Способ тепловизионного контроля внутренних дефектов
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-поглощательных 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 регистрас^ии. Математическая обработка изображений заключается в фильтрации Фурье- ОбразОв относительных контрастов зарегистрированных тепловых полей. 1 ил. ,
(19) - (l1) СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАДИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
I (й)э G 01 N 25/72
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И (21) 4762166/25 (22) 27,11,89 (46) 15.62,92. Бюл, М 6 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института и Самарский филиал Физического. института им. П. Н. Лебедева (72} B. М. Сапцин и В. П. Вавилов (53) 620,179.13(088 8) (56) Патент США М 3378685, кл. 250-833, 1968.
Сапцин 8. M. Метод уменьшения влияния неоднородностей нагрева и излучательной способности поверхности объекта на чувствительность активного теплового контроля, Препринт ФИАН N. 88, M., 1988, r,.
14-16. (54) СПОСОБ ТЕПЛОВИЗИОННОГО. КОНТРОУ Я ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ (57) Изобретение относится к тепловому неИзобретение 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.вдва момента времени иформировании отношения указанных сигналов, в результате чего коэффициент излучения, входящий сомножителем в выходной сигнал, сокращается. Чувствительнооть теплового контроля повышается за счет частичного подавления помехи, поскольку сигнал от дефекта максимален в первый момент времени и близок к
ыудю во второй момент времени, разрушающему контролю и может быть использовано для обнаружения дефектов в многослойных и композиционных конструкциях. Цель изобретения — повышение достоверности контроля внутренних дефектов за счет подавления помех. обусловленных неравномерностью излучательно-поглощательных свойств изделий. Указанная цель достигается тем, что в сйособе, включающем нагрев изделия и регистрацию теплоsore излучения поверхности изделия в три момента: времени дополнительно нагрева-. ет.итзделие перед второй. и третьей регистрацией теплового поля до усЛовия равенства средних значений полей теплового излучения по кадру в моменты их регистрации. Математическая обработка иэображений заключается в фильтрации Фурьеобразов относительных контрастов зарегистрированных.тепловых полей. 1. ил., :Недостатком способа является невысокая чувствительность к внутренним дефек там из-эа неполного подавления сигналов от излучательно-поглощвтельных помех, О© обусьаовленных неоднородностями источни- О ка нагрева, Сохранение влияния излуча- M тельно-поглощательных свойств изделия и каяеетаа натреааталя на результаты талал- ф вого контроля обусловлено. 3 факторами: в . ° спас@бе измерение температуры проиэводят s 2 момента времени на стадии охлаждения иэделия: средние температуры изделия при этом могут существенно отличаться друг от друга (например, для теплозащиты температура после нагрева может составлять 109-150 С, а спустя 5-15 с 2540 С), гюскольку коэффициенты излученщщ
1712852 поглощения зависят от температуры, то при делении разновременных сигналов происходит неполное сокращение коэффициента излучения; действие способа основано на
-линейной связи сигнала фотоприемника и 5 регистрируемой температуры. что справедливо согласно закону Планка только в небольших температурных интервалах (до
1 ОС) и может приводить к дополнительной погрешности при указанных больших ин- 10 тервалах температурй аномалии распределения температурного поля на поверхности изделия, обусловленные неоднородностями нагрева, в силу трехмерного характера возникающих при этом тепловых процессов 15 с течением времени меняются не только по величине, но и по форме, поэтому полного подавления Обусловленных ими помех 8 этОм способе не происходит.
Наиболее близким техническим реше- 20 нием к предлагаемому является способ тепловизионного контроля внутренних дефектов, заключающийся в том, что триж:ды регистрируют тепловое поле с участка поверхности контролируемого изделия и су- 25 д»-1 о наличии внутренних дефектов после . фильтрации в Фурье-плоскости отношений зарегистрированных двумерных тепловых полей;
Недостатком указанного способа явля- 30 ется наличие неконтролируемой погрешности, обусловленной зависимостью излучательной способности поверхности изделия от температуры.
Цель изобретения — повышение досто- .35 верности контроля за счет подавления помех, обусловленных неравномерностью излучательио-поглощательных свойств изделий, Указанная цель достигается тем, что по- -40 сле нагрева объекта контроля в течение времени 4н1 и регистрации теплового излучения
0(г, 7t(r=(xy)) в момент времени r>,: производят первый дополнительный нагрев в течение времени 1 2 и регистрацию теплового 45 излучения 0(r,t2) в момент времени г2, а затем второй дополнительный нагрев в течение времениi a и регистрацию теплового излучения 0(P, ф в момент времени тз, причем времена нагрева x 2 и тнз выбирают 50 таким образом, чтобы средние значения полей теплового излучения U(r, ri) изделия по кадру в моменты времени tt, t2 и тз были равны друг другу. Математическая обработка результатов измерений включает форми- 55 рование функций 0«2,-U(r,х>)/0(«Õ2): Uia=
= U(r t>)/U(« Гз), 023=0(г 2}/0(» тЗ) усреднение по координатам функций 0и, Gu, 02з, формирование относительных контрастов А12=0и/012-1, А1з=01з/01з-1, А2з= 023/02з — 1, формирование пространственных Фурье-образов А 2, Ад, А2з функций
Au„An, А2з, фильтрацию полученных
Фурье-образов в соответствии с выражени -+ л л, 1 - ОЬ Р
g(V,, ) А,2Å
P(fл л л j A -4Яа У g -4& 2V2rt
-4а У б -4еа " н1э1 где ч=(мх„ Д вЂ” вектор пространственной частоты; ч =vx + vy, а — температуропровод2» 2 2 ность материала изделия, и выполнение обратного Фурье-преобразования функций р Иф, О наличии дефектов судят по двумерным пространственным изображениям р, ф являющимися термограммами, синтезированными из исходным тепловизионных изображений 0(» . г1), U(r, e). 0(r. з).
