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

Bu yöntemin genel amacı, bir çelik numune yüzeyine dik yönelmiş yüzey altı kusurları tespit etmek için yapılandırılmış ısıtma ve yüksek çözünürlüklü termal görüntülemeyi tahribatsız ve temassız bir şekilde kullanmaktır. Bu yöntem, termal görüntüleme alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, bir kusurun tespit edilebilmesi için ne kadar küçük ve ne kadar derin olması gerektiği gibi.

Bu tekniğin temel avantajı, gözlem düzleminde yayılan termal dalga alanları oluşturabilmemizdir; bu da yaklaşımı dik yönelimli kusurlara karşı oldukça hassas kılar. Bu lazer projeksiyonlu fototermal termografi sistemi, bir laboratuvar tezgahı breadboard'u üzerine kurulmuştur. Bu sistem, bir deneyde kullanılmak için gerekli olan hazırlık adımlarının çoğundan geçmiştir.

Işın yolunun başında lazer kaynağı yer alır. Bu lazer fiberi, bir lazer fiberi tutucu tarafından desteklenmektedir. Ardından, bir teleskop, lazerin ışın çapını ışın hattının ilerleyen kısımları için uygun bir boyuta indirir.

Işın örnekleyicinin arkasında, lazerin tam güçte çalışmasına olanak sağlamak için 500 watt'lık bir güç ölçer başlığı ışın enerjisinin büyük kısmını soğurur. Işın, ışın örnekleyiciden bir ayna aracılığıyla bir projektör geliştirme kitine doğru ilerler. Bu kit, ışık motoru ve lensleri çıkarılmış, sökülmüş ticari bir projektördür.

Deney için, projektöre girecek şekilde ışını kollime edin. Projektörden geçen ışın, bilgisayar kontrollü bir translasyon tablasına monte edilmiş olan numuneye ulaşacaktır. Bu düzeneği tamamlamak için, projektör için 100 milimetre odak uzaklığında bir lens temin edin.

Lensleri, çevirme tablasının hemen öncesindeki projektör objektifine takın. Ardından, projektöre giriş ışık kaynağı olarak bir LED el feneri kullanın. Objektifin önüne beyaz bir kağıt yerleştirin ve kağıt üzerinde, görüntü düzleminin konumunu belirten net, aydınlatılmış bir dikdörtgen oluşana kadar kağıdı hareket ettirin.

Bu aşamada, deneyde kullanılmak üzere bir numune temin edin. Numuneyi, laboratuvar krikosu ile donatılmış lineer translasyon tablası üzerindeki ışın yoluna yerleştirin. Numunenin üst kısmı, yansıtılan dikdörtgenin üst kısmıyla aynı hizada olacak şekilde laboratuvar krikosu ile yükseltin.

Bir kusurun, görüntü düzlemindeki aydınlatılmış alan içerisinde olduğundan emin olun. Ardından, öncelikle bir destek üzerine altın ayna yerleştirerek kızılötesi fotoğraf çekimi için düzenleme yapın. Ayna, saçılan ışını kameraya yansıtacaktır.

Aynayı projektör yakınındaki bir direk tutucuya monte edin. Ayna, numunenin üst kenarını yansıtmalı ve numune yüzeyinin mümkün olduğunca fazlasını görecek şekilde açılanmalıdır. Aynadan yansıyan ışık, bir tripod üzerine monte edilmiş kızılötesi kameraya girecektir.

Altın aynayı aracılığıyla yansıtılan beyaz görüntüyü görebilmesi için, cihazı projektör objektifi yüksekliğine konumlandırın. Kamerayı bilgisayar tarafından kontrol edilecek şekilde ayarlayın ve ısınmasını bekleyin. Kamerayı kontrol yazılımına bağladıktan sonra, bir çelik cetvel temin edin.

Cetveli numunenin yüzeyinde tutun ve kamerayı manuel olarak üzerine odaklayın. Çelik cetvelle olan sıcaklık kontrastı, odaklamaya yardımcı olur. En net görüntüyü elde etmek için çalışın.

