CN105556293A - 用于热像无损评估系统的灯组合件 - Google Patents

Abstract

一种热像无损评估系统包括具有灯的灯组合件。灯配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝内腔的内表面发射能量脉冲。灯包括至少一个弯曲部分，至少一个弯曲部分相对于灯的纵轴弯曲，并且弯曲部分的第一曲率选择成基本上对应于内腔的第二曲率。

Description

用于热像无损评估系统的灯组合件

技术领域

本文所公开的主题涉及用于热像无损评估系统的灯组合件。

背景技术

红外(IR)瞬时热像是一种无损测试技术，其利用经过对象的热传递的时间测量来提供与对象的结构和完整性有关的信息。因为通过对象的热流基本上不受对象的材料的微结构和单晶取向影响，所以红外瞬时热像分析本质上没有限制，这对超声测量产生。与大多数超声技术形成对照，瞬时热像分析方式没有明显受到被测对象的尺寸、轮廓或形状妨碍，并且此外在测试大表面积的对象时，能够比大多数常规超声方法要快10至100倍来实现。

按常规，红外(IR)摄像机用来在加热之后记录和存储对象表面的连续热图像(帧)。各视频图像由固定数量的像素组成。在这个上下文中，像素是图像阵列或帧中的小图片元素，其对应于被成像对象的表面上的矩形区域、称作分辨单元。因为在各分辨单元的温度与对应像素的强度直接相关，所以在对象表面的各分辨单元的温度变化可根据像素对比度的变化来分析。瞬时热像的一种已知的当代应用是确定固体非金属合成物中的瑕疵的大小和相对位置(深度)。瞬时热像的另一种应用是用于确定金属对象的厚度。

某些瞬时热像系统在获取热图像之前或期间采用灯来加热目标对象。例如，灯可设置在空心对象、例如管道或导管的内腔中。IR摄像机可定位在空心对象外部，并且配置成在通过灯加热之后接收来自对象的热图像。然而，由于某些内腔的形状和/或大小，典型灯可能无法适合目标对象。相应地，这类对象可能不适合由瞬时热像系统来评估。

发明内容

在一个实施例中，一种热像无损评估系统包括具有灯的灯组合件。灯配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝内腔的内表面发射能量脉冲。灯包括至少一个弯曲部分，至少一个弯曲部分相对于灯的纵轴弯曲，并且弯曲部分的第一曲率选择成基本上对应于内腔的第二曲率。

在另一个实施例中，一种热像无损评估系统包括具有灯和自持电源的灯组合件。灯配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝内腔的内表面发射能量脉冲，以及自持电源配置成为灯提供充分电力以发射能量脉冲。

在另一实施例中，一种热像无损评估系统包括具有灯和安装组合件的灯组合件。灯配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝内腔的内表面发射能量脉冲，以及安装组合件配置成有选择地将灯耦合到目标对象。

附图说明

通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：

图1是热像无损评估系统的一实施例的框图；

图2是可在图1的热像无损评估系统中采用的灯组合件的一实施例的框图；

图3是具有定位在目标对象的内腔中的灯的灯组合件的一实施例的截面图；

图4是具有基本上u形灯的灯组合件的另一个实施例的截面图；以及

图5是具有带椭圆截面的灯的灯组合件的另一实施例的截面图。

具体实施方式

下面将描述一个或多个具体实施例。在提供这些实施例的简要描述的过程中，本说明书中可能没有描述实际实现的所有特征。应当理解，在任何这种实际实现的开发中，如同任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实现特定的判定以便实现开发人员的特定目标，例如符合系统相关和业务相关限制，这些限制可对每个实现而改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且费时的，但仍然是获益于本公开的技术人员进行的设计、制作和制造的日常事务。

在介绍本文所公开的各个实施例的元件时，限定词“一”、“一个”、“该”和“所述”预计表示存在元件的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”预计包含在内，并且表示可存在除了列示元件之外的附加元件。

