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HINTRGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Thermographie und insbesondere auf die Anwendung der Thermographie zum Erkennen von Defekten in Gegenständen, die aus Verbundwerkstoffmaterialien hergestellt sind.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Die Thermographie ist angewandt worden, um Defekte in Gegenständen zu lokalisieren, die aus Verbundwerkstoffmaterialien hergestellte Gegenstände umfassen. Verbundwerkstoffmaterialien enthalten sowohl Polymere als auch Keramik. Die Thermographie ist angewandt worden, um Defekte, die in Verbundwerkstoffen auftreten, anhand ihrer charakteristischen Zeit-Temperatur-Kontrasteigenschaften sichtbar zu machen, die mittels Infrarotthermographie erfasst werden. Die Thermographie ist zum Lokalisieren derjenigen Defekte, die den Wärmefluss verändern, aber nicht zum genauen Bestimmten, welche Arten von Defekten gefunden wurden, angewandt worden. Defekte in Verbundwerkstoffen umfassen typischerweise Porositäten und Ablösungen bzw. Delaminationen.
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Die Thermographie ist eine zerstörungsfreie Prüftechnik (NDE für Non-Destructive Evaluation), bei der einem Objekt Wärme zugeführt wird und eine sich ergebende Temperaturverteilung an einer Oberfläche des Objektes über die Zeit hinweg mit einer Infrarotkamera gemessen wird. Informationen über Defekte in dem Objekt werden aus der aufgezeichneten Infrarot-Zeitsequenz gewonnen. Die Bilder werden in Bildelemente oder Pixel digitalisiert, von denen jedes eine kleine Einheitsfläche an der Oberfläche des Objektes repräsentiert. Für jedes Pixel und in den Mustern von Pixeln wird ein Temperatur-Zeit-Signal verarbeitet und ausgewertet.
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Eine bekannte gegenwärtige Anwendung der transienten Thermographie, die die Fähigkeit zum Bestimmen der Größe und „relativen“ Lage (Tiefe) von Defekten in festen nichtmetallischen Verbundwerkstoffen bietet, ist in
US 5 711 603 von Ringermacher und anderen mit dem Titel „Nondestructive Testing: Transient Depth Thermography“ (Zerstörungsfreie Prüfung: Transiente Tiefenthermographie) offenbart und wird durch die Bezugnahme hierin aufgenommen. Das darin offenbarte Verfahren umfasst das Erwärmen der Oberfläche eines interessierenden Objektes und das Aufzeichnen der Temperaturänderungen von sehr kleinen Bereichen oder „Auflösungselementen“ an der Oberfläche des Objektes über der Zeit. Das Verfahren ermöglicht die Bestimmung einer Größe und eines Wertes, der für eine „relative“ Tiefe eines Defektes (d.h. bezogen auf andere Defekte in dem Objekt) kennzeichnend ist, auf der Grundlage einer sorgfältigen Analyse der Temperaturänderungen, die an den einzelnen Auflösungselementen oder Pixeln an der Oberfläche des Objektes auftreten.
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US 6 367 968 mit dem Titel „Thermal Resonance Imaging Method“ (Thermisches Resonanzbildgebungsverfahren) von Ringermacher und anderen offenbart ein transientes Infrarot (IR)-Thermographiesystem zum Erzeugen einer Sequenz von Einzelbildern, die von einer IR-empfindlichen Brennebenenarraykamera erfasst werden.
US 6 367 969 mit dem Titel „Synthetic Reference Thermal Imaging Method“ (Thermisches Bildgebungsverfahren mit synthetischer Referenz) von Ringermacher und anderen offenbart ein transientes Infrarot (IR)-Thermographiesystem zum Erzeugen einer Sequenz von Bildern, die von einer IR-empfindlichen Brennebenenarray- bzw. FPA (für Focal Plane Array)-Kamera erfasst werden. Jedes Bild ist aus einem Feld von Pixeln erstellt und weist eine zugeordnete Bildnummer auf, die der abgelaufenen Zeit entspricht. Aus den Stapeln der aufeinanderfolgenden Einzelbilder werden zu jedem einzelnen Pixel gehörende Temperaturdaten über der Zeit (T-t) entwickelt. Ebenfalls offenbart ist ein Verfahren zum Analysieren der Stapel von Bildern thermischer Daten, um die Dicke eines Objektes zu bestimmen und eine farbkodierte oder graustufenkodierte Aufzeichnung der Dicke zu erzeugen.
