DE112011101562T5

DE112011101562T5 - Erfassen von Wärmekapazitätsänderungen aufgrund von Oberflächen-inkonsistenzen unter Verwendung von Spektralbereichen hoher Absorption im mittleren IR

Info

Publication number: DE112011101562T5
Application number: DE112011101562T
Authority: DE
Inventors: Michael L. Myrick; Megan B. Pearl; Heather Brooke; Stephen L. Morgan; Jessica N. McCutcheon
Original assignee: University of South Carolina
Current assignee: University of South Carolina
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2013-02-07
Also published as: WO2011140199A1; DE112011101565T5; CA2798312A1; GB201219861D0; CA2798255A1; GB2492721B; US20130140463A1; GB2492721A; WO2011140195A1; GB2492722A; GB2492722B; GB201219865D0

Abstract

Verfahren und Systeme zum Erfassen des Vorhandenseins einer Inkonsistenz in oder auf einer Oberfläche werden generell bereitgestellt. Das Verfahren kann das Richten eines modulierten Lichtstrahls (z. B. mit einer Wellenlänge von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm) aus einer Lichtquelle auf einen Spiegel enthalten. Der Spiegel richtet dann einen reflektierten Lichtstrahl auf die Oberfläche (z. B. direkt auf die Oberfläche oder indirekt auf die Oberfläche über (einen) zusätzliche(n) Spiegel). Der Spiegel wird gesteuert, den reflektierten Lichtstrahl über die Oberfläche abzutasten. Eine Spiegelreflexion von der Oberfläche kann dann in jedem Lichtzyklus erfasst werden, und das Vorhandensein der Inkonsistenz auf der Oberfläche kann erfasst werden.

Description

Bestimmung zur staatlichen Unterstützung
Diese Erfindung wurde mit staatlicher Unterstützung unter 2007-DN-BX-K199 entwickelt, gewährt durch das Nationale Justizinstitut/Justizministerium. Daher besitzt die US-Regierung gewisse Rechte an der Erfindung.
Prioritätsinformationen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioritätsrechte der vorläufigen US-Patentanmeldung, Ser.-Nr. 61/343,799, eingereicht am 4. Mai 2010 unter dem Titel „Erfassen von Wärmekapazitätsänderungen aufgrund von Oberflächeninkonsistenzen unter Verwendung von Spektralbereichen hoher Absorption im mittleren IR” von Myrick et al. und der vorläufigen US-Patentanmeldung, Ser.-Nr. 61/343,798, eingereicht am 4. Mai 2010 unter dem Titel „Erfassen von Oberflächenflecken unter Verwendung von Spektralbereichen hoher Absorption im mittleren IR” von Myrick et al., die beide hier durch Verweis aufgenommen sind.
Hintergrund
Die kriminaltechnische Analyse umfasst auch die Beobachtung und Identifizierung eines Objekts, das teilweise oder in seiner Gesamtheit auf irgendeiner Art von Trägerfläche vorliegen kann. Ihre Ausführung mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Unterscheidung von möglichen Veränderungen der Probe ist wesentlich. Beispiele kriminaltechnischer Proben umfassen Fingerabdrücke, Schussrückstände, fragwürdige Dokumente, Kondom-Gleitmittel, mehrlagige Lacksplitter, Fasern, Tintenproben und Dünnschicht-Chromatographieplatten, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Qualität einer kriminaltechnischen Analyse ist ausschlaggebend dabei, die Zuordnung von Beweismitteln so eindeutig wie möglich zu machen und dabei zwingende Identifikationen und Zuordnungen zu liefern. In vielen Fällen, wie etwa bei Fingerabdrücken, weist diese Identifikation weithin akzeptierte Anforderungen auf, während bei anderen, wie etwa beim Bestimmen und Vergleichen von Fasern, die Eindeutigkeit der Ergebnisse bestritten werden kann. Sogar die äußerst eindeutige und definitive Identifikation biologischer Beweismittel auf Grundlage genetischer Informationen wurde erfolgreich in Frage gestellt und als zwingender Beweis verworfen. Minimieren der subjektiven Komponenten oder Merkmale einer kriminaltechnischen Analyse zum Erstellen zwingender Identifikationen und Zuordnungen wird daher zu einem ausschlaggebenden Aspekt der gesamten kriminaltechnischen Analyse. Die schnelle und kostengünstige Ausführung ist ebenso wichtig.