本文所公开的实施例可通过具体将灯定位在目标对象的内腔中和/或具体将灯成形为匹配内腔的轮廓，来增强从热像无损评估系统的灯到目标对象的能量传递。在某些实施例中，热像无损评估系统包括灯组合件，其具有配置成定位在目标对象的内腔中并且朝内腔的内表面发射能量脉冲的灯。灯包括至少一个弯曲位置，至少一个弯曲位置相对于灯的纵轴弯曲，并且弯曲位置的第一曲率选择成基本上对应于内腔的第二曲率。通过基于内腔的形状选择灯形状，灯的外表面可定位成接近内腔的内表面，由此增强从灯到内表面的能量传递。在某些实施例中，灯的截面积和/或灯的截面形状至少部分基于内腔的内截面积和/或内截面形状来选择。基于内腔的内截面积/形状来选择灯的截面积/形状可进一步增强从灯到目标对象的能量传递。在其他实施例中，灯组合件包括安装组合件，其配置成有选择地将灯耦合到目标对象。在安装组合件与灯之间延伸的支承结构配置成相对于目标对象将灯定位在预期位置中。通过将灯定位在预期位置，来自灯的能量脉冲可有效地传递给被监测目标对象的一部分，由此增强热像无损评估系统的效率和/或精度。

图1是用于检测目标对象中的瑕疵的热像无损评估系统10的一实施例的框图。如以下详细论述，热像无损评估系统10包括灯组合件12，其具有配置成设置在目标对象16的内腔14中的灯。目标对象16可以是具有内腔的任何适当工业部件，例如燃烧室衬套、管套、导管、管道或者类似部件(例如用于燃气涡轮发动机系统或者用于飞机系统)。灯组合件12的灯(例如闪光灯、发光二极管组合件等)配置成朝内腔14的内表面20发射能量脉冲18(例如光脉冲、热脉冲等)。在某些实施例中，灯可朝内表面20快速施加多个高功率能量脉冲18。一旦能量脉冲18或者多个能量脉冲18施加到内表面20，热脉冲或者多个热脉冲经过目标对象16传播，并且作为热辐射22从外表面21辐射。

在所示实施例中，热像无损评估系统10包括记录系统或照相装置24，其配置成收集来自目标对象16的外表面21的热辐射22。热辐射22包括表示经过目标对象16的(一个或多个)热脉冲的传播和演化的数据。在某些实施例中，记录系统或照相装置24包括高速红外(IR)焦平面阵列照相装置，以用于监测温度和/或用于对目标对象16的热分布进行成像。在所示实施例中，灯组合件12的灯设置在目标对象16的内腔14中，以及记录系统/照相装置24定位在目标对象16外部。在这个配置中，由灯所发射的能量脉冲经过目标对象16传播，并且由记录系统/照相装置24来捕获。在某些实施例中，记录系统/照相装置24利用IR瞬时热像成像方法来接收和捕获热辐射22的图像，其表示经过目标对象16的热脉冲的传播。图像包括在沿目标对象16的外表面21的不同点的温度-时间响应(又称作T-t曲线)。

热像无损评估系统10还包括图像获取系统26，其在通信上耦合到记录系统/照相装置24和灯组合件12(例如经由有线和/或无线通信链路)。在某些实施例中，图像获取系统26可包含在记录系统/照相装置24中。热辐射22的获取可通过光学触发或者通过任何其他适当触发系统与灯的激活并发地发起。灯的激活由图像获取系统26中和/或灯组合件12中的电路来控制。在某些实施例中，灯激活通过视频帧获取软件(其可运行于例如飞行时间分析系统28中的计算机系统或处理器)来管理。

飞行时间分析系统28配置成从图像获取系统26来捕获图像数据。飞行时间分析系统28还配置成分析数据，并且确定在沿目标对象16的不同点的厚度值，由此促进目标对象中的瑕疵的检测。另外，飞行时间分析系统28归一化时间-温度响应中的温度可变性，同时处理图像的温度场的时间相关性。在某些实施例中，飞行时间分析系统28配置成使用在各像素的时间-温度响应的时间拐点来确定与目标对象16中的不同点对应的厚度和扩散率值。