US 6 367 969 mit dem Titel „Synthetic Reference Thermal Imaging Method“ (Thermisches Bildgebungsverfahren mit synthetischer Referenz) von Ringermacher und anderen offenbart ein transientes Infrarot (IR)-Thermographiesystem, bei dem von einer IR-empfindlichen Brennebenenarraykamera eine Folge von Einzelbildern erfasst wird. Jedes der sequentiell erfassten Bilder ist aus einem Feld aus Pixeln aufgebaut und weist eine zugeordnete Bildnummer auf, die der abgelaufenen Zeit entspricht. Es wird ein Verfahren zum Analysieren von Bildern aus thermischen Bilddaten vorgestellt, bei dem eine synthetisch erzeugte Temperatur-Zeit-Referenzkurve verwendet wird, um Pixelkontrastdaten über der Zeit zu bestimmen.
US 6 367 968 und
US 6 367 969 gehören beide der General Electric Company, der Inhaberin dieser Patentanmeldung, und werden durch die Bezugnahme hierin einbezogen.
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Eine Oberfläche eines Objektes wird in einer ausreichend kurzen Zeit auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. In Abhängigkeit von der Dicke und den Materialeigenschaften des geprüften Objektes wird konventionell eine Quarzlampe oder eine Blitzlampe von hoher Intensität verwendet, um einen Wärmepuls geeigneter Stärke und Dauer zu erzeugen. Es können beliebige Mittel angewandt werden, die zum schnellen Erwärmen der Oberfläche auf eine Temperatur geeignet sind, die ausreicht, eine thermographische Überwachung zu ermöglichen, wie z.B. gepulstes Laserlicht. Sobald die Oberfläche des Objektes erwärmt worden ist, wird eine graphische Aufzeichnung der thermischen Änderungen an der Oberfläche erfasst und analysiert, während das' Objekt abkühlt.
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Eine Infrarot (IR)-Videokamera wird zum Aufzeichnen und Speichern aufeinander folgender thermischer Abbildungen (Bilder) einer Objektoberfläche nach dem Erwärmen derselben verwendet. Jedes Videobild ist aus einer festen Anzahl von Pixeln aufgebaut. In diesem Zusammenhang ist ein Pixel ein kleines Bildelement in einem Bildfeld oder Bild, das einem rechteckigen Bereich, der als ein „Auflösungselement“ bezeichnet wird, auf der Oberfläche des abgebildeten Objektes entspricht. Weil die Temperatur an jedem Auflösungselement direkt mit der Intensität des zugehörigen Pixels zusammenhängt, können Temperaturänderungen an den einzelnen Auflösungselementen an der Objektoberfläche in Gestalt von Änderungen des Pixelkontrastes analysiert werden. Die aufgezeichneten IR-Videobilder werden zum Bestimmen des Kontrastes der einzelnen Pixel in einem Bild durch Subtrahieren der mittleren Pixelintensität für ein bestimmtes Bild, das einen bekannten Zeitpunkt darstellt, von der individuellen Pixelintensität zu demselben Zeitpunkt verwendet.
