KR20170049590A - 테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 서모그래픽 검사 수단 및 방법 - Google Patents

테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 서모그래픽 검사 수단 및 방법 Download PDF

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Abstract

테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 서모그래픽 검사 수단은
테스트 대상의 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하기 위한 가열 디바이스;
열 에너지의 인가에 후속하여, 테스트 대상의 측정될 표면 영역 상의 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하기 위한 열 센서 수단 ―측정될 표면 영역은, 가열될 표면 영역 뿐만 아니라 가열될 표면 영역에 인접하는 측정될 외측 표면 영역을 포함함―;
측정될 표면 영역에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터를 검출하기 위해 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 평가하기 위한 평가 수단
을 포함한다.

Description

테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 서모그래픽 검사 수단 및 방법{THERMOGRAPHIC EXAMINATION MEANS AND METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE EXAMINATION OF A NEAR-SURFACE STRUCTURE AT A TEST OBJECT}
부품들, 특히 작은 벽 두께를 갖는 부품들을 생산하는 경우, 안정성 및 그에 따른 품질을 위해, 정의된 벽 두께를 준수하는 것이 중요하다. 특히, 예를 들어, 적층, 데드-몰드 주조 또는 원심 주조와 같은 비교적 큰 양의 분산들을 갖는 방법들의 경우, 표면 근처의 결함들, 예를 들어, 박리(적층 프로세스), 가스 함유물(데드-몰드 주조) 또는 불충분한 벽 두께(원심 주조)를 인식할 수 있기 위해, 달성된 값을 연속적 기반으로 도량적으로 검증할 필요가 있다. 측정 디바이스에 대한 요건은, 적용 분야에 따라, 프로세스 통합을 위한 짧은 측정 시간, 예를 들어, 조사의 경우 열 입력에 의해 초래되는, 테스트되는 대상에 대한 소량의 응력 뿐만 아니라 긴 수명 및 저비용을 포함한다.
대상들의 내부 구조의 3차원 검출의 설정 방법은 컴퓨터 단층촬영(tomography)에 의해 표현되고, 여기서, 측정 대상은 상이한 방향들로부터의 X 선들에 의해 조사되고, 3D 대상은 개별적인 X 선 이미지들로부터 재구성된다.
상이한 크기들, 해상도들 및 속도들의 컴퓨터 단층촬영들이 존재한다. 높은 측정 속도가 요구되면, 기술적인 지출 및 그에 따른 비용이 너무 높아서, 이러한 측정 방법은 많은 경우에 경제적으로 이용될 수 없다.
비용을 감소시키기 위한 접근법은 서모그래픽(thermographic) 방법들에 의해 제공된다. 서모그래픽 방법들(서모그래피)를 사용하면, 표면에 가까운 시험편(test piece), 특히 작은 벽 두께를 갖는 시험편을 검사하는 것이 가능하다.
일부 서모그래픽 방법들에서는, 시험편의 표면에 2 차원 방식으로 작용하는 열원 또는 열 싱크를 사용한 단기간 가열 및/또는 냉각이 가해지고, 표면 온도의 후속 시간 프로파일이 열 촬상 카메라(적외선 카메라)를 사용하여 등록되고, 후속적으로 평가된다. 열 방정식을 사용하는 동안 열 전도도, 비열 용량 및 밀도와 같은 재료 파라미터들을 고려하면서, 그 다음, 가스 함유물의 깊이 또는 최상층의 두께와 같은 기하학적 특성들이 표면 온도의 시간 프로파일로부터 도출될 수 있다. 여기에서 중요한 것은, 검사된 영역이 표면에 대해 충분히 평행하게 연장되는 것 뿐만 아니라 결정될 구조적 특징부들의 열적 특성들의 관점에서의 차이들이다. 이러한 서모그래픽 방법들의 예들은 출처 [1]로부터 공지되어 있다.
또한, 표면의 국부적 가열이 예를 들어 레이저 포인트를 사용하여 달성되고, 서모그래피 시스템이 포인트 검출기에 의해 광학적으로 추적되는 솔루션들이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이러한 솔루션은, 포인트 검출기들에 기초한 저속 스캐닝 시스템들에서도 조명과 열 검출 사이에 고정된 시상수를 달성하는 것을 가능하게 한다. 이의 예들은 출처들 [2], [3], [4] 및 [5]에서 발견될 수 있다.
출처 [6]으로부터, 표면 온도의 시간 프로파일보다는 특정 시점에서의 표면 온도가 검출되는 단순화된 방법이 공지되어 있다.
출처 [7]은 서모그래픽 방법들의 일반적인 개요를 제공한다.
본 발명의 목적은, 테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 개선된 서모그래픽 검사 수단 및 개선된 서모그래픽 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 서모그래픽 검사 수단에 의해 해결되며, 이 수단은,
테스트 대상의 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하기 위한 가열 디바이스;
열 에너지의 인가에 후속하여, 테스트 대상의 측정될 표면 영역 상의 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하기 위한 열 센서 수단 ―측정될 표면 영역은, 가열될 표면 영역 뿐만 아니라 가열될 표면 영역에 인접하는 측정될 외측 표면 영역을 포함함―;
측정될 표면 영역에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터를 검출하기 위해 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 평가하기 위한 평가 수단
을 포함한다.
출처들 [1] 내지 [7]로부터 공지된 솔루션들에서는, 시험편의 가열될 표면 영역에 일정 양의 열이 인가되고, 측정될 바로 그 표면 영역의 표면 온도가 측정된다. 표면 영역에 수직인 열 전파를 사용하여, 가열될 표면 영역에서의 열적 특성들 또는 시험편의, 차례로 가열되고 측정되는 표면 영역들의 열적 특성들의 차이들이 결정되고, 그 다음, 이러한 차이들은 시험편의 표면 근처 구조의 파라미터들을 결정하기 위한 기반을 형성할 것이다.
이와 반대로, 본 발명에 따르면, 결정될 공간적 온도 분포에 대해, 상기 온도 분포는 가열될 표면 영역 뿐만 아니라 가열될 표면 영역에 인접한 측정될 외측 표면 영역에 대해서도 결정되는 것이 제공된다. 가열될 표면 영역 및 측정될 외측 표면 영역이 측정될 전체 표면 영역을 형성한다.
의미있는 공간적 온도 분포를 결정하기 위해, 원칙적으로, 측정될 표면 영역에서 적어도 2개의 상이한 측정 포인트들에 존재하는 각각의 온도를 검출하는 것이 필요하다. 그러나, 개선되고 더 정확한 평가를 달성하는 것을 고려하면, 상당히 더 많은 수의 상이한 측정 포인트들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 10개 내지 500개의 상이한 측정 포인트들이 제공될 수 있다.
이러한 상황에서, 가열될 표면 영역에서 적어도 하나의 측정 포인트를 제공하고, 측정될 외측 표면 영역에서 적어도 하나의 추가적인 측정 포인트를 제공하는 것이 필수적이다.