En kritik adımlardan biri, örnek yüzeyinde yeterli lateral çözünürlük sağlamaktır. Boşaltma hattının çözümlenmesi gerektiği için bu durum önemlidir. Lazer voltajını 10 volt olarak ayarlamak için lazer yazılımını kullanın ve lazeri başlatın.

Projektör ve kamera arasındaki ilişkiyi belirlemek için kamera yazılımını kullanın. Üstteki seçeneklerden Measure seçeneğini belirleyin. Measure alanları araç çubuğuna gidin ve cross tool seçeneğini seçin.

Lazer açıkken bir termal görüntü oluşacaktır. Görüntünün köşelerini, çerçeve üzerinde sol tıklayarak işaretlemek için aracı kullanın ve ardından koordinatları not edin. Kamera kontrol yazılımı deney için konfigüre edilmelidir.

Kamera paneline geçerek başlayın. Orada, uzaktan kontrol panelini açmak için Remote düğmesine tıklayın. Açılır menüden Process-IO seçeneğini seçin.

Ayrıca, Sync In seçeneğine ve Gate seçeneğine tıklayın. Ardından menüyü kapatın. Acquisitions parametreleri sekmesinden, Acquisition menüsünü açın.

Açılır menüden External Sync seçeneğini seçin. Klasör (Folder) alanına dosya ve klasör isimlerini girin. Ardından, Sayı (Count) alanına geçip önceden hesaplanmış kare sayısını girin ve Acquisition menüsünü kapatın.

Kayıt seçeneğini belirleyerek kamera veri toplama işlemini başlatın. Bu aşamada, deney kontrol yazılımına geçin. Hareket kontrolcüsünü etkinleştirmek için Etkinleştir'e tıklayın.

Ardından, taramaya kusuru dahil etmek için Başlangıç ve Bitiş Konumlarını milimetre cinsinden düzenleyin. Sonrasında, hızı saniyedeki milimetre cinsinden girin. Ölçüme Başla'ya tıklayın.

Alan Rengi Seçin (Choose Area Color) alanına sol tıklayın. Renk iletişim kutusundan, desen alanı için bir renk seçin. Çizim araç çubuğuna gidin ve dikdörtgen aracını seçin.

Görüntü alanına geçin ve daha önce belirlenen projektör piksel alanıyla uyumlu bir dikdörtgen oluşturmak için aracı kullanın. Ardından "define Area" (Alanı Tanımla) düğmesine tıklayarak devam edin. Açılan iletişim kutusu, projeksiyon desen özelliklerinin ayarlanmasına olanak tanır.

Sinyal Tipi (Signal Type) açılır menüsünden Sinüs Dalga (Sine Wave) seçeneğini belirleyin. Sinüs dalgasını tanımlamak için Faz Kayması (Phase Shift) alanını sıfır dereceye ayarlayın. Ayrıca, Frekans değerini hertz cinsinden ayarlayın.

Genliği maksimuma ayarlayın. Ardından, lazer voltajını volt cinsinden girmek için Voltaj alanına gidin. Periyot başına resim alanı kısmına, daha önce hesaplanmış olan değeri girin.

Sıradaki (Next) butonuna tıklayın. 180 derecelik faz kaymasına sahip, farklı renkte ikinci bir dikdörtgen oluşturmak için benzer adımları izleyin. Bu görüntü dizisini, bir ön izleme kaydırıcısı kullanarak ön izleyin.

Ardından, deneyi başlatmak için Start düğmesine basın. Translasyon katmanı, farklı bölgeleri yansıtılan salınımlı yapılandırılmış aydınlatmaya maruz bırakmak için örneği seçilen aralık boyunca yavaşça hareket ettirir. Bu deney için toplam geçiş süresi 200 saniyedir.