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Einige Systeme und Verfahren, die diejenigen in den oben genannten Patenten umfassen, offenbaren, wie diese Daten zu verwenden sind, um die Tiefe von Defekten zu erkennen und zu bestimmen. Was sie nicht offenbaren ist, wie zu erkennen oder festzustellen ist, welche Art von Defekten gefunden worden ist, wie etwa Ablösungen oder Porositäten. Es ist wünschenswert, ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zu haben, um Defekte in Verbundwerkstoffgegenstände zu finden und zu erkennen, welche Art von Defekt gefunden wurde. Es ist insbesondere wünschenswert, ein zerstörungsfreies Prüfverfahren.zu haben, um Defekte zu finden und Porositäten und Ablösungen zu erkennen oder zwischen diesen zu unterscheiden.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Verfahren zum Erkennen der Arten von Defekten in einem Verbundwerkstoffobjekt enthält die folgenden Schritte: a) schnelles Erwärmen der Oberfläche des Objektes; b) Aufzeichnen von Pixelintensitäten in einer Folge von IR-Bildern, wobei die einzelnen Bilder nacheinander jeweils der Zeit entsprechen, die seit dem Erwärmen der Oberfläche in dem Schritt (a) vergangen ist; c) Bestimmen von Temperaturdaten über der Zeit für jedes der Pixel aus den IR-Bildern; und d) Bestimmen, welche Art von Defekt, falls einer vorhanden ist, zu den einzelnen Pixeln gehört, unter Verwendung der in dem Schritt (c) bestimmten Temperaturdaten über der Zeit.
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Aus den Temperaturdaten über der Zeit für jedes der Pixel kann eine Kontrastkurve bestimmt werden, die dazu verwendet wird, zu bestimmen, welche Art von Defekt, falls einer vorhanden ist, jedem einzelnen Pixel entspricht. Die Kontrastkurve kann abgeleitet werden durch das Bestimmen einer synthetischen Referenzkurve aus synthetischen thermischen Referenzdaten der Temperatur über der Zeit und durch Subtrahieren der synthetischen Referenzkurve von einer Temperatur-Zeit-Kurve, die aus den Temperaturdaten über der Zeit aus dem Schritt (c) ermittelt worden ist.
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Die Defekte können Ablösungen bzw. Delaminationen, die durch Kontrastkurven mit großen breiten Spitzen gekennzeichnet sind, ausgeprägte Schichten von Porosität, die durch Kontrastkurven mit führenden Spitzen gefolgt von flachen Tälern in den Kontrastkurven gekennzeichnet sind, ausgeprägte ausgedehnte Schichten von Porosität, die durch Kontrastkurven mit führenden Spitzen gefolgt von Plateaus in den Kontrastkurven gekennzeichnet sind, und gleichförmig verteilte Porosität enthalten, die durch eine Kontrastkurve gleichförmig verteilter Porosität gekennzeichnet ist, die gegenüber einer Kontrastkurve ohne Defekte im Wesentlichen verschoben ist. Die Kontrastkurve gleichmäßig verteilter Porosität und die Kontrastkurve ohne Defekt weisen jeweils eine Biegung auf.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens enthält weiterhin das Darstellen von Bereichen des Objektes, die zu Pixeln gehören, die durch die verschiedenen Arten von Defekten oder durch Defektfreiheit gekennzeichnet sind. Eine andere spezielle Ausführungsform des Verfahrens enthält weiterhin das Anzeigen der Bereiche des Objektes, die den Pixeln entsprechen, die durch die Arten von Defekten oder durch Defektfreiheit gekennzeichnet sind, in verschiedenen Farben.
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Figurenliste
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Die vorherigen Aspekte und weitere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert:
- 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein beispielhaftes transientes Infrarotthermographiesystem und ein Verfahren zum Bestimmen und Charakterisieren von Defekten in aus Verbundwerkstoffmaterialien hergestellten Gegenständen veranschaulicht.
- 2 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Bestimmen und Charakterisieren von Defekten darstellt, wie es von dem System aus 1 durchgeführt wird.
- 3 ist ein Graph einer beispielhaften Temperaturkurve über der Zeit für ein Pixel.
- 4 ist ein Graph einer beispielhaften Kontrastkurve für ein Pixel in einem Bereich, der keine Defekte aufweist, des Verbundwerkstoffgegenstandes.
- 5 ist ein Graph einer beispielhaften Kontrastkurve für ein Pixel in einem Bereich, der einen Ablösungsdefekt aufweist, des Verbundwerkstoffgegenstandes.