본 발명에 따르면, 상이한 시점들에 공간적 온도 분포를 반복적으로 검출하여, 그에 따라, 측정될 표면 영역에 대한 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하는 것이 제공된다. 그 다음, 공간적 온도 분포의 시간 프로파일은 예를 들어, 열 방정식을 사용하여 분석될 수 있고, 그 다음, 상기 분석은 테스트 대상의 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터를 결정하도록 기능한다.
특정 시간 동안 또는 열 입력에 후속하는 특정 시점들에, 근처 환경들은 예를 들어, 매트릭스 열 촬상 카메라를 사용하여 측정될 수 있다. 이것은, 열 입력의 위치에 추가로 표면의 열 분포의 시간 프로파일을 또한 등록하는 것을 수반한다. 열 입력 위치 주위의 환경들의 개별적인 포인트들에서의 공간적 온도 증가는 적절한 함수에 의해 예를 들어, 열 방정식을 풀어서 적합화될 수 있다. 따라서, 매우 결함있는 또는 잡음있는 이미지들 및 서모그래픽 비디오 시퀀스들의 경우, 또는 예를 들어, 가열 및 냉각으로 인해 열 균형 상태가 아닌 측정 대상들의 경우에도, 열 특성들이 추론될 수 있다. 열 입력에 의해 직접 가열되지 않는 환경들에 대한 상대적인 거동을 고려함으로써 결과들이 개선될 수 있다.
상기 분포들은 열의 전파 및 그에 따른 일정한 열 재료 파라미터들의 인접 영역의 깊이에 관한 결론들을 도출하기 위해 사용될 수 있다.
가열될 영역보다 큰 영역에서 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 결정함으로써, 오직 가열될 영역에서의 온도의 시간 프로파일만이 결정되는 이미 공지된 솔루션들과는 달리, 예를 들어 주위 온도에서의 변화들과 같은 중첩된 독립적 외부 효과들 또는 예를 들어, 소음 또는 결함있는 교정으로 인한 측정 시스템의 결함들과 같은 중첩된 독립적 내부 효과들은 보상될 수 있다. 결과적으로, 시험편의 표면 근처 구조의 관심있는 파라미터들은 지금까지 가능했던 것보다 정확하게 검출될 수 있다.
특히, 열 센서 수단의 해상도 크기 정도의 매우 작은 온도 변화들에 있어서, 잡음은 시스템의 측정 정확도에 상당한 영향을 미친다. 종래 기술에서는, 개선된 및 그에 따라 더 값비싼 측정 기술을 사용하여 또는 증가된 열 입력을 사용하여, 즉, 가열될 표면의 더 높은 시작 온도를 사용하여 이러한 문제를 처리하기 위해 노력하였다. 그러나, 예를 들어, 식품 산업에서와 같이 다수의 적용들에 있어서, 콜드 체인(cold chain)을 유지하기 위해서는 열 입력 제한이 요구된다. 본 발명의 솔루션을 사용하면 종래 기술에서 가능했던 것보다 잡음이 더 양호하게 보상될 수 있기 때문에, 열 입력의 양이 또한 종래 기술에 비해 감소될 수 있어서, 검사 수단의 적용 분야가 증가한다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 파라미터는 테스트 대상의 벽의 두께이다. 실제로, 많은 경우들에서, 테스트 대상의 벽의 두께를 비파괴 방식으로 식별할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 특히 모든 종류의 중공 본체들(hollow bodies), 예를 들어 컨테이너들 또는 도관들과 같은 기술적 중공 본체들 또는 예를 들어, 중공 초콜릿 본체들과 같은 식료품으로서 제공되는 중공 본체들에 대해 해당된다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 파라미터는 테스트 대상의 벽의 밀도이다. 또한, 테스트 대상의 벽의 밀도를 비파괴 방식으로 식별할 수 있는 것은 실제로 종종 바람직하다. 이것은 특히, 밀도에서의 변화가 이물질의 포함을 표시하는 주조 본체들의 경우 해당된다. 특히, 그에 따라 주조 본체 내에 존재하는 공기 포함물이 식별될 수 있다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개에 따르면, 가열될 표면 영역은 포인트-형상으로; 개방 곡선 형태로 선형으로; 폐쇄 곡선 형태로 선형으로; 원형 또는 타원형으로 구성된다. 열량의 입력은 고농축 및/또는 집중적인 방식으로 시행될 수 있어서, 열량은 작게 유지될 수 있다. 실험은, 가열될 표면 영역이 선형 폐쇄 곡선의 형태를 갖는 경우, 특히 정확한 결과들이 달성될 것임을 나타내었다. 이러한 경우, 특히, 곡선으로 둘러싸인 영역 및 이의 외부 둘 모두의 표면에서 발생하는 공간적 온도 분포를 평가하는 것이 가능하다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열될 표면 영역은 가열될 적어도 2 개의 이격된 표면 하위영역들을 포함하고, 이들은 측정될 동일한 표면 영역의 부분들이다. 이러한 상황에서, 가열될 표면 하위 영역들 사이에 위치된 표면 부분 및 가열될 표면 하위 영역들 사이에 위치되지 않은 표면 부분 둘 모두는 공간적 온도 분포의 측면에서 검사될 수 있고, 이는 측정의 정확도 레벨을 추가로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단은 전자기파를 이용하여 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 전자기파는 예를 들어, 마이크로파, 광파 또는 레이저 광파일 수 있다. 여기서 특히 유리한 것은, 가열 수단이 열 센서 수단의 검출 영역을 손상시키지 않도록 가열 수단이 시험편으로부터 일정 거리에 배열될 수 있다는 것이다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단은 기계적 여기(excitation)를 이용하여 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 상기 기계적 여기는 예를 들어 초음파를 이용하여 비접촉 방식으로 접촉하거나 시행될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단은 열 전도를 이용하여 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 본 발명의 집중된 열 입력이 달성될 수 있어서, 영의 양은 특히 적을 수 있다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단은 가열될 표면 영역에서 전류를 생성함으로써 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 열 에너지는 가열될 표면 영역에 실질적으로 손실 없는 방식으로 인가될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 열 센서 수단은 1차원 센서, 예를 들어, 디지털 라인 센서를 포함한다. 예를 들어, 센서는 CCD 라인 센서, CMOS 라인 센서 또는 아날로그 라인 센서일 수 있다. 이러한 라인 센서들은 저비용으로 이용가능하고, 공간적 온도 분포가 1차원, 즉, 선형 방식으로 결정되는 경우 특히 적합하다. 그러나, 원칙적으로, 라인 센서들을 사용하는 동안 몇몇 선형 샷(shot)들을 이용하여 2차원 열 이미지를 생성하는 것이 가능하다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개에 따르면, 열 센서 수단은 2차원 센서, 예를 들어, 디지털 이미지 센서를 포함한다. 상기 센서는 예를 들어, CCD 매트릭스 센서, CMOS 매트릭스 센서 또는 아날로그 매트릭스 센서일 수 있다. 이러한 센서들은 또한 저비용으로 이용가능하지만; 이들은 오직 하나의 샷만을 사용함으로써 2차원 열 이미지가 캡쳐되게 할 수 있다.