在所示实施例中，热像无损评估系统10包括显示监视器30，其配置成接收来自飞行时间分析系统28的输出信号。显示监视器30配置成基于输出信号向用户呈现视觉数据。视觉数据可表示目标对象16中的厚度分布和/或所检测瑕疵。在某些实施例中，显示监视器30可连接到打印机或者另一个适当装置，以用于显示来自飞行时间分析系统28的输出。例如，热像无损评估系统10可检测因目标对象16中的气泡、脱层和/或其他瑕疵引起的阴影，并且在显示监视器30上显示这类瑕疵的位置的准确表示。在某些实施例中，显示监视器30呈现作为跨整个目标对象16的位置的函数的热扩散率的视觉表示，由此促进局部厚度的测量和瑕疵的检测。

图2是可在图1的热像无损评估系统10中采用的灯组合件12的一实施例的框图。在所示实施例中，灯组合件12包括两个灯32和自持电源34。如先前所述，每个灯32配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝内腔的内表面发射能量脉冲。例如，在某些实施例中，灯可包括至少一个闪光灯，其配置成发射光能和/或热能的脉冲。在备选实施例中，灯例如可包括一个或多个其他适当光能和/或热能发射器，例如发光二极管(LED)、荧光灯或白炽灯。在其他实施例中，灯可包括配置成发射红外辐射、紫外辐射、可见辐射、射频辐射和/或x射线辐射等电磁谱之内的辐射的脉冲的装置。

在某些实施例中，每个灯32设置在同一内腔中，并且配置成朝内腔的相应区域发射能量脉冲。在备选实施例中，第一灯可设置在第一内腔中，以及第二灯可设置在第二内腔中。例如，各内腔可以是单个目标对象的组件，以及灯可配置成朝目标对象的相应区域发射能量脉冲。备选地，各内腔可与独立目标对象关联。虽然所示灯组合件12包括两个灯32，但是应当理解，备选灯组合件12可包括更多或更少的灯32。例如，在某些实施例中，灯组合件12可包括1、2、3、4、5、6、7、8个或更多的灯32。

如所示，每个灯32在通信上耦合到自持电源34。自持电源34配置成为每个灯32提供充分电力以发射相应能量脉冲。在所示实施例中，自持电源34包括电路36和电池38。电池38可包括配置成为灯32提供电力的任何适当装置，例如可再充电电池或可更换电池。电路36配置成控制灯32的操作。例如，在某些实施例中，图像获取系统26配置成向自持电源34中的电路36发送信号(例如经由有线或无线连接)，其指示灯32激活。电路36又配置成在接收信号时将电力从电池38导向灯32，由此激活灯32。

在某些实施例中，自持电源34耦合到灯32，并且配置成定位在目标对象的内腔中。在这类实施例中，灯组合件12的各组件可设置在共同壳体中，由此形成统一组合件。在备选实施例中，自持电源34配置成定位成接近目标对象，并且电耦合到灯32。如先前所述，自持电源34配置成为灯32提供充分电力以发射相应能量脉冲。相应地，消除了灯与外部电源之间的电连接。因此，与在目标对象的内腔中安装灯关联的时长和成本可充分减少。

图3是具有定位在目标对象16的内腔14中的灯32的灯组合件12的一实施例的截面图。在某些实施例中，灯32具体配置成对应于内腔14中的大小和/或形状。例如，在所示实施例中，灯32包括弯曲部分40，其相对于灯32的纵轴41弯曲。弯曲部分40的第一曲率42(例如曲率半径、曲率方向等)选择成基本上对应于内腔14的第二曲率44，由此使灯32能够基本上匹配内腔14的轮廓。通过选择匹配内腔14的形状的灯形状，灯的外表面可定位成接近内腔14的内表面20，由此增强从灯到目标对象的能量传递。另外，所选灯形状可促进灯相对内腔的插入和移开。

虽然所示弯曲部分40形成基本上对应于内腔14的曲率44的简单曲线(例如一维曲线)，但是应当理解，灯32可包括形成基本上对应于复合弯曲内腔14的复合曲线(例如二维曲线)的弯曲部分。例如，在某些实施例中，灯32的弯曲部分40可相对于纵轴41沿多个方向弯曲。在其他实施例中，灯32可包括多个弯曲部分，其匹配具有多个弯曲区域的内腔的轮廓。作为举例，灯32可包括1、2、3、4、5、6、7、8个或更多弯曲部分，各形成简单或复合曲线。