- 6 ist ein Graph einer beispielhaften Kontrastkurve für ein Pixel in einem Bereich, der ausgeprägte Schichten von Porositätsdefekten aufweist, des Verbundwerkstoffgegenstandes.
- 7 ist ein Graph einer beispielhaften Kontrastkurve für ein Pixel in einem Bereich, der eine ausgeprägte ausgedehnte Schicht von Porositätsdefekten aufweist, des Verbundwerkstoffgegenstandes.
- 8 ist ein Graph einer beispielhaften Kontrastkurve für ein Pixel in einem Bereich, der einen gleichförmig verteilten Porositätsdefekt aufweist, des Verbundwerkstoffgegenstandes.
- 9 ist eine Schwarz-Weiß-Darstellung eines Farbbildes, das unter Verwendung in 1 dargestellten Thermographiesystems und- verfahren erzeugt worden ist und ein Verbundwerkstoff-Gasturbinentriebwerksflammrohr darstellt, das Bereiche ohne Defekte, mit Porositätsdefekten und mit Ablösungsdefekten aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 ist ein transientes IR-Thermographiesystem 10 zum Erkennen und Charakterisieren von Defekten, z.B. Ablösungen und Porositäten, in einem Verbundwerkstoffobjekt 1, z.B. einem Verbundwerkstoff-Gasturbinentriebwerksflammrohr mit einer Verbundwerkstoffwand 2 einer Dicke 3 dargestellt. Eine Blitzlampen-Wärmepulsquelle 11 wird zum schnellen Erwärmen der Oberfläche des untersuchten Objektes verwendet. Eine geeignete Anordnung für die Blitzlampen-Wärmepulsquelle 11 wäre z.B. eine Gruppe von 4 oder 8 photographischen Blitzlampen hoher Geschwindigkeit und hoher Leistungsabgabe, von denen jede zu einer Abgabe von etwa 4,8 Kilojoule in der Lage ist und eine individuelle Energieversorgung aufweist (wie z.B. von Speedotron, Corporation in Chicage, Illinois, hergestellte Blitzlampen).
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Ein beispielhaftes transientes Infrarotthermographieverfahren zum Bestimmen und Charakterisieren von Defekten in Gegenständen, die aus Verbundwerkstoffmaterialien hergestellt sind, ist in den Blöcken eines in 2 dargestellten Flussdiagramms unter Verwendung des in 1 dargestellten Systems umrissen. In dem Block 20 des Flussdiagramms in 2 werden Messwerte der Oberflächentemperatur des durch Wärmepulse bestrahlten Objektes 1 erfasst, nachdem das Objekt erwärmt worden ist, wenn es beginnt abzukühlen. Die Messungen der Oberflächentemperatur werden unter Verwendung eines Infrarot (IR)-empfindlichen Bildgebungssystem vorgenommen, das eine IR-empfindliche Brennebenenarraykamera 13 (z.B. eine Phoenix-Kamera, die von FLIR Corporation erhältlich sein kann), Steuerelektronik 14, einen Bilddatenspeicher 15, einen Steuerungscomputer und Bildprozessor 16 und einen Anzeigemonitor 17 enthält. Die Erfassung der thermischen Daten wird gleich nach der Betätigung der Blitzlampen entweder durch eine optische Auslösung oder durch andere geeignete Mittel eingeleitet. Die Blitzlampenbetätigung wird durch konventionelle Blitzlampenelektronik 14 gesteuert, die durch konventionelle Videobilderfassungssoftware, die auf einem Systemcomputer läuft (wie er z.B. durch das Image Desk.TM.-Bilderfassungssystem von der FLIR Coroporation geliefert wird), oder andere konventionelle Bilderfassungs- und Blitzlampensteuersoftware gesteuert wird, wie sie z.B. von Thermal Wave Imaging Inc. in Lathrup Village, Michigan kommerziell erhältlich ist.
