RU2590347C1 - Method of contactless one-way active thermal nondestructive inspection - Google Patents
Method of contactless one-way active thermal nondestructive inspection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590347C1 RU2590347C1 RU2015111927/28A RU2015111927A RU2590347C1 RU 2590347 C1 RU2590347 C1 RU 2590347C1 RU 2015111927/28 A RU2015111927/28 A RU 2015111927/28A RU 2015111927 A RU2015111927 A RU 2015111927A RU 2590347 C1 RU2590347 C1 RU 2590347C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- reference sample
- controlled
- thermal
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к бесконтактному одностороннему активному тепловому неразрушающему контролю структурных дефектов в твердых материалах. Заявляемый способ может быть использован для теплового неразрушающего контроля изделий в авиакосмической, машиностроительной и энергетической промышленности.The invention relates to non-contact one-sided active thermal non-destructive testing of structural defects in solid materials. The inventive method can be used for thermal non-destructive testing of products in the aerospace, engineering and energy industries.
Известен способ бесконтактного активного теплового неразрушающего контроля твердых материалов при нестационарном тепловом режиме. Сущность способа заключается в нагреве передней поверхности контролируемого образца источником оптического излучения и одновременной регистрации температурного поля поверхностей контролируемого образца с помощью тепловизора и системы зеркальных отражателей. Регистрируют распределение тепла от источника оптического излучения и контролируемого образца в виде инфракрасных изображений. После обработки инфракрасных изображений сравнивают энергетические балансы источника оптического излучения и контролируемого образца при заданном режиме нагрева с учетом распределения температуры по поверхности контролируемого образца. Определяют и контролируют свойства исследуемой системы и проводят оценку наличия дефектов, а также находят условия, необходимые для соответствующей функциональной принадлежности контролируемого образца в нужном технологическом процессе (Патент RU №2379668 от 20.01.2010).A known method of non-contact active thermal non-destructive testing of solid materials under non-stationary thermal conditions. The essence of the method consists in heating the front surface of the controlled sample with an optical radiation source and simultaneously recording the temperature field of the surfaces of the controlled sample using a thermal imager and a system of mirror reflectors. The heat distribution from the optical radiation source and the controlled sample is recorded in the form of infrared images. After processing infrared images, the energy balances of the optical radiation source and the controlled sample are compared for a given heating mode, taking into account the temperature distribution over the surface of the controlled sample. Determine and control the properties of the investigated system and assess the presence of defects, and also find the conditions necessary for the corresponding functional identity of the controlled sample in the desired process (Patent RU No. 2379668 from 01.20.2010).
Недостатками данного способа с точки зрения неразрушающего контроля скрытых дефектов являются: 1) необходимость использования процедуры двухстороннего неразрушающего контроля, в то время как в практике неразрушающих испытаний наиболее востребована односторонняя процедура; 2) отсутствие эталона дефектности, с которым целесообразно проводить сравнение текущих результатов; 3) отсутствие алгоритмов компьютерной обработки температурной информации, направленных на повышение отношения сигнал/шум.The disadvantages of this method from the point of view of non-destructive testing of hidden defects are: 1) the need to use the procedure of bilateral non-destructive testing, while in the practice of non-destructive testing, the one-way procedure is most in demand; 2) the absence of a defectiveness standard with which it is advisable to compare current results; 3) the lack of algorithms for computer processing of temperature information aimed at increasing the signal-to-noise ratio.
Известен способ бесконтактного активного теплового неразрушающего контроля материалов, включающий измерение температуры поверхности контролируемого образца тепловизором в направлении, не совпадающем с вектором теплового потока источника оптического излучения. Обработку результатов измерений проводят на стадии регулярного теплового режима путем расчета градиента логарифма интенсивности излучения в каждой точке поверхности контролируемого образца. Оценку наличия дефектов осуществляют по величине производной от градиента логарифма интенсивности излучения по времени (Патент RU №2235993 от 25.04.2003).A known method of non-contact active thermal non-destructive testing of materials, including measuring the surface temperature of a controlled sample with a thermal imager in a direction that does not coincide with the heat flux vector of the optical radiation source. Processing of the measurement results is carried out at the stage of regular thermal regime by calculating the gradient of the logarithm of the radiation intensity at each point on the surface of the controlled sample. Evaluation of the presence of defects is carried out according to the value of the derivative of the logarithm of the radiation intensity over time (Patent RU No. 2235993 of 04.25.2003).