在所示实施例中，灯组合件12包括安装组合件46，其配置成有选择地将灯32耦合到目标对象16。如所示，安装组合件46配置成有选择地耦合到目标对象16中的开口48。例如，在某些实施例中，内腔14的内表面20包括螺纹，其配置成与安装组合件46的对应螺纹进行接口。在这类实施例中，灯32可插入内腔14，并且支承灯32的安装组合件46可经由螺纹连接耦合到开口48。在备选实施例中，安装组合件46可夹持、粘接、压接或者以其他方式附连到开口48，以便将灯32耦合到目标对象16。在其他实施例中，安装组合件46可配置成有选择地耦合到目标对象的其他部分(例如内腔14的内表面20等)和/或定位成接近目标对象的结构(例如安装基座等)。

在所示实施例中，灯组合件12包括支承结构50，其在安装组合件46与灯32之间延伸。支承结构50配置成将灯32相对于目标对象16定位在预期位置中。例如，在某些实施例中，由热像无损评估系统10所监测的目标对象的部分可远离开口48。在这类实施例中，支承结构50可将灯32定位成接近目标对象的被监测部分，由此使灯32能够朝被监测部分发射能量脉冲。因此，可增强灯与目标对象的被监测部分之间的能量传递效率。虽然所示实施例包括支承结构50，但是应当理解，在备选实施例中，灯32可直接耦合到安装组合件46。

在所示实施例中，灯32的第一长度52基于内腔14的第二长度54来选择。例如，如所示，灯32的长度选择成使得灯延伸到目标对象16的第二端55，与开口48相对。在某些实施例中，灯的长度可选择成基本上对应于目标对象的被监测部分。例如，灯32可沿目标对象的被监测部分的长度发射能量脉冲，由此使热像无损评估系统能够检测目标对象的预期区域中的瑕疵。如将会理解，更长的灯32和/或更多的灯32可用于具有更长的被监测部分的目标对象，而更短的灯32或更少的灯32可用于具有更短的被监测部分的目标对象。虽然所示灯的第一长度52小于内腔14的第二长度54，但是应当理解，在备选实施例中，第一长度52可大于第二长度54。

图4是具有基本上u形灯32的灯组合件12的另一个实施例的截面图。如所示，灯32的形状基本上对应于内腔14的形状，由此使灯能够沿内腔14的长度来发射能量脉冲。另外，灯32的弯曲形状使灯能够相对目标对象插入和移开。在某些实施例中，内腔包括基本上圆形的截面。在这类实施例中，灯32可包括对应圆形截面，以便基本上匹配内腔截面的形状。

在某些实施例中，灯32的截面积可至少部分基于内腔14的内截面积来选择。例如，如果灯32和内腔14具有基本上圆形的截面，则灯32的直径56可基于内腔14的直径58来选择。灯的直径56可小于内腔14的直径58，以促进灯32的插入和移开。另外，灯32的直径56可选择成将灯32的外表面59定位成沿目标对象16的长度接近内腔14的内表面20。例如，灯32的直径56可选择成建立大于内腔14的截面积的50%、60%、70%、80%、90%或以上的截面积。作为举例，灯32的截面积可以是内腔14的截面积的大约50%至大约95%或者大约60%至大约90%、大约70%至大约80%。

将灯32的外表面59放置成沿目标对象16的长度接近内腔14的内表面20促进从灯32到目标对象16的能量传递，由此增强热像无损评估系统10的效率和/或增强自持电源(若采用的话)的电池寿命。此外，因为灯32成形为匹配内腔14的轮廓，所以灯32所发射的能量可沿内腔14的内表面20基本上均匀分布，由此增强热像无损评估系统10的精度。虽然所示灯32包括基本上圆形的截面形状，但是应当理解，灯32的截面形状可选择成基本上对应于内腔的内截面形状。例如，如果内腔的内截面形状为椭圆形或多边形，则灯的截面形状可以为椭圆形或多边形。