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Der Systemsteuerungscomputer und Bildprozessor 16 ist ein speziell programmierter digitaler Vielzweckcomputer, der zur Steuerung von Peripheriegeräten in der Lage ist und zusätzlich zu der digitalen Bildverarbeitung und -anzeige gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Kommunikationsfunktionen aufweist. Der Systemcomputer steuert die Kamera und die Lampenelektronik 14 und den Bilddatenspeicher 15, um eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden thermischen Bildern der Objektoberfläche zu erfassen, die zur späteren Analyse in dem Speicher 15 gespeichert werden.
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Vor dem Beginn des thermischen Bildgebungsvorgangs wird die IR-Kamera 13 zuerst unter Verwendung einer „Voll-feld“-Dualbild-Kalibrierungstechnik kalibriert, wie es nun beschrieben wird. Die bevorzugte Technik verwendet zwei Schwarzkörper (BB für Black Body)-Bildkalibrierungsreferenzen: Eine „kalte“ BB-Quelle unter Verwendung einer glanzlos schwarzen Platte bei Raumtemperatur und eine „heiße“ BB-Quelle unter Verwendung einer erwärmten, glanzlos schwarzen Platte. Zum Erfassen des Kalibrierungsbildes der „kalten“ BB-Quelle wird z.B. eine mit Russ beschichtete schwere Platte auf Kupferbasis direkt vor der Linse bzw. dem Objektiv angeordnet. Zum Erfassen des Kalibrierungsbildes der „heißen“ BB-Quelle wird das Objektiv in einer gleichermaßen glanzlos schwarz angestrichenen Kasteneinheit nach dem Erwärmen der glanzlos schwarzen Platte nominal auf etwa 10°C über die Umgebung angeordnet, sodass die Kamera die erwärmte Platte in ihrem vollen Feld abbildet. Die oben beschriebe Dualbild-Kalibrierungstechnik ist nur eine Art, während beliebige Kalibrierungstechniken angewandt werden könnten, die zum Erzeugen einer maximalen Gleichmäßigkeit des Bildfeldes führen, die für eine Bildgebung mit hohem Kontrast und zum Erzielen einer guten thermischen Genauigkeit wichtig ist.
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Unter Bezug auf 2: Das Flussdiagramm stellt beispielhafte Verfahrensschritte zum Durchführen einer transienten IR-Thermographie unter Verwendung thermischer Bildgebungstechniken mit synthetischer Referenz dar. Diese Schritte sind dargestellt, wie sie in einem Computer (1) unter Verwendung bekannter konventioneller Programmiertechniken implementiert sind. In dem Block 20 wird ein interessierender Bereich an dem Objekt 1 festgelegt (d.h., die IR-Kamera wird so fokussiert, dass sie den interessierenden Bereich erfasst), und der Systembediener wählt Informationen, die relevante Parameter zum Untersuchen des Objektes betreffen, wie z.B. einen thermischen Diffusitätskoeffizienten des Materials, aus oder gibt diese Informationen ein.
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Als nächstes weist der Systemsteuerungscomputer wie in dem Block 20 in 2 gezeigt die Blitzlampenelektronik an, die Blitzlampen betätigen und eine Bilddatenerfassung durch die Brennebenenarray-IR-Kamera 13 einzuleiten. Die Datenerfassung schreitet über eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Bildern fort, und danach wird die Bildsequenz wie in dem Block 21 gezeigt in dem Bildspeicher 15 gespeichert, nachdem jedes erfasste Bild mit einer fortlaufenden Bildnummer Z bezeichnet worden ist. Jedes während des Bildgebungsvorgangs erfasste Bild besteht aus N x N Pixeln. Jedes Pixel entspricht einem Auflösungselement an der Objektoberfläche, und N beträgt in Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung und Genauigkeit typischerweise entweder 128 oder 256. Jedes Pixel belegt in dem Speicher etwa 2 Byte und kann z.B. durch eine 12-Bit- oder größere Binärzahl wiedergegeben werden. Die gespeicherten Bilder sind fortlaufend mit ansteigenden Bildnummerwerten bezeichnet, die gemeinsam zur Erstellung einer zurückliegenden Aufzeichnung der Temperatur über der Zeit (T-t) dienen, wie sie in 3 für eine vordere Oberfläche des Objektes 1 für eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Einwirkung eines Wärmeimpulses, der durch Blitzlampen aufgebracht worden ist, dargestellt ist.