본 발명의 특히 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단은 가열될 몇몇 표면 영역들에 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 열 에너지를 인가하도록 구성되고, 열 센서 수단은 측정될 테스트 대상의 몇몇 표면 영역들 상에서 열 에너지의 인가에 후속하는 공간적 온도 분포들의 이러한 시간 프로파일을 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 검출하도록 구성되고, 측정될 표면 영역들 각각은 가열될 표면 영역들 중 하나 뿐만 아니라 가열될 각각의 표면 영역에 인접하는 하나의 외측 표면 영역을 포함하고; 평가 수단은 공간적 온도 분포들의 시간 프로파일들을 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 평가하여, 측정될 몇몇 표면 영역들에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터를 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 검출하도록 구성된다.
여기서 "동시에"는 각각의 이벤트들이 동일한 시점에 시작하고 동일한 시점에 종료하는 것을 의미하도록 가정된다. 또한, "시간-중첩"은 나중의 이벤트의 시작이 이전 이벤트의 시작과 종료 사이에 있음을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 이러한 추가적인 전개의 상황 내에서, 짧은 시간 기간에 다수의 표면 영역들을 검사하는 것이 가능하다.
가열 수단이 전자기파를 방출하도록 구성된 경우, 가열 수단은 생성된 전자기파를 가열될 몇몇 표면 영역들에 초점을 맞추는 광학기(optics)를 포함할 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 평가 수단은 공간적 온도 분포의 시간 프로파일의 평가 시에 열 센서 수단의 광축에 대한, 측정될 표면 영역의 경사의 공간적 프로파일을 고려하도록 구성된다.
테스트 대상 내의 열 플럭스의 정확한 평가를 위해, 표면을 따른 온도 분포를 결정하는 것이 필요하다. 그러나, 투사 왜곡으로 인해 예를 들어 열 센서 수단의 광학 특성 때문에, 표면을 따라 직접적으로 온도 분포를 결정하는 것은 불가능하다. 특히, 이것은 열 센서 수단의 시선, 즉 광축이 각각의 측정 포인트에 수직으로 입사하지 않는 경우에 적용되며, 이는 특히 광축에 수직으로 배열된 평면에 대해 경사진 테스트 대상의 평면 표면의 경우 또는 광축에 수직으로 배열된 평면에 대해 적어도 일부 영역들에서 명백하게 경사진 테스트 대상의 곡선 표면의 경우이다.
또한, 경사진 표면, 특히 곡면 표면들에 있어서, 가열될 표면 영역의 크기 및 형상은 표면들의 경사 및/또는 곡률에 의존할 수 있어서, 각각의 표면 영역에 고유한 열량이 또한 변하는 문제가 발생한다.
열 센서 수단의 광축에 대한 측정될 표면 영역의 경사의 공간적 프로파일을 고려함으로써, 투사 왜곡으로 인한 에러들 뿐만 아니라 표면 영역에 고유한 열량에서의 변화로 인한 에러들이 보상될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 디바이스는 테스트 대상의 가열될 표면 영역으로의 열 에너지의 인가가 경사의 공간적 프로파일의 함수로서 시행되도록 구성된다.
그 결과, 경사의 공간적 프로파일에 따라 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어로의 열량의 입력을 받는 것이 가능하다. 예를 들어, 가열 디바이스의 전력 또는 가열 디바이스의 작동 지속기간은 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어를 받을 수 있다. 이러한 방식으로, 가열될 표면 영역이 열 인가 방향에 거의 수직인 경우 테스트 대상의 국부적인 과열 및 가열될 표면 영역이 열 인가 방향에 거의 평행한 경우 테스트 대상의 평가불가능한 소량의 가열 둘 모두가 회피될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 서모그래픽 검사 수단은 경사의 공간적 프로파일을 검출하기 위한 경사 검출 수단을 포함한다. 예를 들어, 경사 검출 수단은 레이저 광 섹션 카메라를 포함할 수 있다. 광학 레이저 광 섹션 카메라를 이용하면, 테스트 대상에서의 입사 포인트의 위치 뿐만 아니라 표면의 곡률 및 배향은 가열 수단의 공지된 광학 경로를 이용한 삼각 측량으로 인해 용이하게 결정될 수 있다.
이를 위해, 가열될 표면 영역의 위치는 경사의 공간적 프로파일에서 가열될 표면 영역의 정확한 국부화를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 필요하다면, 커버된 영역을 증가시키고 그에 따라 해상도를 증가시키기 위해, 가열을 위해 사용되는 레이저를 이용하여 또는 별개의 레이저를 이용하여 추가적인 라인이 생성될 수 있다. 즉, 경사의 공간적 프로파일은 가열 프로세스와는 별개로 초기에 높은 해상도로 검출될 수 있고, 이러한 경우 가열될 표면 영역은 일치하는 경사의 공간 프로파일 및 공간적 온도 분포 공간 온도를 렌더링하기 위한 기준으로서 기능할 수 있다.
이러한 방식으로, 복잡한 외측 형상들을 갖는 테스트 대상들이, 상기 형상들이 명시적으로 공지되지 않아도 검사되는 것이 또한 가능하다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 서모그래픽 검사 수단은 교정 본체 특히 웨지형 교정 본체를 생성하기 위한 주조 몰드를 포함한다. 조사에 의한 열 입력은 전력의 스펙트럼 및 공간적 분포 및 소스에 의해 조사되는 표면적 뿐만 아니라 표면의 반사 및/또는 흡수 계수에 의존한다. 다수의 영향 팩터들로 인해, 그리고 이들의 크기가 때때로 가변적이거나 식별하기 쉽지 않다는 사실로 인해, 표면 근처 구조를 검사하기 전에 배열의 교정이 유리하다. 이를 위해, 식별될 수 있고 측정 대상과 동일한 재료로부터 생성된 하부 값부터 상부 값까지 범위의 공지된 두께들을 갖는 웨지 형상을 갖는 교정 본체가 사용될 수 있다. 제공된 주조 몰드는 각각의 테스트 대상에 대응하는 교정 본체들을 용이하게 생성하게 한다.
추가적인 양상에서, 대상은, 테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 방법에 의해 해결되며, 방법은,
가열 수단을 이용하여 테스트 대상의 가열될 표면 영역에 열 에너지를 인가하는 단계;
열 에너지의 인가에 후속하여, 열 센서 수단을 이용하여 테스트 대상의 측정될 표면 영역 상의 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하는 단계 ―측정될 표면 영역은, 가열될 표면 영역 뿐만 아니라 가열될 표면 영역에 인접하는 외측 표면 영역을 포함함―; 및
측정될 표면 영역에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터를 검출하기 위해 평가 수단을 이용하여 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 평가하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 서모그래픽 검사 수단의 상황 내에서 논의된 이점들은 결과를 의미한다. 본 발명의 방법은 본 발명의 서모그래픽 검사 수단의 상황 내에서 설명될 추가적인 방법 단계들을 포함할 수 있음을 이해한다.