Fortschritte der Wissenschaft und Technologie ermöglichten viele neue Ansätze bei der Analyse von Proben und brachten dadurch die kriminaltechnische Wissenschaft in eine Ära, die weit über die klassische Vorstellung von einem Detektiv hinausgeht, der durch ein Vergrößerungsglas nach kleinen Beweisspuren sucht. Es existieren zahlreiche Techniken, die detaillierte chemische und elementare Identifikation ermöglichen. Dazu gehören vor allem analytische chemische Verfahren, wie etwa Massenspektroskopie, Röntgenanalyse, Rasterelektronenmikroskopie und Chromatographie, die heutzutage verbreitet zum Bestimmen von gasförmigen, flüssigen und festen Materialien benutzt werden. Viele dieser Verfahren sind äußerst empfindlich und erfordern für ihre Verwendung begrenztes Material, das als Teil des Analyseverfahrens verbraucht wird. Fortschritte bei der Empfindlichkeit analytischer chemischer Verfahren und Instrumente über die Jahre verringerten dieses Problem, aber diese Verfahren werden immer noch nicht als zerstörungsfrei betrachtet. Das wird zunehmend wichtig, da immer kleinere Stücke von Beweisstücken untersucht und bei der kriminaltechnischen Analyse benötigt werden.
Optische Spektroskopie ist eine Art von Erfassungs- und Analyseverfahren, das keine Probe zu zerstören braucht, und das oft chemisch genau sein kann. Infrarot-(Reflexions- oder Transmissions-)Spektroskopie, Raman-Spektroskopie, Lichtpolarisationsspektroskopie und Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie fallen alle in diese Kategorie. Diese Techniken weisen einen Vorteil auf, indem sie zerstörungsfrei angewendet werden können und doch reichhaltige, detaillierte Informationen erhalten.
Sogar angesichts dieser jüngsten Verbesserungen bei der kriminaltechnischen Erfassung und Analyse besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zum Erfassen und Bestimmen des Vorhandenseins einer Substanz.
Zusammenfassung
Ziele und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, sind aus der Beschreibung offensichtlich oder können aus der Anwendung der Erfindung ersehen werden.
Allgemein richtet sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren und Systeme zum Erfassen einer Inkonsistenz in oder auf einer Oberfläche. Zum Beispiel kann das Verfahren das Richten eines modulierten Lichtstrahls (z. B. mit einer Wellenlänge von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm) aus einer Lichtquelle auf einen Spiegel enthalten. Der Spiegel richtet dann einen reflektierten Lichtstrahl auf die Oberfläche (z. B. direkt auf die Oberfläche oder indirekt auf die Oberfläche über (einen) zusätzliche(n) Spiegel). Der Spiegel wird gesteuert, den reflektierten Lichtstrahl über die Oberfläche abzutasten. Eine Spiegelreflexion von der Oberfläche kann dann in jedem Lichtzyklus erfasst werden, und das Vorhandensein der Inkonsistenz auf der Oberfläche kann erfasst werden.
In einer Ausführungsform kann das System eine Lichtquelle enthalten, die so eingerichtet ist, dass sie einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm bündelt, einen ersten Spiegel, der so positioniert ist, dass er den Lichtstrahl von der Lichtquelle empfängt und einen reflektierten Lichtstrahl erzeugt, der (z. B. direkt oder indirekt) auf die Oberfläche gerichtet ist, um einen beleuchteten Punkt zu bilden, einen Modulator, der so konfiguriert ist, den Lichtstrahl durch einen Lichtzyklus zu pulsieren, einen Sensor, der auf die Oberfläche fokussiert und konfiguriert ist, in jedem Lichtzyklus eine Spiegelreflexion von dem beleuchteten Punkt auf der Oberfläche zu erfassen, und eine Berechnungsvorrichtung, die konfiguriert ist, das Vorhandensein der Inkonsistenz auf der Oberfläche zu bestimmen.
Andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind nachstehend genauer beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und nachvollziehbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich deren bester Ausführungsform für einen Fachmann ist im verbleibenden Teil der Beschreibung genauer dargelegt, die Bezug auf die begleitenden Figuren enthält, in denen:
1 ein beispielhaftes System zum Erfassen des Vorhandenseins einer Inkonsistenz auf einer Oberfläche zeigt; und
2 ein beispielhaftes System zum Erfassen des Vorhandenseins einer Inkonsistenz auf einer Oberfläche zeigt.
Der wiederholte Gebrauch von Referenzzeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen soll dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung darstellen.
Genaue Beschreibung
Die folgende Beschreibung und andere Modifikationen und Abwandlungen an der vorliegenden Erfindung können durch Fachleute durchgeführt werden, ohne dass vom Erfindungsgeist und Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Außerdem versteht sich, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen entweder im Ganzen oder teilweise untereinander ausgetauscht werden können. Weiterhin werden Fachleute erkennen, dass die folgende Beschreibung nur ein Beispiel ist und nicht mit der Absicht angegeben ist, die Erfindung einzuschränken.
Allgemein richtet sich die vorliegende Offenbarung auf Systeme und Verfahren zum Erfassen von Oberflächeninkonsistenzen (z. B. Nähten, Rissen, Verunreinigungen in Konzentrationen bis hinunter zu ungefähr 90 ng/cm² usw.). Genauer können die Verfahren und Systeme eine Veränderung der einer Oberfläche zugeführten Wärmemenge erfassen, was eine Veränderung der Wärmekapazität bedeutet, die auf irgendeine Inkonsistenz im Substratmaterial hindeutet. Diese Erfassungsgrenze könnte gesenkt werden, indem die Einfalls- und Erfassungswinkel optimiert werden oder je nach Substrat eine Mittelung über mehrere Winkel erfolgt. Somit schaffen diese Systeme und Verfahren eine zerstörungsfreie, vollautomatische Technik zum Sichtbarmachen von Nähten zwischen Brettern, Reparaturen an Trockenbauwänden, Abweichungen im Beton, Reparaturen an Fahrzeugen, Rissen in einem Fundament usw. sowie Erfassen von Oberflächenbeschichtungen in Spurenkonzentrationen, die oftmals für das bloße Auge unsichtbar sind. Ein Gebiet, das bedeutend von den vorliegend offenbarten Systemen und Verfahren profitieren würde, ist das der kriminaltechnischen Wissenschaften. Ein Fachmann würde leicht mögliche Anwendungen in den kriminaltechnischen Wissenschaften erkennen, die das Erfassen latenter Abdrücke, Schussrückstände, Drogenverunreinigung, Brand- und Explosivstoffanalyse und gefälschte Dokumente umfassen – neben vielen anderen, hier nicht erwähnten.
Die vorliegend offenbarten Systeme und Verfahren benutzen die Eigenschaft der meisten Materialien, die stark im fundamentalen IR-Spektralbereich absorbieren (z. B. ungefähr 3 bis ungefähr 20 μm). In Bereichen der fundamentalen Absorption ist die Absorption in diesen Bändern so stark, dass die gemessene Reflexion nur Spiegelreflexion enthält (d. h. Reflexion, die von der Oberfläche dominiert ist). Alle Photonen, die in die Oberfläche eindringen, werden absorbiert und deshalb nicht reemittiert. Während es nur eine kleine Änderung im Spektrum gibt, verändert sich die Spiegelreflexion beträchtlich, wenn eine dünne Oberflächenbeschichtung vorhanden ist.