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Während der Untersuchung eines Verbundwerkstoffobjektes werden, nachdem der Steuerungscomputer die Betätigung der Blitzlampe(n) ausgelöst hat, die Bilder aus den Bilddaten von der Kamera
13 erfasst, und die IR-Intensität an jedem Auflösungselement auf dem Bild wird in dem Bilddatenspeicher
15 digital gespeichert oder kann in einem Bilddatenrekorder aufgezeichnet und gespeichert werden. Wie in dem Block
22 gezeigt bestimmt das hierin offenbarte beispielhafte Verfahren eine synthetische Referenzkurve (REFCURVE) aus synthetischen thermischen Referenzdaten der Temperatur über der Zeit (T-t).
US 6 367 968 offenbart ein Verfahren, das zum Bestimmen der synthetischen thermischen Referenzdaten T-t und der Referenzkurve (REFCURFE) geeignet ist. Das Bestimmen der synthetischen thermischen Referenzdaten T-t beinhaltet das Erkennen einer Zeit und einer Bildnummer der einleitenden IR-„Blitz“-Erwärmung und eines ersten ungesättigten Datenbildes. Eine „synthetische“ Halbraum-Referenzdatenkurve des thermischen Abklingens der Temperatur über der Zeit (T-t) wird in Abhängigkeit von einem ursprünglichen Oberflächentemperaturparameter und einer Blitzdauer, die bei der Bestimmung der synthetischen thermischen Referenzdaten T-t zu verwenden ist, erzeugt.
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Wie in den Blöcken 23 und 24 gezeigt schreitet die Datenerfassung für jedes Pixel,über eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Bildern fort, die zum Erfassen eines aussagekräftigen vergangenen Verlaufs τ-t (der Temperatur über der Zeit) über eine Dauer von wenigstens einer geschätzten „charakteristischen Zeitdauer“ für das Material des Objektes ausreichend sind. Eine Temperatur-Zeit-Kurve (T-t-Kurve) wird in Abhängigkeit von den Bildern bestimmt, die Intensitätsdaten über der Zeit, die aus der gemessenen IR-Intensität abgeleitet sind, für jedes einzelne Pixel wiedergeben. Die Gesamtzahl der erfassten Bilder kann in Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit und Bildauflösung variieren und kann 1200 Bilder Datenerfassung pro Sekunde betragen. Die Bilddaten können in einem Speicher abgelegt werden, oder ein Rekorder kann ein konventioneller digitaler Speicher intern in dem Prozessor 16 oder eine beliebige geeignete Videobildspeichereinrichtung sein, auf die der Prozessor 16 zugreifen kann. Jedem der aufeinander folgenden erfassten thermischen Bilder wird eine fortlaufende Bildnummer Z zugewiesen, die dem Verstreichen der Echtzeit entspricht. Der sich ergebende Datenbild-„Stapel“ wird danach unter Verwendung eines eindimensionalen Wärmeflussanalyseansatzes untersucht, wie es oben umrissen worden ist.
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Unter Verwendung von Intensitätsdaten über der Zeit und der synthetischen thermischen Referenzdaten T-t werden für jedes Pixel Kontrastdaten über der Zeit berechnet. Durch Subtrahieren der synthetischen Referenzkurve (REFCURVE) von der Temperatur-Zeit-Kurve (TTCURVE) werden Kontrastkurven C (siehe 4, 5 und 7) bestimmt, wie es in dem Block 25 bezeichnet ist. Wie in dem Block 26 gezeigt werden die Kontrastkurven C mathematisch geglättet, wie z.B. durch eine zeitliche Gaußfunktionsglättung.