본 발명 및 그 이점은 아래에서 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 서모그래픽 검사 수단의 제 1 실시예의 개략적인 평면도 뿐만 아니라 확대된 표현의 테스트 대상의 관련된 개략적 정면도를 도시한다.
도 2는 테스트 대상 뿐만 아니라, 테스트 대상에서 측정될 표면 영역의 영역에서 시간적으로 오프셋된 방식으로 캡처된 공간적 온도 분포의 확대된 예시적인 시간 프로파일을 열 이미지들의 형태로 도시한다.
도 3은 공간적 온도 분포의 예시적인 시간 프로파일을 시간적으로 오프셋된 위치/온도 프로파일들의 형태로 도시한다.
도 4는 큰 두께의 벽을 갖는 테스트 대상의 단면 평면도에서 예시적인 온도 분포 뿐만 아니라 더 작은 두께의 벽을 갖는 테스트 대상의 단면 정면도에서 예시적인 온도 분포를 도시한다.
도 5는 본 발명의 서모그래픽 검사 수단의 제 2 실시예의 개략적인 평면도 뿐만 아니라 확대된 표현의 테스트 대상의 관련된 개략적 정면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 서모그래픽 검사 수단의 제 3 실시예의 개략적인 평면도 뿐만 아니라 확대된 표현의 테스트 대상의 관련된 개략적 정면도를 도시한다.
도 7은 교정 본체를 생성하기 위한 주조 몰드의 개략적인 3차원 표현 뿐만 아니라 이러한 주조 몰드를 이용하여 생성된 교정 본체의 개략적인 3차원 표현을 도시한다.
아래에서 동일하거나 유사한 엘리먼트들 또는 동일 또는 동등한 기능들을 갖는 엘리먼트들에는 동일하거나 유사한 참조 번호가 제공될 것이다.
후속하는 설명에서, 본 발명의 개선된 이해를 제공하기 위해, 본 발명의 다수의 특징들을 갖는 실시예들이 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 설명된 특징들의 각각의 특징을 생략하면서 구현될 수 있음을 주목해야 한다. 또한, 다양한 실시예들에 나타난 특징들은 또한 명시적으로 배제되거나 충돌을 초래하지 않는 한 상이한 방식으로 결합될 수 있음을 또한 주목해야 한다.
도 1은 본 발명의 서모그래픽 검사 수단(1)의 제 1 실시예의 개략적인 평면도 뿐만 아니라 확대된 표현의 테스트 대상 PO의 관련된 개략적 정면도를 도시한다.
서모그래픽 검사 수단(1)은,
테스트 대상 PO의 가열될 표면 영역 BO에 열 에너지를 인가하기 위한 가열 디바이스(2);
열 에너지의 인가에 후속하여, 테스트 대상 PO의 측정될 표면 영역 VO 상의 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하기 위한 열 센서 수단(3) ―측정될 표면 영역 VO는, 가열될 표면 영역 BO 뿐만 아니라 가열될 표면 영역 BO에 인접하는 측정될 외측 표면 영역 AO을 포함함―; 및
측정될 표면 영역 VO에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터 DW를 검출하기 위해 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 평가하기 위한 평가 수단(4)
을 포함한다.
출처들 [1] 내지 [7]로부터 공지된 솔루션들에서는, 시험편의 가열될 표면 영역에 일정 양의 열이 인가되고, 측정될 바로 그 표면 영역의 표면 온도가 측정된다. 표면 영역에 수직인 열 전파를 사용하여, 가열될 표면 영역에서의 열적 특성들 또는 시험편의, 차례로 가열되고 측정되는 표면 영역들의 열적 특성들의 차이들이 결정되고, 그 다음, 이러한 차이들은 시험편의 표면 근처 구조의 파라미터들을 결정하기 위한 기반을 형성할 것이다.
이와 반대로, 본 발명에 따르면, 결정될 공간적 온도 분포에 대해, 상기 온도 분포는 가열될 표면 영역 BO 뿐만 아니라 가열될 표면 영역 BO에 인접한 측정될 외측 표면 영역 AO에 대해서도 결정되는 것이 제공된다. 가열될 표면 영역 BO 및 측정될 외측 표면 영역 AO가 측정될 전체 표면 영역 VO를 형성한다.
의미있는 공간적 온도 분포를 결정하기 위해, 원칙적으로, 측정될 표면 영역 VO에서 적어도 2개의 상이한 측정 포인트들에 존재하는 각각의 온도를 검출하는 것이 필요하다. 그러나, 개선되고 더 정확한 평가를 달성하는 것을 고려하면, 상당히 더 많은 수의 상이한 측정 포인트들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 10개 내지 500개의 상이한 측정 포인트들이 제공될 수 있다.
이러한 상황에서, 가열될 표면 영역 BO에서 적어도 하나의 측정 포인트를 제공하고, 측정될 외측 표면 영역 AO에서 적어도 하나의 추가적인 측정 포인트를 제공하는 것이 필수적이다.
본 발명에 따르면, 상이한 시점들에 공간적 온도 분포를 반복적으로 검출하여, 그에 따라, 측정될 표면 영역 VO에 대한 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하는 것이 제공된다. 그 다음, 공간적 온도 분포의 시간 프로파일은 예를 들어, 열 방정식을 사용하여 분석될 수 있고, 그 다음, 상기 분석은 테스트 대상 PO의 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터 DW를 결정하도록 기능한다.
특정 시간 동안 또는 열 입력에 후속하는 특정 시점들에, 근처 환경들 VO는 예를 들어, 매트릭스 열 촬상 카메라(3)를 사용하여 측정될 수 있다. 매트릭스 열 촬상 카메라(3)는 검출 영역 EB 내의 중심에 위치되는 광축 OA를 포함한다. 상기의 것은 열 입력의 위치 BO에 추가로 측정될 표면 영역 VO 내의 표면의 열 분포의 시간 프로파일을 또한 등록하는 것을 포함한다. 열 입력 위치 주위의 환경들의 개별적인 포인트들에서의 공간적 온도 증가는 적절한 함수에 의해 예를 들어, 열 방정식을 풀어서 적합화될 수 있다. 따라서, 매우 결함있는 또는 잡음있는 이미지들 및 서모그래픽 비디오 시퀀스들의 경우, 또는 예를 들어, 가열 및 냉각으로 인해 열 균형 상태가 아닌 측정 대상들의 경우에도, 열 특성들이 추론될 수 있다. 열 입력 AO에 의해 직접 가열되지 않는 환경들에 대한 상대적인 거동을 고려함으로써 결과들이 개선될 수 있다.
상기 분포들은 열의 2차원 전파 및 그에 따른 일정한 열 재료 파라미터들의 인접 영역의 깊이 DW에 관한 결론들을 도출하기 위해 사용될 수 있다.
가열될 영역 OB보다 큰 영역 VO에서 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 결정함으로써, 오직 가열될 영역에서의 온도의 시간 프로파일만이 결정되는 이미 공지된 솔루션들과는 달리, 예를 들어 주위 온도에서의 변화들과 같은 중첩된 독립적 외부 효과들 또는 예를 들어, 소음 또는 결함있는 교정으로 인한 측정 시스템(3)의 결함들과 같은 중첩된 독립적 내부 효과들은 보상될 수 있다. 결과적으로, 시험편 PO의 표면 근처 구조의 관심있는 파라미터들 DW는 지금까지 가능했던 것보다 정확하게 검출될 수 있다.