Die 1 und 2 zeigen beispielhafte Systeme 10 zum Erfassen des Vorhandenseins einer Inkonsistenz 14 auf einer Oberfläche 12. Wie gezeigt, liegt die Inkonsistenz 14 in Form von Rissen (z. B. zwischen Balken) vor, kann jedoch jede andere Art von Inkonsistenz oder Veränderung der Oberfläche 12 sein. Wie gezeigt, enthalten die Systeme 10 eine Lichtquelle 16, die konfiguriert ist, ein Licht im fundamentalen IR-Spektralbereich (z. B. ungefähr 3 bis ungefähr 20 μm) zu emittieren, das auf die zu prüfende Oberfläche 12 gerichtet werden kann. Zum Beispiel kann die Lichtquelle einen Lichtstrahl 17 (z. B. in Form eines Laserstrahls) mit einer Wellenlänge von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm bündeln. In einer Ausführungsform weist der Lichtstrahl 17 einen Wellenlängenbereich von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm auf. Zum Beispiel kann der Lichtstrahl ein ganzes Wellenlängenspektrum mit einer Spanne von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm umfassen. In besonderen Ausführungsformen kann der Lichtstrahl im Wesentlichen frei von Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 3 μm und/oder im Wesentlichen frei von Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 20 μm sein. In einer Ausführungsform kann die Lichtquelle bei einer relativ hohen Intensität (z. B. ungefähr 10 W oder mehr) emittieren. Zum Beispiel kann die Lichtquelle bei ungefähr 100 W oder mehr emittieren.
Ein Beispiel einer Lichtquelle, die diese Kriterien erfüllt, ist eine CO₂-Laserquelle. Diese Laser sind kostengünstig erhältlich und können mit Leistungen über 100 W bezogen werden. Ein Fachmann kann leicht sehen, dass eine beliebige Lichtquelle, die die oben erwähnten Kriterien erfüllt, benutzt werden kann, und dass das Gerät nicht auf die Verwendung des CO₂-Lasers beschränkt ist.
Ein Paar von Abtastspiegeln 20, 21 ist in beiden 1 und 2 gezeigt. Diese Spiegel 20, 21 sind konfiguriert, den Lichtstrahl 17 von der Lichtquelle 16 zu empfangen und die Oberfläche 12 mit den reflektierten Lichtstrahlen 23 abzutasten. Zum Beispiel können die Abtastspiegel 20, 21 in einer Ausführungsform eine Art Galvanometer sein, konfiguriert, den Spiegel 20 und/oder 21 beim Messen eines elektrischen Stroms zu bewegen. Obwohl die Verwendung von zwei Spiegeln 20, 21 gezeigt ist, kann jede beliebige Anzahl von Spiegeln benutzt werden, um den reflektierten Lichtstrahl 23 auf die Oberfläche 12 zu richten. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen ein einziger Spiegel geeignet sein.
Ein Modulator ist mit der Lichtquelle 16 gekoppelt und konfiguriert, den Lichtstrahl 17 bei einer gewünschten Frequenz durch einen Lichtzyklus zu pulsieren. Jeder geeignete Modulator kann zum Pulsieren des Lichtstrahls 17 verwendet werden. Die Frequenz der Modulation kann variiert werden, um die Aktivierungstiefe der Schichten auf der Oberfläche 12 im beleuchteten Bereich 13 zu steuern.
Im Allgemeinen ist die Frequenz in ihrem oberen Bereich durch die Abtastfrequenz des Sensors (z. B. der Kamera oder des anderen Detektors) beschränkt. Wenn die Erfassung synchron mit dem Modulator ist, kann die Modulationsfrequenz die Hälfte der Erfassungsfrequenz betragen. Wenn sie asynchron ist, sollte sie etwas langsamer sein (z. B. im Allgemeinen nicht schneller als ungefähr 15 Hz, sogar bei einer Bildfrequenz von ungefähr 60 Hz bei der Verwendung einer Kamera). Am niederfrequenten Ende sollte die Frequenz im Allgemeinen hoch genug sein, um thermische Veränderungen in der Umgebung und/oder der Lichtquelle zu unterdrücken.