Основным недостатком предложенного решения является ограниченность по типу контролируемых объектов, в частности невозможность применения данного способа при одностороннем доступе к контролируемому образцу, а также сложность методического обеспечения процедуры контроля.The main disadvantage of the proposed solution is the limited type of controlled objects, in particular the impossibility of using this method with unilateral access to a controlled sample, as well as the complexity of the methodological support of the control procedure.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ бесконтактного одностороннего активного теплового неразрушающего контроля, предназначенного для обнаружения дефектов в твердых материалах. Способ включает нагрев одной из поверхностей контролируемого образца в течение фиксированного времени источником оптического излучения и регистрацию нестационарного температурного поля этой поверхности в виде последовательности инфракрасных термограмм. После окончания нагрева источник оптического излучения перекрывают для устранения отраженного излучения. Обнаружение скрытых дефектов проводят путем анализа отношения двух термограмм, выбранных из зарегистрированной последовательности термограмм (Патент RU №2509300 от 12.11.2006).Closest to the claimed invention is a method of non-contact one-sided active thermal non-destructive testing, designed to detect defects in solid materials. The method includes heating one of the surfaces of a controlled sample for a fixed time by an optical radiation source and registering a non-stationary temperature field of this surface in the form of a sequence of infrared thermograms. After heating is completed, the optical radiation source is closed to eliminate reflected radiation. Detection of latent defects is carried out by analyzing the ratio of two thermograms selected from a registered sequence of thermograms (Patent RU No. 2509300 of 12.11.2006).
Основным недостатком представленного способа является необходимость выбора оператором или автоматическим устройством эталонной (бездефектной) точки на поверхности контролируемого образца, относительно которой определяют локальные температурные аномалии, после чего оценивают дефектность образца. Выбор такой точки затруднителен, поскольку перед испытаниями отсутствует априорная информация о дефектности контролируемого образца. Кроме того, на практике неравномерность нагрева поверхности контролируемого образца приводит к необходимости выбора нескольких эталонных точек, как правило, вблизи «подозрительных» зон. Выбор эталонной точки является субъективным и зависит от опыта оператора. В результате автоматизация процесса неразрушающего контроля затруднительна.The main disadvantage of the presented method is the need for the operator or automatic device to select a reference (defect-free) point on the surface of the controlled sample relative to which local temperature anomalies are determined, after which the defectiveness of the sample is evaluated. The choice of such a point is difficult, because prior to testing there is no a priori information about the defectiveness of the controlled sample. In addition, in practice, the uneven heating of the surface of the controlled sample leads to the need to select several reference points, usually near “suspicious” zones. The choice of a reference point is subjective and depends on the experience of the operator. As a result, automation of the non-destructive testing process is difficult.
Задача заявляемого изобретения - осуществление автоматизированного процесса неразрушающего контроля однотипных изделий и материалов.The task of the invention is the implementation of an automated process of non-destructive testing of the same type of products and materials.