특히, 열 센서 수단(3)의 해상도 크기 정도의 매우 작은 온도 변화들에 있어서, 잡음은 시스템(1)의 측정 정확도에 상당한 영향을 미친다. 종래 기술에서는, 개선된 및 그에 따라 더 값비싼 측정 기술을 사용하여 또는 증가된 열 입력을 사용하여, 즉, 가열될 표면의 더 높은 시작 온도를 사용하여 이러한 문제를 처리하기 위해 노력하였다. 그러나, 예를 들어, 식품 산업에서와 같이 다수의 적용들에 있어서, 콜드 체인을 유지하기 위해서는 열 입력 제한이 요구된다. 본 발명의 솔루션을 사용하면 종래 기술에서 가능했던 것보다 잡음이 더 양호하게 보상될 수 있기 때문에, 열 입력의 양이 또한 종래 기술에 비해 감소될 수 있어서, 검사 수단(1)의 적용 분야가 증가한다.
열 센서 수단(3)에 대한 가열 수단(2)의 콤팩트한 배열 및 용이한 배향의 가능성을 달성하기 위해, 가열 수단(2)의 광 경로 내에 미러(mirror)가 제공될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 파라미터 DW는 테스트 대상 PO의 벽 WA의 두께 DW이다. 실제로, 많은 경우들에서, 테스트 대상 PO의 벽 WA의 두께 DW를 비파괴 방식으로 식별할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 특히 모든 종류의 중공 본체들 PO, 예를 들어 컨테이너들 또는 도관들과 같은 기술적 중공 본체들 또는 예를 들어, 중공 초콜릿 본체들 PO과 같은 식료품으로서 제공되는 중공 본체들에 대해 해당된다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 파라미터 DW는 테스트 대상 PO의 벽의 밀도이다. 또한, 테스트 대상 PO의 벽 WA의 밀도를 비파괴 방식으로 식별할 수 있는 것은 실제로 종종 바람직하다. 이것은 특히, 밀도에서의 변화가 이물질의 포함을 표시하는 주조 본체들 PO의 경우 해당된다. 특히, 그에 따라 주조 본체 PO 내에 존재하는 공기 포함물이 식별될 수 있다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개에 따르면, 가열될 표면 영역 BO는 포인트-형상으로; 개방 곡선 형태로 선형으로; 폐쇄 곡선 형태로 선형으로; 원형 또는 타원형으로 구성된다. 열량의 입력은 고농축 및/또는 집중적인 방식으로 시행될 수 있어서, 열량은 작게 유지될 수 있다. 실험은, 가열될 표면 영역 BO가 선형 폐쇄 곡선의 형태를 갖는 경우, 특히 정확한 결과들이 달성될 것임을 나타내었다. 이러한 경우, 특히, 곡선으로 둘러싸인 영역 OB 및 이의 외부 둘 모두의 표면 OF에서 발생하는 공간적 온도 분포 OTV를 평가하는 것이 가능하다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열될 표면 영역 BO는 가열될 적어도 2 개의 이격된 표면 하위영역을 포함하고, 이들은 측정될 동일한 표면 영역 VO의 부분들이다. 이러한 상황에서, 가열될 표면 하위 영역들 사이에 위치된 표면 OF의 부분 및 가열될 표면 하위 영역들 사이에 위치되지 않은 표면 OF의 부분 둘 모두는 공간적 온도 분포 OTV의 측면에서 검사될 수 있고, 이는 측정의 정확도 레벨을 추가로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단(3)은 전자기파 EW를 이용하여 가열될 표면 영역 BO에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 전자기파 EW는 예를 들어, 마이크로파, 광파 또는 레이저 광파일 수 있다. 여기서 특히 유리한 것은, 가열 수단(2)이 열 센서 수단(3)의 검출 영역 EB를 손상시키지 않도록 가열 수단(2)이 시험편 PO으로부터 일정 거리에 배열될 수 있다는 것이다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개(미도시)에 따르면, 가열 수단(2)은 기계적 여기를 이용하여 가열될 표면 영역 OB에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 상기 기계적 여기는 예를 들어 초음파를 이용하여 비접촉 방식으로 접촉하거나 시행될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개(미도시)에 따르면, 가열 수단(2)은 열 전도를 이용하여 가열될 표면 영역 OB에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 본 발명의 집중된 열 입력이 달성될 수 있어서, 영의 양은 특히 적을 수 있다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개(미도시)에 따르면, 가열 수단(2)은 가열될 표면 영역 OB에서 전류를 생성함으로써 가열될 표면 영역 OB에 열 에너지를 인가하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 열 에너지는 가열될 표면 영역에 실질적으로 손실 없는 방식으로 인가될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개(미도시)에 따르면, 열 센서 수단(3)은 1차원 센서, 예를 들어, 디지털 라인 센서를 포함한다. 예를 들어, 센서는 CCD 라인 센서, CMOS 라인 센서 또는 아날로그 라인 센서일 수 있다. 이러한 라인 센서들은 저비용으로 이용가능하고, 공간적 온도 분포가 1차원, 즉, 선형 방식으로 결정되는 경우 특히 적합하다. 그러나, 원칙적으로, 라인 센서들을 사용하는 동안 몇몇 선형 샷(shot)들을 이용하여 2차원 열 이미지를 생성하는 것이 가능하다.
본 발명의 편리한 추가적인 전개에 따르면, 열 센서 수단(3)은 2차원 센서, 예를 들어, 디지털 이미지 센서를 포함한다. 상기 센서는 예를 들어, CCD 매트릭스 센서, CMOS 매트릭스 센서 또는 아날로그 매트릭스 센서일 수 있다. 이러한 센서들은 또한 저비용으로 이용가능하지만; 이들은 오직 하나의 샷만을 사용함으로써 2차원 열 이미지가 캡쳐되게 할 수 있다.
추가적인 양상에서, 본 발명은 테스트 대상에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 방법을 포함하고, 이 방법은,
가열 수단(2)을 이용하여 테스트 대상 PO의 가열될 표면 영역 BO에 열 에너지를 인가하는 단계;
열 에너지의 인가에 후속하여, 열 센서 수단(3)을 이용하여 테스트 대상 PO의 측정될 표면 영역 VO 상의 공간적 온도 분포 OTV의 시간 프로파일 ZV를 검출하는 단계 ―측정될 표면 영역 VO는, 가열될 표면 영역 BO 뿐만 아니라 가열될 표면 영역 BO에 인접하는 외측 표면 영역 AO를 포함함―; 및
측정될 표면 영역 VO에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터 DW를 검출하기 위해 평가 수단(4)을 이용하여 공간적 온도 분포 OTV의 시간 프로파일 ZV를 평가하는 단계
를 포함한다.