Zum Beispiel kann die Frequenz in den meisten Ausführungsformen zwischen ungefähr 0,1 Hz und ungefähr 15 Hz liegen (z. B. ungefähr 0,2 Hz bis ungefähr 10 Hz, wie etwa ungefähr 0,5 Hz bis ungefähr 5 Hz). In einer besonderen Ausführungsform kann die Frequenz zwischen ungefähr 0,8 Hz und ungefähr 2,5 Hz liegen (z. B. ungefähr 1 Hz).
Das Licht wird im Allgemeinen moduliert, um einen Ausschluss der Gleichkomponente des erfassten Lichts zu ermöglichen, die aus der Schwarzkörperstrahlung der Probe aufgrund ihrer Temperatur herrührt. Somit kann die Erfassung auf die Wechselkomponente allein beschränkt werden. Durch Wahl der Erfassung in Phase mit der Modulation ist die Wechselkomponente des erfassten Lichts auf die Reflexion der Lichtquelle von der Probe zurückzuführen. Durch Wahl der um 90 Grad gegen die Erregung versetzten Erfassung kann die thermische Reemission aufgrund der Modulation der Probentemperatur als Ergebnis der modulierten Beleuchtung der Lichtquelle gesehen werden. Die Gleichkomponente ist ebenfalls zu sehen, falls gewünscht. Außerdem ermöglicht Modulieren des Lichts die Wahl einer viel höheren Frequenz als die natürliche Veränderungsrate der thermischen Emission, sodass der thermische Veränderungseffekt ebenfalls ausgeschlossen werden kann. Somit kann die Wechselsignalerfassung in Phase und/oder phasenversetzt durchgeführt werden, was sich näher auf tiefere Merkmale der Probe beziehen kann.
1 zeigt, dass der Modulator einen Zerhacker 18 umfasst, der zwischen der Lichtquelle 16 und der Oberfläche 12 positioniert ist und konfiguriert ist, den Lichtstrahl 17 mechanisch zu pulsieren. Wie gezeigt, ist der Zerhacker 18 zwischen der Lichtquelle 16 und den Abtastspiegeln 20, 21 positioniert, um den Lichtstrahl 17 mechanisch zu pulsieren, bevor er aufgeweitet wird. Zum Beispiel definiert der Zerhacker 18 Flügel, die sich von ihm erstrecken, um den Lichtstrahl zu zerhacken, wenn sich die Flügel mit einer gesteuerten Drehzahl (z. B. über eine motorgetriebene Welle) um die Mittelachse des Zerhackers drehen. Der Lichtstrahl 17 ist so ausgerichtet, dass er durch den rotierenden Zerhacker 18 mechanisch pulsiert wird, wobei die Flügel den Lichtstrahl blockieren und der Lichtstrahl dann durch die Lücken hindurchgeht. Die Größe der Flügel und Lücken, zusammen mit der Drehzahl (z. B. bei konstanter Drehzahl), kann so eingestellt werden, dass der Lichtstrahl mit der gewünschten Frequenz pulsiert wird.
2 zeigt, dass der Modulator einen elektrischen Schalter 19 umfasst, der mit der Lichtquelle 16 verbunden ist und konfiguriert ist, den aus der Lichtquelle 16 austretenden Lichtstrahl 17 elektrisch zu pulsieren. In dieser Ausführungsform kann der elektrische Schalter 19 zwischen „Ein” und „Aus” hin- und hergeschaltet werden, um den Lichtzyklus zu definieren.
Ein Sensor 22 ist gezeigt, der auf die Oberfläche 12 fokussiert und konfiguriert ist, in jedem Lichtzyklus eine Spiegelreflexion von dem beleuchteten Bereich 13 auf der Oberfläche 12 zu erfassen. Das Kriterium, um durch dieses System und Verfahren Oberflächenschichten/-verschmutzungen beobachten zu können, ist die spektrale Empfindlichkeit für den Spiegelreflexionsbereich eines Substrats (d. h. das spektrale Fenster, in dem eine Substratreflexion keine Kubelka-Munk-Reflexionskomponente, sondern nur Spiegel- oder Fresnel-Reflexion enthält). Dies ist im Allgemeinen im Wellenlängenbereich einer starken Absorption des Substrats (z. B. eines Gewebes, Teppichs, Lacks usw.) der Fall, der bei den meisten Substanzen von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm reicht. Somit können die Systeme und Verfahren einen thermischen Infrarotsensor 22 (z. B. eine Kamera) mit einem Detektor enthalten, der im Bereich des langwelligen/tiefen IR empfindlich ist, der durch fundamentale Schwingungsabsorption eingenommen wird. Ein solcher Sensor 22 ist ein ungekühltes Mikrobolometer.
