Способ тепловизионного контроля внутренних дефектов Советский патент 1992 года по МПК G01N25/72 

Изобретение относится к тепловому неразрушающему контролю и может быть использовано для обнаружения дефектов в многослойных и КОМПОЗИЦИОННЫХ конструкциях.

Известен способ активного теплового контроля, заключающийся в нагреве объекта контроля, регистрации теплового излучения в два момента времени иформировании отношения указанных ситадов, в результате чего коэффициент излучения, входящий сомножителем в выходной сигнал, сокращается. Чувствительность теплового контроля повышается за счет частичного подавления помехи, поскольку сигнал от дефекта максимален в первый момент времени и близок к 13УДЮ во второй момент времени.

Недостатком способа является невысокая чувствительность к внутренним дефектам из-за неполного подавления сигналов от излучательно-поглощательных помех, обусловленных неоднородносУями источника нагрева. Сохранение влияния излучательно-поглощательных СВОЙСТВ изделия и качества нагревателя на результата теплового контроля обусловлено 3 факторами: в способе измерение температуры производят в 2 момента времени на стадии охлаждения изделия: средние температуры изделия при этом могут существенно отличаться друг от друга (например, для теплозаи ты температура после нагрева может составлять 100-Т50 С, а спустя 5-15 с 2540 С), поскольку коэффициенты излучекиял

поглощений зависят от температуры, то при делении разновременных сигналов происходит неполное сокращение коэффициента излучения; действие способа основано на линейной связи сигнала фотоприемника и регистрируемой температуры, что справедливо согласно закону Планка только в небольших температурных интервалах (до ) и может приводить к дополнительной погрешности при указанных больших интервалах температуры; аномалии распределения температурного поля на поверхности изделия, обусловленные неоднородностями нагрева, в силу трехмерного характера возника(ОЩ14х при этом тепловых процессов с течением времени меняются не только по величине, но и пО форме, поэтому полного подавления обусловленных ими помех в этом способе не происходит.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ тепловизионного контроля внутренних дефектов, заключающийся в том, что трижды регистрируют тепловое поле с участка гтоверхности контролируемого изделия и судит о наличии внутренних дефектов после фильтрации а Фурье-плоскости отношений зарегистрированных двумерных тепловых полежи,.

Недостатком указанного способа яаля ется наличие неконтролируемой погрешности, обусловленной зависимостью излучательной способности поверхности и делия от температуры.

Цель изобретения - повышение достоверности кЬнтроля за счет подавления помех, обусловленных неравномерностью излучатеЛьно-поглощательных свойств изделий.

Указанная цель достигается tew, что после нагрева объекта контроля в течение времздиТн1 и регистрации теплового излучения U{r, ) в момент времени тм производят первый догюлнительный нагрев в течение времени Гн2 и регистрацию теплового Излучения и{г,Г2) в момент времени га, а затем второй дополнительный нагрев в течение времени Гиз и регистрацию теплового излучения U(i т s момент времени гз, причем времена нагрева Гн2 и Гнз выбирают таким образом, чтобы средние значения полей теплового излучения J(r, г) изделия по кадру в моменты времени rt, Г2 и гз были равны друг другу. Математическая обработка результатов измерений включает формирование функций (r,Ti}/U(f,r2): Ui3 - U{fC riJ/UCrlra), (r, Г2)/и(г тз), усреднение по координатам функций Oi2, Oi3. U23, формирование относительных контрастов Al2 Ut2/Ul2-1, Al3 Ul3/Ul3-1, А23 U23/CI23-1, фОрмиро8а 5ие дространственнь1х Фурье-образов AIZ. Ai3, Агз функций At2, Ai3, А23, фильтрацию полученных Фурье-образов в соответствии с выражени (V,t,.t.).-A,,e- «- .

:.,а.)-Ае,(е е- 1)-А,,(.)

где vy} - вектор пространственной

частоты;

vy а -температуропроводность материала изделия, и выполнение обратного Фурье-преобразования Функций И . О наличии дефектов

судят по двумерным пространственным изображениям j,, являющимися термограммами, синтезированными из исходных тепловизионных изображений U, ri), U(r; (f.T.

Сущность способа состоит в том, что при использовании нового алгоритма обработки информации, потребовавшего введеия новых операций контроля, происходит подавление помех, связанных с неоднородностями нагрева и излучательной способности поверхности . в результате чего повышается достоверность контроля внутренних дефектов.