도 2는 테스트 대상 PO 뿐만 아니라, 테스트 대상 PO에서 측정될 표면 영역 VO의 영역에서 시간적으로 오프셋된 방식으로 캡처된 공간적 온도 분포 OTV의 확대된 예시적인 시간 프로파일 ZV를 열 이미지들의 형태로 도시한다.
열 센서 수단(3)은 방사에 의해 가열된 포인트 BO를 둘러싸는 영역에서 측정 대상 PO의 표면 온도를 시간의 경과에 따라 검출하도록 기능할 수 있다. 도 2에서, 이러한 상황은 좌측의 특정 포인트들에서 가열된 측정 대상 PO로 도시된다.
공간적 온도 분포 OTV의 시간 프로파일 ZV는 시간 t1, t2, t3, t4 및 t5에서 2차원 방식으로 캡처되고 도 2의 우측에 도시되는 열 이미지들에 의해 도시된다.
특히 열 센서 수단(3)의 열 해상도와 관련된 매우 작은 온도 증가로도, 측정된 열 분포가 그 잡음에 의해 중첩되는 문제점이 존재한다. 이러한 환경은 컬러-코딩된 온도 분포를 이용하여 도 2에서 쉽게 확인할 수 있다.
포인트 BO 대신 몇몇 포인트들 BO가 광학기(회절 광학 엘리먼트 DOE))를 이용하여 동시에 또는 스캐너 부분 상에서 차례로 측정 대상에 맵핑될 수 있다. 그 다음, 열 검출은 각각의 이미지에 대해 개별적으로 수행되거나 또는 열의 작용으로부터 충분히 짧은 시간 간격으로 시행되어야 한다.
도 3은 공간적 온도 분포 OTV의 시간 프로파일 ZV를 시간적으로 오프셋된 위치/온도 프로파일들 OTV의 형태로 예시적으로 도시한다. 위치/온도 프로파일들 OTV는 시간 t1, t2, t3, t4 및 t5에서 1차원 방식으로, 즉 x 방향에서의 온도 분포들을 표시한다.
도 4는, 좌측에서, 큰 두께 DW의 벽 WA를 갖는 테스트 대상 PO의 단면 평면도에서 예시적인 온도 분포 및 우측에서, 더 작은 두께 DW의 벽 WA를 갖는 테스트 대상 PO의 단면 정면도에서 예시적인 온도 분포를 도시한다. 온도 분포들은 각각의 경우 등온선들 IT1, IT2, IT3, 즉, 동일한 온도의 라인들로 도시된다.
모든 다른 것들은 일정하게 유지되고 벽 WA의 두께 DW가 감소하는 것은, x 방향으로, 즉 표면 OF와 평행한 더 큰 영역에 걸쳐 등온선들이 연장되는 것을 초래함을 도 4로부터 명백하게 확인할 수 있다.
열 전도로 인해, 열 에너지는 측정 대상 내에서 전파되고, 이는 표면 OF에서 변하는 열 분포를 이용하여 검출될 수 있다. 이것은 몇 초 범위의 온도 분포 OTV의 시간 프로파일과 함께 도 2의 우측에 도시된다. 두꺼운 및 얇은 벽들 WA의 경우, 2개의 전파 변형이 도 4에 도시된다. 따라서, 깊이 방향으로 무한대로 연장되고 높은 열전도도를 갖는 부피가 주어지면, 전파는 깊이 방향, 즉 z 방향 및 횡방향, 즉 x 방향으로 진행하고, 평평한 부피의 경우, 전파는 본질적으로 가로 방향이다. 특정하게 정의된 시점들에서의 시간 프로파일 및/또는 열 분포를 이용하여, 측정 대상 PO의 벽들 WA의 두께 DW 및/또는 몸체의 형상은 일관되게 높은 레벨의 열 전도를 이용하여 결정될 수 있다.
다양한 영향 팩터들, 측정 대상의 온도 및 주변 온도, 환경의 공기 이동 및/또는 방사 뿐만 아니라 측정 대상의 비열 용량 및 열전도도는 초기 열 입력, 측정 시작 시의 온도, 측정 대상 PO 내의 열의 전파, 및 그에 따른 공간적 온도 분포 OTV의, 표면 OF 상에서 식별될 수 있는 시간 프로파일을 결정한다. 방사율은 열 촬상 카메라의 파장 범위 내에서 실제 표면 온도와 식별된 방사 사이의 관계를 정의하다.
도 5는 본 발명의 서모그래픽 검사 수단(1)의 제 2 실시예의 개략적인 평면도 뿐만 아니라 확대된 표현의 테스트 대상 PO의 관련된 개략적 정면도를 도시한다.
본 발명의 특히 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 수단(2)은 가열될 몇몇 표면 영역들 BO1, BO2에 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 열 에너지를 인가하도록 구성되고, 열 센서 수단(3)은 측정될 테스트 대상 PO의 몇몇 표면 영역들 VO1, VO2 상에서 열 에너지의 인가에 후속하는 공간적 온도 분포들의 이러한 시간 프로파일을 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 검출하도록 구성되고, 측정될 표면 영역들 VO1, VO2 각각은 가열될 표면 영역들 BO1, BO2 중 하나 뿐만 아니라 가열될 각각의 표면 영역 BO1, BO2에 인접하는 하나의 외측 표면 영역 AO1, AO2를 포함하고; 평가 수단(4)은 공간적 온도 분포들의 시간 프로파일들을 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 평가하여, 측정될 몇몇 표면 영역들 VO1, VO2에서 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터 DW를 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 검출하도록 구성된다.
여기서 "동시에"는 각각의 이벤트들이 동일한 시점에 시작하고 동일한 시점에 종료하는 것을 의미하도록 가정된다. 또한, "시간-중첩"은 나중의 이벤트의 시작이 이전 이벤트의 시작과 종료 사이에 있음을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 이러한 추가적인 전개의 상황 내에서, 짧은 시간 기간에 다수의 표면 영역들 VO1, VO2를 검사하는 것이 가능하다.
가열 수단(2)이 전자기파 EW를 방출하도록 구성된 경우, 가열 수단(2)은 생성된 전자기파 EW를 가열될 몇몇 표면 영역들 BO1, BO2에 초점을 맞추는 광학기(5)를 포함할 수 있다.
도 6dms 본 발명의 서모그래픽 검사 수단(1)의 제 3 실시예의 개략적인 평면도 뿐만 아니라 확대된 표현의 테스트 대상 PO의 관련된 개략적 정면도를 도시한다. 도 6에서, 가열 디바이스(2), 열 센서 수단(3) 및 경사 검출 수단(6)은 하나의 평면 내에 있는 것으로 도시된다. 이것은 오직 도면과 관련된 이유때문이다. 실제로, 가열 디바이스(2) 및 열 센서 수단(3)이 제 1 평면에 걸쳐 있고, 열 센서 수단(3) 및 경사 검출 수단(6)이 제 2 평면에 걸쳐 있고, 이러한 평면들이 예를 들어, 서로에 대해 직각으로 배열되는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 평가 수단(4)은 공간적 온도 분포의 시간 프로파일의 평가 시에 열 센서 수단(3)의 광축에 대한, 측정될 표면 영역 VO의 경사 NE의 공간적 프로파일을 고려하도록 구성된다.