Сущность способа состоит в mac, что при использовании нового алгоритма обработки информации, потребовавшего введения новых операций контроля, происходит подавление помех, связанных с неоднородностями нагрева и излучательной способности поверхности объекта, в результате чего повышается достоверность контроля внутреннихх дефектов,.
На чертеже изображено устройство, реализующее способ.
Изделие 1 с дефектом 2 нагревается источником 3 нагрева по управляющей программе, задаваемой компьютером 4. в течение времен г, т а, т з. После теплового излучения объекта регистрируется тепловизором 5 и записывается во внешнее запоми- нающее устройство 6. Результатом эксперимента являются исходные термограммы изделия в моменты времени т1, т2, юз. Согласно предлагаемому алгоритму синтезируются две новые термограммы, соответствующие функциям р и ф
Эксперименты были выполнены на образце из текстолита 70х80 we толщиной 6 мм с модельными дефектами в виде глухих отверстий диаметром 3 и 5 мм. залетавших на глубине 3 мм от поверхности, со стороны которой проводился контроль. Нагрев осуществлялся галогенной лампой мощностью
1 КВТ, время первого нагрева составляло х 1-2 с, термограммы регистрировались в моменты времени A-6 с, тих=45 с, тз=170 с. первый и второй дополнительный нагревы ( хк23,5 с, тнз-2,5 с) производились сразу
1712852
Формула изобретения
Способ тепловизионного контроля внутренних дефектов, включающий нагрев участка поверхности изделия в течение времени r>1, регистрацию теплового излучения
U(r, тф U(r, a) и 0(г, тфповерхности изделия в мо- 35 менты в мених1, е, тз, где rex. у) - координаты поверхности иэделия, операцию обработки результатов измерений путем формирования двумерной пространственной функц 0(7 г1)/U{f, tg e«e U(r, rg)/U(r, 40 тз), являющейся синтезированной термограммой поверхности изделия, о т л и ч à юшийся тем. что, с целью повышения после окончания регистрации соответствующих термограмм. Неоднородности нагрева и излучательной способности поверхности обьекта, специально усиленные хаотически расположенными на повер- 5 хности образца пятнами сажи различнойформы и площади, достигали 30 . ожидаемый температурный контраст от дефекта с минимальными размерами не превышал по оценкам 5-10 . Измерения и обработка ре- 10 зультатов прцводились с помощью информаци6нно-измерительного комплекса на базе ЭВМ СЬИ, состыкованного с тепловизором "Радуга-МТ".
На синтезированной термограмме уда- 15 лось надежно установить наличие обоих де-. фектов. а также установить их положение и примерную величину.
Предлагаемый способ в ряде случаев позволяет не только более чем на порядок 20 уменьшить амплитуду излучательно-поглощательных и аналогичных им помех при активном тепловом контроле, и тем,самым повысить его достоверность и расширить область применения, но и отказаться от ис- 25 пользования специальных чернящих покрытий, что может дать значительный зкономический:эффект. достоверности контроля за счет подавления помех, обусловленных неравномерностью излучательно-поглощательных свойств изделий, после регистрации поля теплового излучения Ug z>) в момент времени ti производят нагрев иэделия в течение обремени
%а, после регистрации-поля теплового излучения U(rã + в момент времени г2 производят нагрев изделия в течение времени тнз, причем времена нагрева r и гз выбирают такими, чтобы средние значения полей теплового излучения О(г, @изделия по кадру в моменты временит, п и тз были равны друг другу, а математическая обработка результатов измерений включает усреднение функций 0р-0(г к 1/0(Ь2), Uu - U(r, х1)/0(г. гз), Uu-U(r, sg/U(r, тз) по координатам ба.
Ьз и 023, формирование о носительных контрастов Аа-Un/0и-1; А э=0 э/Un-1;
А2з-Uu/Озз-1, формирование пространственных Фурье-образов Аа, Kja и%з функций Мг. А1з и Ааз, фильтрацию полученных
Фурье-образов в соответствии с выражениями г- n 1,, - л яу2
4v,,, }=-д, е
f д„, д 2л (-4й У ñ -4 iy 1712852 б Составитель А.Труханов Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай Редактор И,Касарда.Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ! Заказ 532 Тираж Подписное ВНИИПИ, Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-Зб, Раушскаа наб., 4/5