Способ бесконтактного одностороннего активного теплового неразрушающего контроля, предназначенный для обнаружения структурных дефектов в твердых материалах, включает нагрев контролируемого образца источником оптического излучения и одновременную тепловизионную регистрацию последовательности инфракрасных термограмм, отражающих изменение температуры поверхности образца. Для автоматизации процесса неразрушающего контроля в фиксированной области зоны контроля дополнительно размещают эталонный образец. Материал эталонного образца идентичен материалу контролируемого образца, толщину эталонного образца выбирают близкой к толщине контролируемого образца, а поперечные размеры эталонного образца выбирают таким образом, чтобы размер цифрового инфракрасного изображения эталонного образца был не менее 3×3 пикселя. Последовательность инфракрасных термограмм, записанная в процессе неразрушающего контроля в память компьютера, обрабатывают методом корреляционного анализа, который включает определение коэффициента корреляции для последовательных моментов времени между температурной функцией образца в каждом текущем пикселе инфракрасных термограмм и температурной функцией эталонного образца.A non-contact one-way active non-destructive thermal non-destructive testing method for detecting structural defects in solid materials involves heating a controlled sample with an optical radiation source and simultaneous thermal imaging recording a sequence of infrared thermograms reflecting a change in the surface temperature of the sample. To automate the non-destructive testing process, a reference sample is additionally placed in a fixed area of the control zone. The material of the reference sample is identical to the material of the controlled sample, the thickness of the reference sample is chosen close to the thickness of the controlled sample, and the transverse dimensions of the reference sample are selected so that the size of the digital infrared image of the reference sample is at least 3 × 3 pixels. The sequence of infrared thermograms recorded in the process of non-destructive testing in the computer memory is processed by the method of correlation analysis, which includes determining the correlation coefficient for successive times between the temperature function of the sample in each current pixel of infrared thermograms and the temperature function of the reference sample.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где приведен вид устройства сверху.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a top view of the device.
На чертеже изображено устройство, позволяющее реализовать способ бесконтактного одностороннего активного теплового неразрушающего контроля для обнаружения структурных дефектов в твердых материалах. Устройство содержит источник оптического излучения 1 для нагрева контролируемого образца 2 и эталонного образца 3, изготовленного из материала, идентичного материалу контролируемого образца 2, с толщиной, близкой к толщине контролируемого образца 2, и поперечными размерами, достаточными для получения с помощью тепловизора 4 его инфракрасного изображения. Причем для надежного измерения температуры эталонного образца размер изображения эталонного образца должен быть не менее чем 3×3 пикселя. Тепловизор 4 регистрирует изменение температуры поверхности контролируемого образца 2 и эталонного образца 3. Источник оптического излучения 1 и тепловизор 4 подключены к компьютеру 5.The drawing shows a device that allows to implement the method of non-contact one-sided active thermal non-destructive testing to detect structural defects in solid materials. The device contains an
Способ работает следующим образом.The method works as follows.
Устанавливают контролируемый образец 2 и эталонный образец 3 в поле зрения тепловизора 4 и в зоне нагрева источником оптического излучения 1. Для автоматизации процесса контроля эталонный образец размещают в фиксированном месте для получения его инфракрасного изображения в одном и том же месте инфракрасных термограмм с целью автоматического считывания его температурной функции компьютерной программой. Материал и толщину эталонного образца выбирают идентичными (или близкими) к материалу и толщине контролируемого образца, причем контролируемые образцы являются однотипными, чем обеспечивается идентичность температурных функций контролируемого образца и эталонного образца.The controlled
Запускают компьютерную программу для задания параметров активного теплового неразрушающего контроля, позволяющую регистрировать и анализировать инфракрасные термограммы, осуществлять управление и синхронизацию работы тепловизора 4, источника оптического излучения 1 и компьютера 5.They launch a computer program for setting active thermal non-destructive testing parameters, which allows recording and analyzing infrared thermograms, controlling and synchronizing the operation of the