테스트 대상 PO 내의 열 플럭스의 정확한 평가를 위해, 표면 OF를 따른 온도 분포를 결정하는 것이 필요하다. 그러나, 투사 왜곡으로 인해 예를 들어 열 센서 수단(3)의 광학 특성 때문에, 표면을 따라 직접적으로 온도 분포를 결정하는 것은 불가능하다. 특히, 이것은 열 센서 수단(3)의 시선, 즉 광축 OA이 각각의 측정 포인트에 수직으로 입사하지 않는 경우에 적용되며, 이는 특히 광축 OA에 수직으로 배열된 평면에 대해 경사진 테스트 대상 PO의 평면 표면 OF의 경우 또는 광축 OA에 수직으로 배열된 평면에 대해 적어도 일부 영역들에서 명백하게 경사진 테스트 대상 PO의 곡선 표면 OF의 경우이다.
또한, 경사진 표면, 특히 곡면 표면들 OF에 있어서, 가열될 표면 영역 BO의 크기 및 형상은 표면들 OF의 경사 및/또는 곡률에 의존할 수 있어서, 각각의 표면 영역에 고유한 열량이 또한 변하는 문제가 발생한다.
열 센서 수단(3)의 광축 OA에 대한 측정될 표면 영역 VO의 경사 NE의 공간적 프로파일을 고려함으로써, 투사 왜곡으로 인한 에러들 뿐만 아니라 표면 영역에 고유한 열량에서의 변화로 인한 에러들이 보상될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 가열 디바이스(2)는 테스트 대상 PO의 가열될 표면 영역 BO로의 열 에너지의 인가가 경사 NE의 공간적 프로파일의 함수로서 시행되도록 구성된다.
그 결과, 경사 NE의 공간적 프로파일에 따라 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어로의 열량의 입력을 받는 것이 가능하다. 예를 들어, 가열 디바이스(2)의 전력 또는 가열 디바이스(2)의 작동 지속기간은 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어를 받을 수 있다. 이러한 방식으로, 한편으로는 가열될 표면 영역 BO가 열 인가 방향에 거의 수직인 경우 테스트 대상 PO의 국부적인 과열 및 다른 한편으로는 가열될 표면 영역 OB가 열 인가 방향에 거의 평행한 경우 테스트 대상 PO의 평가불가능한 소량의 가열이 회피될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 서모그래픽 검사 수단(1)은 경사 NE의 공간적 프로파일을 검출하기 위한 경사 검출 수단(6)을 포함한다. 예를 들어, 경사 검출 수단(6)은 레이저 광 섹션 카메라(6)를 포함할 수 있다. 광학 레이저 광 섹션 카메라(6)를 이용하면, 테스트 대상 PO에서의 입사 포인트의 위치 뿐만 아니라 표면 OF의 곡률 및 배향은 가열 수단(2)의 공지된 광학 경로를 이용한 삼각 측량으로 인해 용이하게 결정될 수 있다. 레이저 광 섹션 카메라(6)는 가열 수단(2)의 스펙트럼으로 튜닝될 수 있다.
이를 위해, 가열될 표면 영역의 위치는 가열될 표면 영역의 정확한 국부화를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 필요하다면, 커버된 영역을 증가시키고 그에 따라 해상도를 증가시키기 위해, 가열을 위해 사용되는 레이저를 이용하여 또는 별개의 레이저를 이용하여 추가적인 라인이 생성될 수 있다. 즉, 경사 NE의 공간적 프로파일은 가열 프로세스와는 별개로 초기에 높은 해상도로 검출될 수 있고, 이러한 경우 가열될 표면 영역 BO는 일치하는 경사 NE의 공간 프로파일 및 공간적 온도 분포 공간 온도 OTV를 렌더링하기 위한 기준으로서 기능할 수 있다.
이러한 방식으로, 복잡한 외측 형상들을 갖는 테스트 대상들이, 상기 형상들이 명시적으로 공지되지 않아도 검사되는 것이 또한 가능하다.
도 7은 교정 본체를 생성하기 위한 주조 몰드의 개략적인 3차원 표현 뿐만 아니라 이러한 주조 몰드를 이용하여 생성된 교정 본체의 개략적인 3차원 표현을 도시한다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에 따르면, 서모그래픽 검사 수단(1)은 교정 본체(8) 특히 웨지형 교정 본체(8)를 생성하기 위한 주조 몰드(7)를 포함한다. 조사에 의한 열 입력은 전력의 스펙트럼 및 공간적 분포 및 소스에 의해 조사되는 표면적 뿐만 아니라 표면의 반사 및/또는 흡수 계수에 의존한다. 다수의 영향 팩터들로 인해, 그리고 이들의 크기가 때때로 가변적이거나 식별하기 쉽지 않다는 사실로 인해, 표면 근처 구조를 검사하기 전에 배열(1)의 교정이 유리하다. 이를 위해, 식별될 수 있고 측정 대상 PO와 동일한 재료로부터 생성된 하부 값부터 상부 값까지 범위의 공지된 두께들 d1 및 d2를 갖는 웨지 형상을 갖는 교정 본체(8)가 사용될 수 있다. 제공된 주조 몰드(7)는 각각의 테스트 대상 PO에 대응하는 교정 본체들(8)을 용이하게 생성하게 한다.
주조 몰드(7)는, 슬릿(10)을 포함하고 교정 본체(8)의 두께 d가 변화하는 방향을 따라 연장되는 바닥(9)을 포함한다. 또한, 주조 몰드(7)는 측방향 벽들(11) 뿐만 아니라 슬릿(10)에 대한 폐쇄부(12)를 갖는다. 주조 몰드(7)는 상단에서 개방되어, 슬릿(10)이 폐쇄부(12)로 폐쇄되는 경우 주조가능한 재료로 채워질 수 있다. 주조가능한 재료가 응고되면, 폐쇄부(12)가 제거되어 교정 본체(8)의 하부는 슬릿(10)의 영역에서 노출된다. 이제, 슬롯(10)의 영역에서 교정 본체(8) 내의 온도 전파가 주조 몰드(7)에 의해 사실상 영향받지 않기 때문에, 여전히 주조 몰드(7) 내에 위치된 교정 본체(8)는 교정을 위해 사용될 수 있다. 마킹(13)은 교정 동안 교정 본체(8)를 위치시키도록 기능한다.
도 7에 도시된 주조 몰드(7)는 주조가능한 재료로부터 교정 본체(8)를 생성하기 위해 제공된다. 몰드(7)는, 폐쇄부(12)가 제거가능하여 교정 본체(8)가 슬릿(10) 위로 노출되도록 구성된다. 마킹(13)을 이용하여, 슬릿(10)의 중심의 위치 및 교정 본체(8)의 두께는 2개의 마킹(13) 사이의 직선 연결 라인을 따라 외부로부터 판독될 수 있고, 교정 시에 고려될 수 있다. 광학 파라미터들을 식별하기 위해, 교정 본체(8)는 적절한 회전축을 중심으로 회전된다. 이러한 방식으로 표면 특성들이 측정 프로세스에 미치는 영향을 결정할 수 있다.