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Die Erfassung der Oberflächentemperaturdaten wird durch das Betätigen der Blitzlampen zum Bestrahlen der Oberfläche des Objektes eingeleitet. Danach wird eine vorbestimmte Anzahl von Bildern über einen Zeitraum aufgezeichnet, nachdem die Blitzlampen betätigt worden sind, und die aufgezeichneten Bilder werden zur Erzeugung des Temperatur-Zeit (T-t)-Verlaufs für jeden Elementbereich oder jedes „Auflösungselement“ in dem interessierenden Bereich an der Objektoberfläche verwendet, wie es in dem Block 24 gezeigt ist. Jedes aufgezeichnete Bild enthält ein vorbestimmtes N x N-Feld von Bildpixeln, deren Intensität mit der Oberflächentemperatur des Objektes zu dem Zeitpunkt, an dem die Bilddaten erfasst wurden, zusammenhängt. Jedes Pixel weist eine Positionsbezeichnung innerhalb des Bildes auf, die zu einem bestimmten Auflösungselement gehört.
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Die Wärmeflussanalyse des T-t-Verlaufs für jedes Pixel in den erfassten Bildern wird auch zur Bestimmung der Dicke des Defektes am Ort jedes einzelnen Auflösungselementes verwendet. Wie in Block 25 gezeigt wird der aufgezeichnete Intensitätsverlauf über der Zeit von dem Pixel zum Berechnen von Kontrastdaten über der Zeit für das Pixel verwendet, wie es durch die in den 4-8 dargestellten beispielhaften Kontrastkurven C veranschaulicht ist. Ein beispielhafter Defekt ist durch die Größe und die Form der Spitze in der Kontrastkurve über einer charakteristischen Zeitdauer TC gekennzeichnet, wie es in dem Block 28 bezeichnet ist. Porositäten weisen eine charakteristische führende Spitze LP (für leading peak), klein oder groß, gefolgt von einem flachen Tal ST (für shallow trough), wie es in 6 dargestellt ist, oder ein Plateau PP, wie es in 7 dargestellt ist, und eine Tiefenkennzeichnung auf. Ablösungen weisen große breite Spitzen mit Tiefenkennzeichnungen wie ideale Ebenen auf. Porositäten können in diskreten Schichten oder in dickeren Zonen, die auch als eine gleichförmig verteilte Porosität bezeichnet werden, auftreten, die jeweils eine charakteristische Signatur aufweisen.
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Das hierin offenbarte beispielhafte Verfahren subtrahiert synthetische thermische Referenzdaten T-t von den aufgezeichneten Intensitätsdaten des Pixels über der Zeit, um Kontrastdaten über der Zeit zu berechnen, die als Kontrastkurven wiedergegeben werden, wie sie hierin dargestellt sind.
US 6 367 698 offenbart ein Verfahren, das zum Berechnen der synthetischen thermischen Referenzdaten T-t geeignet ist. Unter Verwendung der synthetischen thermischen Referenzdaten wird die Kontrastkurve über der Zeit oder Kontrastkurve für jedes einzelne Pixel bestimmt, das dem jeweiligen Auflösungselement der Objektoberfläche entspricht. Als nächstes wird eine zeitliche Gaußsche Glättung der Pixelkontrastkurvendaten vorgenommen, um den Rauschabstand der Messwerte zu verbessern. Eine Form S und eine Höhe H einer Spitze P der Kontrastkurve, wie sie in den
5 und
6 dargestellt ist, falls eine solche vorhanden ist, wird danach berechnet oder auf andere Weise bestimmt, um die Art des Defektes oder Fehlers derselben für das Pixel in den Daten zu erkennen oder zu charakterisieren. Die vielfältigen Defekte werden mit dem obigen Verfahren unterschieden und danach über den Positionen der Pixel des Objektes aufgezeichnet, wie es in dem Block
29 gezeigt ist.
