toplam geçiş süresi 200 saniyedir.

Numune hareket ettikçe, termal kızılötesi kamera 40 hertz'de termal görüntüler elde eder. Bu dizi termal görüntüler, aydınlatma tarafından üretilen termal dalga alanlarının bir örneğini sağlar. Tüm kareler alındıktan sonra denemeyi durdurun.

Gerekli son işlemeyi gerçekleştirmek için, veri çerçevelerini son işleme yazılımına yükleyin. Veriler dönüştürüldükten sonra, daha önce bulunan projeksiyon noktası koordinatlarını ekleyin. Verileri projektör piksel alanına yerleştirmek için Dönüştür'e tıklayın.

Sıcaklık bilgilerini çıkarmak için, iki noktanın koordinatlarını girerek tükenme çizgisini tanımlayın. Deney sırasında numunenin başlangıç konumundaki hız parametrelerini girin. Ayrıca kızılötesi kameranın FrameRate ve desenin sinüs dalgası Frekansını girin.

Son olarak, veri işleme sonrası parametrelerinin doğru olduğundan emin olun. Hazır olduğunuzda Değerlendir'i tıklatın. Çatlak konumu vurgulanan alanda gösterilir.

Bu veriler, yaklaşık 1/4 milimetre derinlikte kusurlu bir test numunesinden toplanmıştır. Örnek, saniyede 0.05 milimetre hızla çevrildi. Siyah eğri, üst yatay eksen boyunca olan zamanın bir fonksiyonu olarak sıcaklığı temsil eder.

Zaman aynı zamanda alt eksen boyunca olan bir konuma da çevrilebilir. Düz kırmızı eğri, sıcaklıktaki salınımsız artışa uygundur. Kesikli kırmızı çizgi, kusurun konumunu gösterir.

İşte ek işlem sonrası sonra aynı veriler. Mavi eğri Hilbert eğrisidir ve kusur minimumdadır. Bu veriler, tarama hızı iki katına çıkarıldıktan sonra saniyede 0,1 milimetreye çıkarıldıktan sonra toplandı.

İlk ölçümle karşılaştırıldığında, uzama aynıdır ancak salınım frekansı azalır. Numunenin, ölçümlere yansıyan yeni bir konuma taşındığına dikkat edin: Protokol, yüzeyin bir milimetre altında bir kusurla kullanıldığında, konumu hala belirlenebilir, ancak daha büyük bir belirsizlikle. Bu grafiklerin her ikisi de saniyede 0,1 milimetre tarama hızıyla toplanan verileri kullanır.

Geliştirildikten sonra teknik, tahribatsız muayene alanındaki araştırmacıların yapılandırılmış aydınlatmanın kullanımını keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu prosedürü takiben, diğer kusur türlerini bulmak için diğer ve daha karmaşık aydınlatma modelleri kullanılabilir. Şimdiye kadar sadece çelik test edildi, ancak yöntem, uygulanan düşük termal stres nedeniyle özellikle plastik, bileşik malzemeler ve diğer çok hassas malzemeler için çok umut verici.

Mevcut deney düzeneğinin darboğazı, uzamsal ışık modülatörünün termal stres sınırıdır. Bu yüzden iki ila üç dakikadan fazla olmaması gereken ölçüm süresine dikkat etmeliyiz. Şimdiye kadar sadece iki entegre ısı kaynağı üretildi.

Ancak prensip olarak, bu kurulumu kullanarak bir milyona kadar ısı kaynağı üretmek ve kontrol etmek mümkündür, bu da başka bir keyfi normal dalga şekillendirme alanı açar. Bu videoyu izledikten sonra, lazerle yansıtılan, fototermal termografi kullanarak yeraltı kusurlarının nasıl bulunacağını iyi anlamış olmalısınız. Dördüncü sınıf yüksek güçlü kızılötesi lazerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve lazer koruma gözlüğü takmak gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.