图5是具有带椭圆截面的灯32的灯组合件12的另一实施例的截面图。如先前所述，灯32的截面积可至少部分基于内腔14的内截面积来选择。例如，灯32的截面积可选择成使得灯32的外表面59定位成接近目标对象16的内表面20，由此增强从灯32到目标对象16的能量传递。在某些实施例中，灯32的截面形状60至少部分基于内腔14的内截面形状62来选择。例如，在所示实施例中，灯32的椭圆截面形状60选择成基本上对应于内腔14的椭圆截面形状62。相应地，由灯32所发射的能量可沿内腔14的内表面20基本上均匀分布。虽然灯32和内腔14的截面在所示实施例中是基本上椭圆形的，但是应当理解，在备选实施例中，灯32和/或内腔14可具有基本上圆形或者基本上多边形的截面形状等适当的形状。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在落入权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1.一种热像无损评估系统，包括：

灯组合件，具有配置成定位在目标对象的内腔中并且朝所述内腔的内表面发射能量脉冲的灯，其中所述灯包括至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分相对于所述灯的纵轴弯曲，并且所述弯曲部分的第一曲率选择成基本上对应于所述内腔的第二曲率。

2.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯是基本上u形的。

3.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯的截面积至少部分基于所述内腔的内截面积来选择。

4.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯的截面形状至少部分基于所述内腔的内截面形状来选择。

5.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯的第一长度至少部分基于所述内腔的第二长度来选择。

6.如权利要求5所述的热像无损评估系统，其中，所述第一长度小于所述第二长度。

7.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯组合件包括支承结构，所述支承结构配置成将所述灯相对于所述目标对象定位是预期位置。

8.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯组合件包括多个灯，并且每个灯配置成定位在所述目标对象的所述内腔中，并且朝所述内腔的所述内表面发射相应能量脉冲。

9.如权利要求1所述的热像无损评估系统，其中，所述灯组合件包括：

自持电源，配置成为所述灯提供充分电力以发射所述能量脉冲；以及

安装组合件，配置成有选择地将所述灯耦合到所述目标对象。

10.如权利要求1所述的热像无损评估系统，包括：

焦平面阵列照相装置，配置成捕获与因所述目标对象上的所述能量脉冲的冲击引起的热的演化对应的多个图像；以及

图像获取系统，用于捕获与来自所述焦平面阵列照相装置的所述多个图像对应的数据。

11.一种热像无损评估系统，包括：

灯组合件，具有灯和自持电源，其中所述灯配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝所述内腔的内表面发射能量脉冲，以及所述自持电源配置成为所述灯提供充分电力以发射所述能量脉冲。

12.如权利要求11所述的热像无损评估系统，其中，所述自持电源包括电池和配置成控制所述灯的操作的电路。

13.如权利要求11所述的热像无损评估系统，其中，所述灯组合件包括支承结构，所述支承结构配置成将所述灯相对于所述目标对象定位是预期位置。

14.如权利要求11所述的热像无损评估系统，包括配置成有选择地将所述灯耦合到所述目标对象的安装组合件。

15.如权利要求11所述的热像无损评估系统，其中，所述灯包括至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分相对于所述灯的纵轴弯曲，并且所述弯曲部分的第一曲率选择成基本上对应于所述内腔的第二曲率。

16.一种热像无损评估系统，包括：

灯组合件，具有灯和安装组合件，其中所述灯配置成定位在目标对象的内腔中，并且朝所述内腔的内表面发射能量脉冲，以及所述安装组合件配置成有选择地将所述灯耦合到所述目标对象。

17.如权利要求16所述的热像无损评估系统，其中，所述灯组合件包括在所述安装组合件与所述灯之间延伸的支承结构，并且所述支承结构配置成将所述灯相对于所述目标对象定位在预期位置中。

18.如权利要求16所述的热像无损评估系统，其中，所述安装组合件配置成有选择地耦合到所述目标对象中的开口。

19.如权利要求16所述的热像无损评估系统，其中，所述灯组合件包括自持电源，所述自持电源配置成为所述灯提供充分电力以发射所述能量脉冲。

20.如权利要求16所述的热像无损评估系统，其中，所述灯包括至少一个弯曲部分，所述至少一个弯曲部分相对于所述灯的纵轴弯曲，并且所述弯曲部分的第一曲率选择成基本上对应于所述内腔的第二曲率。