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Die in 4 dargestellten Kontrastkurven C kennzeichnen einen defektfreien Bereich ohne Defekte, der Pixel für Pixel auf einem Defektunterscheidungsschirm 40 sichtbar aufgezeichnet und schwarz dargestellt ist, wie es in dem Block 30 gezeigt und in 9 dargestellt ist. Die in 5 dargestellte Kontrastkurve C zeigt einen Bereich der Ablösung. Die erste und zweite Porositätskontrastkurve C1 und C2, die in 6 dargestellt sind, zeigen zwei verschiedene ausgeprägte Schichten der Porosität. Die in 7 dargestellte Kontrastkurve C zeigt eine ausgeprägte ausgedehnte Schicht von Porosität, die durch die Kontrastkurve C gekennzeichnet ist, die eine charakteristische führende Spitze LP, klein oder groß, gefolgt von dem Plateau PP aufweist.
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In 8 ist eine defektfreie Kontrastkurve C1, die einen Bereich des Objektes ohne Defekte darstellt, verglichen mit einer Kontrastkurve C2 einer gleichförmig verteilten Porosität, die einen Bereich des Objektes mit einer gleichförmig verteilten Porosität zeigt, dargestellt. Beide Kontrastkurven C1 und C2 sind durch im Allgemeinen glatte Kurven mit Biegungen I über die charakteristische Zeitdauer TC gekennzeichnet. Pixel in den Bereichen der gleichförmig verteilten Porosität sind durch die Kontrastkurve C2 gleichförmig verteilter Porosität gekennzeichnet, die gegenüber der Kontrastkurve C1 ohne Defekt im Wesentlichen verschoben ist.
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Die Kontrastkurve für jedes einzelne Pixel wird mathematisch, empirisch oder halbempirisch, analysiert, um festzustellen, welchen Defekt sie wiedergibt, sofern ein Defekt vorhanden ist. In den hierin dargestellten beispielhaften Verfahren wird jeder Art von Defekt, die durch die obige Analyse erkannt wird, eine Farbe zugeordnet. Die Pixel werden gemäß einer Farbkodierung in einer sichtbaren Anzeige aufgezeichnet, wie etwa derjenigen auf einem Schirm des Anzeigemonitors 17 in 1. Für ein gegebenes Teil oder ein gegebenes Objekt werden das erste Objekt oder die ersten paar Objekte auf diese Weise untersucht, um verschiedene Arten von Kontrastkurven und deren jeweilige Defekte und charakteristische Zeitdauern TC zu ermitteln. Nach diesem Kalibrierungsschritt können anschließend die Produktionsteile sehr schnell unter Verwendung des Verfahrens und der sichtbaren Anzeige, wie sie oben beschrieben sind, untersucht werden.
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In 9 sind vier Ansichten des Objekts 1, des Verbundwerkstoff-Gasturbinentriebwerksflammrohres aus 1 dargestellt, wobei jede Ansicht einen Quadranten des Gehäuses bei 0, 90, 180 bzw. 270 Grad um das Gehäuse herum wiedergibt. Die hierin dargestellte Farbkodierung ist für normale oder als nicht defektbehaftet gekennzeichnete Bereiche grau, für Bereich mit Porosität weiß und für Bereich mit Ablösung schwarz. Auf dem Schirm werden für die einzelnen Farben auch die prozentualen Anteile an der Gesamtfläche des Gehäuses angezeigt. Die Ergebnisse der Analyse werden dadurch für einen Bediener oder Prüfer zugänglich, um sie zur zerstörungsfreien Prüfung des Objektes zu nutzen. Es könnten noch weitere Farben verwendet werden, um die Defekte klarer zu unterscheiden. Eine vorgeschlagene Farbkodierung enthält gelb für Schichten mit Porosität, rot für Ablösungen und schwarz für Defektfreiheit.
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Während hierin beschrieben ist, was als bevorzugte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, sollen weitere Abwandlungen der Erfindung für Fachleute anhand der Lehren hierin ersichtlich sein, und es ist demnach erwünscht, dass alle derartigen Abwandlungen durch die beigefügten Ansprüche geschützt sind, wenn sie unter den wahren Geist und Bereich der Erfindung fallen. Dementsprechend ist das, was durch ein Patent der Vereinigten Staaten geschützt werden soll, die Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert und abgegrenzt ist.