Eine Berechnungsvorrichtung 24 steht in Verbindung mit der Lichtquelle 16, dem Modulator 18 oder 19 und/oder der Kamera 22 über die Verbindungen 26, 28 bzw. 30 (z. B. verdrahtete Verbindung, drahtlose Verbindung usw.). Die Berechnungsvorrichtung 24 ist konfiguriert, das Vorhandensein der Substanz 14 auf der Oberfläche 12 zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Berechnungsvorrichtung 24 in einem computerlesbaren Medium gespeicherte Computerprogrammanweisungen enthalten, die die Berechnungsvorrichtung 24, andere Datenverarbeitungsvorrichtungen oder andere Vorrichtungen steuern können, um die gewünschten Funktionen auf besondere Weise durchzuführen. Zum Beispiel kann die Berechnungsvorrichtung 24 ein Display (nicht gezeigt) enthalten, das ein Bild der Spiegelreflexion wiedergibt, das von dem beleuchteten Bereich 13 der Oberfläche erfasst ist.
In besonderen Ausführungsformen kann ein Filter 32 zwischen der Oberfläche 12 und dem Sensor 22 positioniert sein, um eine spezielle Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich vom Erreichen des Sensors 22 abzublocken. In einer Ausführungsform kann das Filter 32 ausgewählt sein, um Wellenlängen zu blockieren, die zu einer bekannten Substanz (z. B. Blut) gehören. Daher wird, wenn sich diese Substanz auf der Oberfläche 12 befindet, die durch den Sensor 22 erfasste Spiegelreflexion reduziert, wo sich die Substanz auf der Oberfläche 12 befindet (d. h. Verstärken der Hintergrund-Spiegelreflexion von der Oberfläche 12 durch Reduzieren der Spiegelreflexion von der bekannten Substanz). Somit kann das Vorhandensein der Substanz auf der Oberfläche 12 bestimmt werden. Alternativ kann das Filter 32 so gewählt sein, dass es Wellenlängen blockiert, die mit dem Material der Oberfläche 12 verknüpft sind. Daher wird, wenn sich eine Substanz auf dieser Oberfläche 12 befindet, die durch den Sensor 22 erfasste Spiegelreflexion in Bereichen reduziert, die eine Substanz umgeben, die sich auf der Oberfläche 12 befindet (d. h. Verringern der Hintergrund-Spiegelreflexion von der Oberfläche 12 durch Verstärken der Spiegelreflexion von einer Substanz auf der Oberfläche 12). Somit kann das Vorhandensein der Substanz auf der Oberfläche 12 bestimmt werden.
Das Filter 32 kann auch ermöglichen, dass der Sensor 22 die an jedem abgetasteten Punkt der Oberfläche 12 durch die Lichtquelle 16 zugeführte Wärmemenge misst.
Diese und andere Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung können von Fachleuten durchgeführt werden, ohne von Erfindungsgeist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die insbesondere in den angehängten Ansprüchen dargelegt ist. Außerdem versteht sich, dass die Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen sowohl im Ganzen als auch teilweise untereinander ausgetauscht werden können. Weiterhin werden Fachleute erkennen, dass die obige Beschreibung nur ein Beispiel ist und nicht mit der Absicht angegeben wurde, die Erfindung einzuschränken, wie sie in den beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben ist.