Numune hareket ederken, termal kızılötesi kamera 40 hertz hızında termal görüntüler alır. Bu termal görüntü dizisi, aydınlatma tarafından oluşturulan termal dalga alanlarına bir örnek sunar. Tüm kareler alındığında deneyi durdurun.

Gerekli son işlemeleri gerçekleştirmek için veri çerçevelerini son işlem yazılımına yükleyin. Veriler dönüştürüldükten sonra, daha önce belirlenen projeksiyon noktası koordinatlarını girin. Verileri projektör piksel alanına aktarmak için Dönüştür'e (Transform) tıklayın.

Sıcaklık bilgilerini çıkarmak için iki noktanın koordinatlarını girerek tükenme hattını tanımlayın. Deney sırasında örneğin başlangıç konumundaki hız parametrelerini girin. Ayrıca kızılötesi kameranın FrameRate değerini ve desenin sinüs dalgası Frequency değerini girin.

Son olarak, veri son işleme parametrelerinin doğru olduğundan emin olun. Hazır olduğunda, Evaluate'e tıklayın. Çatlak konumu, vurgulanan alanda gösterilir.

Bu veriler, yaklaşık 1/4 milimetre derinlikte bir kusuru bulunan test numunesinden toplanmıştır. Numune, saniyede 0,05 milimetre hızla kaydırılmıştır. Siyah eğri, üst yatay eksen boyunca yer alan zamanın bir fonksiyonu olarak sıcaklığı temsil etmektedir.

Zaman, alt eksen boyunca bir konuma da dönüştürülebilir. Düz kırmızı eğri, sıcaklıktaki salınımsız artışa göre yapılmış bir uyumdur. Kesikli kırmızı çizgi, kusurun konumunu belirtmektedir.

Ek işlem sonrası elde edilen aynı veriler burada sunulmuştur. Mavi eğri Hilbert eğrisidir ve kusur minimum düzeydedir. Bu veriler, tarama hızı 0,1 millimeters per second değerine iki katına çıkarıldıktan sonra toplanmıştır.

İlk ölçümle karşılaştırıldığında, uzama aynı kalırken osilasyon frekansı azalmıştır. Örneklemin, ölçümlere yansıyan yeni bir konuma taşındığına dikkat edin. Protokol, yüzeyin bir milimetre altındaki bir kusur için kullanıldığında, konumu hâlâ belirlenebilir ancak daha yüksek bir belirsizlikle tespit edilir. Bu grafiklerin her ikisi de 0.1 milimetre/saniye tarama hızıyla toplanan verileri kullanmaktadır.

Geliştirilmesinin ardından bu teknik, tahribatsız muayene alanındaki araştırmacıların yapılandırılmış aydınlatma kullanımını keşfetmelerinin yolunu açmıştır. Bu prosedürü takiben, diğer kusur türlerini tespit etmek amacıyla daha farklı ve karmaşık aydınlatma desenleri kullanılabilir. Şu ana kadar sadece çelik test edilmiş olsa da, uygulanan düşük termal stres nedeniyle yöntem; özellikle plastikler, kompozit malzemeler ve diğer çok hassas malzemeler için oldukça gelecek vadeden bir yaklaşımdır.

Mevcut deneysel düzeneğin darboğazı, uzaysal ışık modülatörünün termal stres sınırıdır. Bu nedenle, iki ila üç dakikadan fazla olmaması gereken ölçüm süresine dikkat etmemiz gerekmektedir. Şu ana kadar yalnızca iki integral ısı kaynağı oluşturulmuştur.

Ancak prensip olarak, bu düzenek kullanılarak bir milyon ısı kaynağına kadar üretilmesi ve kontrol edilmesi mümkündür; bu da keyfi normal dalga şekillendirme konusunda başka bir alan açmaktadır. Bu videoyu izledikten sonra, lazer projeksiyonlu fototermal termografi kullanarak yüzey altı kusurların nasıl tespit edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Sınıf dört yüksek güçlü bir kızılötesi lazerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve lazer koruma gözlüğü takmak gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.