Включают последовательную запись заданного числа инфракрасных термограмм в течение заданного интервала времени с помощью тепловизора 4. Интервал записи термограмм в тепловизоре 4 в процедурах теплового неразрушающего контроля обычно составляет от 1/100 секунды до 1 секунды, а полное число записанных инфракрасных термограмм составляет от 10 до 1000. На данном этапе испытаний источник оптического излучения отключен и производится регистрация инфракрасных термограмм, отражающих начальное состояние объекта контроля. Для этой цели оператор задает так называемое время задержки между началом записи инфракрасных термограмм и включением источника нагрева.Sequential recording of a given number of infrared thermograms is activated for a given time interval using a
По истечении установленного времени задержки включают источник оптического излучения 1 и нагревают одновременно переднюю поверхность контролируемого образца 2 и эталонного образца 3. Тепловизор 4 продолжает осуществлять регистрацию температуры поверхности контролируемого образца 2 и эталонного образца 3 в процессе нагрева.After the set delay time, the
По истечении требуемого времени нагрева контролируемого образца 2 и эталонного образца 3 отключают источник оптического излучения 1. Тепловизор 4 продолжает осуществлять регистрацию температуры поверхности контролируемого образца 2 и эталонного образца 3 в процессе охлаждения. Таким образом, температуру поверхности контролируемого образца 2 и эталонного образца 3 измеряют перед началом их нагрева, в ходе нагрева и в процессе их последующего охлаждения.After the required heating time of the controlled
Последовательность инфракрасных термограмм сохраняют в памяти компьютера 5, после чего обрабатывают методом корреляционного анализа, включающим определение коэффициента корреляции для последовательных моментов времени между температурной функцией контролируемого образца 2 в каждом текущем пикселе инфракрасных термограмм и температурной функцией эталонного образца 3. Температурную функцию эталонного образца 3 регистрируют автоматически при фиксированном положении эталонного образца 3 в поле зрения тепловизора.The sequence of infrared thermograms is stored in
Результатом бесконтактного одностороннего активного теплового неразрушающего контроля является графическое отображение коэффициента корреляции для последовательных моментов времени между температурной функцией контролируемого образца 2 в каждом текущем пикселе инфракрасных термограмм и температурной функцией эталонного образца 3, причем наличие дефектов в контролируемом образце 2 определяют по отклонению значений коэффициента корреляции в отдельных зонах.The result of non-contact one-sided active thermal non-destructive testing is a graphical display of the correlation coefficient for successive times between the temperature function of the controlled
Использование метода корреляции для обнаружения структурных дефектов при бесконтактном активном тепловом неразрушающем контроле известно, однако в известном способе корреляцию осуществляют между текущим пикселем инфракрасного изображения и эталонным пикселем, который должен быть выбран оператором на поверхности контролируемого образца. Недостатком такого способа является необходимость выбора эталонной точки, что затруднительно в силу отсутствия априорных сведений о контролируемом образце. Особенностью использования эталонного образца при бесконтактной односторонней процедуре активного теплового неразрушающего контроля твердых материалов, что предложено в настоящем способе, является возможность определения коэффициента корреляции для последовательных моментов времени между температурной функцией контролируемого образца в каждом текущем пикселе инфракрасных термограмм и температурной функцией эталонного образца. Таким образом, нет необходимости выбирать эталонную точку на поверхности контролируемого образца, что позволяет автоматизировать процесс испытаний однотипных изделий.The use of the correlation method to detect structural defects in non-contact active thermal non-destructive testing is known, however, in the known method, correlation is performed between the current infrared image pixel and the reference pixel, which must be selected by the operator on the surface of the controlled sample. The disadvantage of this method is the need to choose a reference point, which is difficult due to the lack of a priori information about the controlled sample. A feature of using a reference sample in the non-contact one-sided procedure of active thermal non-destructive testing of solid materials, which is proposed in this method, is the ability to determine the correlation coefficient for successive times between the temperature function of the controlled sample in each current pixel of infrared thermograms and the temperature function of the reference sample. Thus, there is no need to choose a reference point on the surface of the controlled sample, which allows you to automate the testing process of similar products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015111927/28A RU2590347C1 (en) | 2015-04-01 | 2015-04-01 | Method of contactless one-way active thermal nondestructive inspection |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015111927/28A RU2590347C1 (en) | 2015-04-01 | 2015-04-01 | Method of contactless one-way active thermal nondestructive inspection |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2590347C1 true RU2590347C1 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015111927/28A RU2590347C1 (en) | 2015-04-01 | 2015-04-01 | Method of contactless one-way active thermal nondestructive inspection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2590347C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019177587A1 (en) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Detection of abnormal temperatures for thermal control during additive manufacturing |