Claims

Verfahren zum Erfassen des Vorhandenseins einer Inkonsistenz auf einer Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst: Richten eine Lichtstrahls mit einer Wellenlänge von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm aus einer Lichtquelle auf einen Spiegel, wobei der Spiegel einen reflektierten Lichtstrahl auf die Oberfläche richtet; Steuern des Spiegels, um den reflektierten Lichtstrahl über die Oberfläche abzutasten; Modulieren des Lichtstrahls, um einen Lichtzyklus zu definieren; Erfassen einer Spiegelreflexion von der Oberfläche in jedem Lichtzyklus; und Bestimmen des Vorhandenseins der Inkonsistenz auf der Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Filtern der Spiegelreflexion von dem beleuchteten Bereich auf der Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spiegelreflexion unter Verwendung eines Sensors erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Sensor so positioniert ist, dass er die Spiegelreflexion von der Oberfläche erfasst, und wobei die Spiegelreflexion gefiltert wird, um die Spiegelreflexion von der Substanz zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Sensor so positioniert ist, dass er die Spiegelreflexion von der Oberfläche erfasst, und wobei die Spiegelreflexion gefiltert wird, um die Spiegelreflexion von der Oberfläche zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modulieren des Lichtstrahls das Zerhacken des Lichtstrahls unter Verwendung eines Zerhackerrads umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modulieren des Lichtstrahls das Pulsieren des Lichtstrahls von der Lichtquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Lichtstrahl einen Wellenlängenbereich von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Lichtstrahl ein ganzes Wellenlängenspektrum mit einer Spanne von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Lichtstrahl im Wesentlichen frei von Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 3 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Lichtstrahl im Wesentlichen frei von Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 20 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Lichtzyklus eine Frequenz von ungefähr 0,1 Hz bis ungefähr 15 Hz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Spiegel den reflektierten Lichtstrahl indirekt über einen zweiten Spiegel auf die Oberfläche richtet.
System zum Erfassen des Vorhandenseins einer Inkonsistenz auf einer Oberfläche, wobei das System umfasst: eine Lichtquelle, konfiguriert, einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm zu fokussieren; einen ersten Spiegel, so positioniert, den Lichtstrahl von der Lichtquelle zu empfangen und einen reflektierten Lichtstrahl zu erzeugen, wobei der erste Spiegel so positioniert ist, dass er den reflektierten Lichtstrahl auf die Oberfläche richtet, um einen beleuchteten Punkt zu bilden; einen Modulator, konfiguriert, den Lichtstrahl durch einen Lichtzyklus zu pulsieren; einen Sensor, auf die Oberfläche fokussiert und konfiguriert, in jedem Lichtzyklus eine Spiegelreflexion von dem beleuchteten Punkt auf der Oberfläche zu erfassen; und eine Berechnungsvorrichtung, konfiguriert, das Vorhandensein der Inkonsistenz auf der Oberfläche zu bestimmen.
System nach Anspruch 14, weiter umfassend ein Lichtfilter, zwischen der Oberfläche und dem Sensor so positioniert, dass die Spiegelreflexion von dem beleuchteten Bereich gefiltert werden kann, um zu verhindern, dass bestimmte Wellenlängen den Sensor erreichen.
System nach Anspruch 15, wobei das Filter konfiguriertist, die Spiegelreflexion von der Substanz zu reduzieren.
System nach Anspruch 15, wobei das Filter konfiguriertist, die Spiegelreflexion von der Oberfläche zu reduzieren.
System nach Anspruch 14, wobei der Lichtstrahl einen Wellenlängenbereich von ungefähr 3 μm bis ungefähr 20 μm aufweist.
System nach Anspruch 14, wobei der Modulator einen Zerhacker umfasst, der zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche positioniert ist und konfiguriertist, den Lichtstrahl mechanisch zu pulsieren.
System nach Anspruch 14, wobei der Modulator einen elektrischen Schalter umfasst, der mit der Lichtquelle verbunden ist und konfiguriertist, den aus der Lichtquelle austretenden Lichtstrahl elektrisch zu pulsieren.
System nach Anspruch 14, weiter umfassend: einen zweiten Spiegel, so in Arbeitsbeziehung mit dem ersten Spiegel positioniert, dass der Lichtstrahl von dem ersten Spiegel zum zweiten Spiegel und vom zweiten Spiegel zur Oberfläche reflektiert wird.