На чертеже изображено устройство, реализующее способ

Изделие 1с дефектом 2 нагревается источником 3 нагрева по управляющей программе, задеваемой компьютером 4, в течение времен Гн1, Гн2,. После теплового

излучения объекта регистрируется тепловизОромВ и записывается во внешнее запоми- ° нающее устройство 6. Результатом эксперимента являются исходные термограммы изделия в моменты времени rt, 72,

гз. Согласно предлагаемому алгоритму еинтезиру1отся две новые термограммы, соответствующие функциям И.

Эксперименты были выполнены на образце из текстолита 70x80 мм толщиной б

мм с модельными дефектами в виДе глухих Отверстий диаметром 3 и 5 мм, залегавших на глубине 3 мм от поверхности, со стороны которой проводился контроль. Нагрев осуществлялся галогенной лампой мощностью

1 КВт, время первого нагрева составляло

с, термограммы регистрировались в

моменты времени с, с, с,

первыйивторой дополнительный нагревы (

,5 с, ,5 с) производились сразу

после окончания регистрации соответствующих термограмм. Неоднородности нагрева и излучательной способности поверхности объекта, специально усиленные хаотически расположенными на поверхности образца пятнами сажи различной формы и площади, достигали 30%, ожидаемый температурный контраст от дефекта с минимальными размерами не превышал по оценкам5-10%. Измерения и обработка результатов проводились с помощью информационно-измерительного комплекса на базе ЭВМ СМ-4, состыкованного с тепловизором Радуга-МТ.

На синтезированной термограмме удалось надежно установить наличие обоих дефектов, а также установить их положение и примерную величину.

Предлагаемый способ в ряде случаев позволяет не только более чем на порядок уменьшить амплитуду излучатёльно-поглощательных и аналогичных им помех при активном тепловом контроле, и тем самым повысить его достоверность и расширить область применения, но и отказаться от использования специальных чернящих покрытий, что может дать значительный экономический эффект.

Ф ор мул а и зоб р ете н и я

Способ тепловизионного контроля внутренних дефектов, включающий нагрев участка поверхности изделия в течение времени Гн1, регистрацию теплового излучения и (rTrtJi.UrTa) и поверхности изделия в МОменты времени Tt, , гз, где , у} - координаты поверхности изделия, операцию обработки результатов измерений путем формирования двумерной пространственной функции и( TiVUt, га) или и(г, ri)/U(r гз) являющейся синтезированной термограммой поверхности изделия, отличающийся тем. что, с целью повышения

достоверности контроля за счет подавления помех, обусловленных неравномерностью излучательно-поглощательных свойств изделий, после регистрации поля теплового излучения и( rt) в момент времени ri производят нагрев изделия в течение времени 7н2. после регистрации поля теплового излу4eHtM U(f; в момент времени TZ производят нагрев изделия в течение времени Гнз п(Н4чем времена нагрева Ти2 и Гнз выбирают такими, чтобы средние значения полей теплового излучения (Дг, Г{ Гизделия по кадру в моменты времэниг), z и тз были равны друг другу, а математическая обработка результатов измерений включает усреднение функций (rij/U(Tjz), Ui3 и(л Ti) 73), U23H){r, (г. Гз) по координатам 1Т«. Oi3 и U23, формирование относительных контрастов Aw«Ui2/Ui2-1: Ai3 Ui3/Ui3-1; Дзз Оаз/Оаз-1, формирсиание пространственных Фурье-образов Aia, t3 и з функций Ai2, Ai3 и А23, фильтрацию полученных Фурье-образов в соответствии с выражени (v,S a}-A,,, ;

/ .

.V(we..g,).A(.. . -A {e-«v4 e-4-faV,j/

где , Vy} - векторы пространственной частоты,

а температуропроводность материала изделия:

выполнение обратногр Фурье-преобразования функций , при этом о наличии дефектов суд1ят по двумерным пространственным изображениям , являющимся итоговыми термограммами, синтезированными из исходных термограмм U(r ri), и(гГ Г2),и().

у

,

X

У71Л

6

Алгоритм

Изобретение относится к'тепловому неразрушающему контролю и может быть использовано дл^я обнаружения дефектов в Многослойных и композиционных конструкциях. Цель изобретения - повышение достоверности Контроля внутренних дефектов за счет подавления помех, обусловленных неравномерностью излучательно-поглоща- тельных свойств изделий. Указанная цель достигается тем, что в'спосббе, включающем нагрев изделия и регистрацию теплового излучения поверхности изделия в три момента в0емени^ дополнительно нагрева^ ют изделие перед второй и третьей регистрацией тепловогр^^ поля до ус>&1одия равенства средних значений полей теплового излучения по кадру в моменты их регис- трас^ии. Математическая обработка изображений заключается в фильтрации Фурье- ОбразОв относительных контрастов зарегистрированных тепловых полей. 1 ил. ,