참조 부호들:
1 서모그래픽 검사 수단
2 가열 디바이스
3 열 센서 수단
4 평가 수단
5 빔 스플리터
6 경사 검출 수단
7 주조 몰드
8 교정 본체
9 바닥
10 슬릿
11 측방향 벽들
12 폐쇄부
13 마킹
PO 테스트 대상
OF 표면
BO 가열될 표면 영역
VO 측정될 표면 영역
AO 측정될 외측 표면 영역
DW 테스트 대상의 벽의 두께
EB 검출 영역
OA 광축
WA 벽
EW 전자기파
ZV 공간적 온도 분포의 시간 프로파일
OTV 공간적 온도 분포
d 교정 본체의 두께
출처:
[1] US 2004/0076216 A1
[2] US 2008/0137105 A1
[3] GB 2 235 604 A
[4] US 2008/0291465 A1
[5] US 2008/0307886 A1
[6] US 6,387,715 B1
[7] Infrared thermography for inspecting the adhesion integrity of plastic welded joints, M Omar, M Hassan, K Donohue, K Saito, R Alloo - NDT & E International, Volume 39, Issue 1, Pages 1-7, 2006

Claims (17)

  1. 테스트 대상(PO)에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사를 위한 서모그래픽 검사 수단으로서,
    상기 테스트 대상(PO)의 가열될 표면 영역(BO)에 열 에너지를 인가하기 위한 가열 디바이스(2);
    상기 열 에너지의 인가에 후속하여, 상기 테스트 대상(PO)의 측정될 표면 영역(VO) 상의 공간적 온도 분포의 시간 프로파일을 검출하기 위한 열 센서 수단(3) ―상기 측정될 표면 영역(VO)은, 상기 가열될 표면 영역(BO) 뿐만 아니라 상기 가열될 표면 영역(BO)에 인접하는 측정될 외측 표면 영역(AO)을 포함함―; 및
    상기 측정될 표면 영역(VO)에서 상기 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터(DW)를 검출하기 위해 상기 공간적 온도 분포(OTV)의 시간 프로파일(ZV)을 평가하기 위한 평가 수단(4)
    을 포함하는,
    서모그래픽 검사 수단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터(DW)는 상기 테스트 대상(PO)의 벽(WA)의 두께(DW)인,
    서모그래픽 검사 수단.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터(DW)는 상기 테스트 대상(PO)의 벽(WA)의 밀도인,
    서모그래픽 검사 수단.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열될 표면 영역(BO)은 포인트-형상으로; 개방 곡선 형태로 선형으로; 폐쇄 곡선 형태로 선형으로; 원형 또는 타원형으로 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열될 표면 영역(BO)은 가열될 적어도 2 개의 이격된 표면 하위영역들을 포함하고, 상기 표면 하위영역들은 측정될 동일한 표면 영역(VO)의 부분들인,
    서모그래픽 검사 수단.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(2)은 전자기파(EW)를 이용하여 상기 가열될 표면 영역(BO)에 열 에너지를 인가하도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(2)은 기계적 여기(excitation)를 이용하여 상기 가열될 표면 영역(BO)에 열 에너지를 인가하도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(2)은 열 전도를 이용하여 상기 가열될 표면 영역(BO)에 열 에너지를 인가하도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단은 상기 가열될 표면 영역(BO)에서 전류를 생성함으로써 상기 가열될 표면 영역(BO)에 열 에너지를 인가하도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 센서 수단(3)은 1차원 센서, 예를 들어, 디지털 라인 센서를 포함하는,
    서모그래픽 검사 수단.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 센서 수단(3)은 2차원 센서(3), 예를 들어, 디지털 이미지 센서(3)를 포함하는,
    서모그래픽 검사 수단.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단(2)은 가열될 몇몇 표면 영역들(BO1, BO2)에 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 열 에너지를 인가하도록 구성되고, 상기 열 센서 수단(3)은 측정될 상기 테스트 대상(PO)의 몇몇 표면 영역들(VO1, VO2) 상에서 상기 열 에너지의 인가에 후속하는 상기 공간적 온도 분포들(OTV)의 이러한 시간 프로파일들(ZV)을 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 검출하도록 구성되고, 상기 측정될 표면 영역들(VO1, VO2) 각각은 상기 가열될 표면 영역들(BO1, BO2) 중 하나 뿐만 아니라 가열될 각각의 표면 영역(BO1, BO2)에 인접하는 하나의 외측 표면 영역(AO1, AO2)을 포함하고; 상기 평가 수단(4)은 상기 공간적 온도 분포들(OTV)의 상기 시간 프로파일들(ZV)을 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 평가하여, 측정될 몇몇 표면 영역들(VO1, VO2)에서 상기 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터(DW)를 동시에 또는 시간-중첩 방식으로 검출하도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 수단(4)은 상기 공간적 온도 분포(OTV)의 상기 시간 프로파일(ZV)의 평가 시에 상기 열 센서 수단(3)의 광축(AO)에 대한, 상기 측정될 표면 영역(VO)의 경사(NE)의 공간적 프로파일을 고려하도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서모그래픽 검사 수단(1)은 상기 경사(NE)의 공간적 프로파일을 검출하기 위한 경사 검출 수단(6)을 포함하는,
    서모그래픽 검사 수단.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 디바이스(2)는 상기 테스트 대상(PO)의 상기 가열될 표면 영역(BO)으로의 열 에너지의 인가가 상기 경사(NE)의 상기 공간적 프로파일의 함수로서 시행되도록 구성되는,
    서모그래픽 검사 수단.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서모그래픽 검사 수단(1)은 교정 본체(8) 특히 웨지형 교정 본체(8)를 생성하기 위한 주조 몰드(7)를 포함하는,
    서모그래픽 검사 수단.
  17. 테스트 대상(PO)에서 표면 근처 구조의 비파괴 검사 방법으로서,
    가열 수단(2)을 이용하여 상기 테스트 대상(PO)의 가열될 표면 영역(BO)에 열 에너지를 인가하는 단계;
    상기 열 에너지의 인가에 후속하여, 열 센서 수단(3)을 이용하여 상기 테스트 대상(PO)의 측정될 표면 영역(VO) 상의 공간적 온도 분포(OTV)의 시간 프로파일(ZV)을 검출하는 단계 ―상기 측정될 표면 영역(VO)은, 상기 가열될 표면 영역(BO) 뿐만 아니라 상기 가열될 표면 영역(BO)에 인접하는 외측 표면 영역(AO)을 포함함―; 및
    상기 측정될 표면 영역(VO)에서 상기 표면 근처 구조의 적어도 하나의 파라미터(DW)를 검출하기 위해 평가 수단(4)을 이용하여 상기 공간적 온도 분포(OTV)의 상기 시간 프로파일(ZV)을 평가하는 단계를 포함하는,
    비파괴 검사 방법.
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