RU2799896C1 (en) * | 2022-11-18 | 2023-07-13 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for identifying cristobalite in quartz glass products using thermal imaging control |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5631465A (en) * | 1996-02-29 | 1997-05-20 | Shepard; Steven M. | Method of interpreting thermographic data for non-destructive evaluation |
WO2001007902A1 (en) * | 1999-07-21 | 2001-02-01 | General Electric Company | Synthetic reference thermal imaging method |
US6516084B2 (en) * | 1999-12-02 | 2003-02-04 | Thermal Wave Imaging, Inc. | Temporal noise reduction, compression and analysis of thermographic image data sequences |
RU2235993C1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Method of active thermal nondestructive quality control of object |
RU2379668C1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Method of thermal nondestructive check of working body |
RU2509300C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for active single-sided thermal control of hidden defects in solid bodies |
-
2015
- 2015-04-01 RU RU2015111927/28A patent/RU2590347C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5631465A (en) * | 1996-02-29 | 1997-05-20 | Shepard; Steven M. | Method of interpreting thermographic data for non-destructive evaluation |
WO2001007902A1 (en) * | 1999-07-21 | 2001-02-01 | General Electric Company | Synthetic reference thermal imaging method |
US6516084B2 (en) * | 1999-12-02 | 2003-02-04 | Thermal Wave Imaging, Inc. | Temporal noise reduction, compression and analysis of thermographic image data sequences |
RU2235993C1 (en) * | 2003-04-25 | 2004-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Method of active thermal nondestructive quality control of object |
RU2379668C1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Method of thermal nondestructive check of working body |
RU2509300C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for active single-sided thermal control of hidden defects in solid bodies |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019177587A1 (en) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Detection of abnormal temperatures for thermal control during additive manufacturing |
RU2799896C1 (en) * | 2022-11-18 | 2023-07-13 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for identifying cristobalite in quartz glass products using thermal imaging control |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6301951B2 (en) | Sample inspection method and system using thermography | |
RU2549913C2 (en) | Thermographic method of control and monitoring device for implementing method | |
US7769201B2 (en) | Method for analyzing multi-layer materials from one-sided pulsed thermal imaging | |
JP2020527227A5 (en) | ||
Marani et al. | Deep learning for defect characterization in composite laminates inspected by step-heating thermography | |
Runnemalm et al. | Automatic inspection of spot welds by thermography | |
US20150260667A1 (en) | Method of detecting defects in an object based on active thermography and a system thereof | |
US20110249115A1 (en) | Apparatus for crack detection during heat and load testing | |
RU2379668C1 (en) | Method of thermal nondestructive check of working body | |
KR19980033317A (en) | Method and apparatus for detecting binding in an object | |
CN104145184A (en) | Method for examination of a sample by means of the heat flow thermography | |
RU2590347C1 (en) | Method of contactless one-way active thermal nondestructive inspection | |
JPH09152322A (en) | Method and device for surface quality inspection | |
RU2670186C1 (en) | Objects control thermographic method and device for its implementation | |
RU2509300C1 (en) | Method for active single-sided thermal control of hidden defects in solid bodies | |
JP2006170684A (en) | Method and device for inspecting press failure | |
Andrade et al. | Methodology for automatic process of the fired ceramic tile's internal defect using IR images and artificial neural network | |
Santospirito et al. | Detection of defects in laser powder deposition (LPD) components by pulsed laser transient thermography | |
RU2767888C1 (en) | Method for inspecting defect of heat-shielding coating of sample during tests for thermal cyclic resistance | |
RU2753620C1 (en) | Method for determining kinetic thermophysical properties of anisotropic composite materials | |
Vavilov et al. | Detecting corrosion in thick metals by applying active IR thermography | |
WO2021205041A1 (en) | A method and system for detecting and locating buried defects using three dimensional infrared thermography | |
Revel et al. | Defect detection in ceramic materials by quantitative infrared thermography | |
RU2568044C1 (en) | Electrothermal method for detecting and identifying defects in walls of structural members | |
Eitzinger et al. | Thermobot: towards semi-autonomous, thermographic detection of cracks |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180402 |