RU2626227C1 - Method for determining material defects - Google Patents
Method for determining material defects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626227C1 RU2626227C1 RU2016110048A RU2016110048A RU2626227C1 RU 2626227 C1 RU2626227 C1 RU 2626227C1 RU 2016110048 A RU2016110048 A RU 2016110048A RU 2016110048 A RU2016110048 A RU 2016110048A RU 2626227 C1 RU2626227 C1 RU 2626227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- defect
- defects
- chemical composition
- thermal
- temperature
- Prior art date
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 14
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000004006 olive oil Substances 0.000 description 1
- 235000008390 olive oil Nutrition 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/48—Thermography; Techniques using wholly visual means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
- G01J5/605—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using visual determination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
- G01N2021/392—Measuring reradiation, e.g. fluorescence, backscatter
- G01N2021/393—Measuring reradiation, e.g. fluorescence, backscatter and using a spectral variation of the interaction of the laser beam and the sample
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-диагностическим технологиям, в частности к способам обнаружения и исследования дефектов материала, определения его размеров и идентификации его по химическому составу и дает возможность проводить работы на любых поверхностях, например, интерьеров и экстерьеров музейных комплексов.The invention relates to control and diagnostic technologies, in particular to methods for detecting and investigating material defects, determining its size and identifying it by chemical composition and makes it possible to carry out work on any surfaces, for example, interiors and exteriors of museum complexes.
Известен способ определения дефектов в материалах с помощью тепловизора (Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение. - М.: Интел универсал, 2002, с. 7), заключающийся в регистрации теплового излучения твердых тел (дефекта) тепловой камерой тепловизора и определении наличия зон с пиковыми значениями температур. Недостатком аналога является невозможность идентифицировать дефект с определенным химическим составом вещества, а так же его координату.A known method for determining defects in materials using a thermal imager (Vavilov V.P., Klimov A.G. Thermal imagers and their use. - M .: Intel universal, 2002, p. 7), which consists in recording the thermal radiation of solids (defect) thermal imager camera and determining the presence of zones with peak temperatures. The disadvantage of the analogue is the inability to identify a defect with a specific chemical composition of the substance, as well as its coordinate.
Известен способ определения дефектов в материалах, выбранный в качестве прототипа (Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение. - М.: Интел универсал, 2002, с. 23), заключающийся в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом, проецировании камеры тепловизора на исследуемый объект, измерении распределения температурного поля на данной поверхности, выявлении наличия температурных пиков на поверхности объекта, по которым делается вывод о наличии дефекта на рассматриваемом участке поверхности. Недостатком прототипа является то, что для оптически непрозрачных объектов тепловизионные устройства фиксируют исключительно поверхностные эффекты: температуру поверхности и величину коэффициентов излучения (поглощения) и отражения. Внутренние феномены могут проявляться (появление температурных пиков на экране тепловизора) на контролируемой поверхности благодаря тому или иному механизму теплопередачи, что обуславливает невозможность идентифицировать дефект с определенным химическим составом вещества, а также его координату.A known method for determining defects in materials, selected as a prototype (Vavilov V.P., Klimov A.G. Thermal imagers and their use. - M .: Intel universal, 2002, p. 23), which consists in a preliminary visual determination of the surface area of the material with a defect, projecting the camera of the thermal imager on the object under investigation, measuring the distribution of the temperature field on this surface, identifying the presence of temperature peaks on the surface of the object, from which it is concluded that there is a defect in the considered surface area. The disadvantage of the prototype is that for optically opaque objects, thermal imaging devices capture only surface effects: surface temperature and the magnitude of the emissivity (absorption) and reflection. Internal phenomena can occur (the appearance of temperature peaks on the thermal imager screen) on a controlled surface due to a particular heat transfer mechanism, which makes it impossible to identify a defect with a specific chemical composition of the substance, as well as its coordinate.
Техническим результатом заявляемого способа является определение химического состава, дефект и координаты его местоположения.The technical result of the proposed method is to determine the chemical composition, defect and coordinates of its location.
Способ определения дефектов материала, заключается в предварительном визуальном определении участка поверхности материала с дефектом, наведении камеры тепловизора на исследуемую поверхность и одновременном сканировании исследуемого участка поверхности материала лучом лазера на длине световой волны в области характеристической полосы поглощения, идентифицирующей химический состав вещества дефекта, после чего измеряют распределение температурного поля на данной поверхности и выявляют наличие температурных пиков на поверхности материала, что позволяет по наличию контрастных участков в поле тепловизора определить наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения.A method for determining material defects consists in preliminary visual determination of a surface area of a material with a defect, pointing of the thermal imager camera on the surface to be examined, and simultaneous scanning of the surface area of the material to be studied by a laser beam at a light wavelength in the region of the characteristic absorption band identifying the chemical composition of the defect substance, and then measure distribution of the temperature field on a given surface and the presence of temperature peaks on the surface of m Therians that allows for the presence of contrast areas in the field of thermal imaging to determine the presence of defects, their chemical composition and location coordinates.
Координаты дефекта по вертикальной и горизонтальной осям определяют в процессе сканирования поверхности лучом лазера и камерой тепловизора. В процессе сканирования на снимках, полученных камерой тепловизора, выявляют зоны с температурой, существенно отличающейся от основного фона, вследствие эффекта поглощения излучения лазера в области характеристических полос поглощения вещества материала. Границы таких участков являются границами дефекта, а координаты этих участков являются координатами дефекта. Длительность облучения материала лучом лазера определяет глубину, на которой расположен дефект. При одинаковой длительности облучения материала дефект, находящийся на поверхности образца, получит большее количество энергии, чем дефект, находящийся в объеме. Это обусловлено тем, что при прохождении излучением границы раздела сред воздух-материал часть энергии источника излучения теряется при отражении. По мере прохождения излучения лазера вглубь материала часть энергии источника также теряется вследствие рассеяния. Величина этих потерь зависит от глубины, на которой находится дефект. В результате поглощения излучения лазера на длине световой волны в области характеристической полосы поглощения, идентифицирующей строение вещества дефекта, появляется контраст между температурным фоном и температурой дефекта вследствие точечного повышения температуры вещества, имеющего характеристические полосы поглощения, совпадающие с длиной волны лазерного излучения. Длину волны излучения лазера выбирают в области поглощения излучения, соответствующей определяемому материалу дефекта. Вариации источника излучения по выходной мощности и размеру изображения источника излучения позволяют определить координаты и химическое строение дефекта. Определение наличия дефекта, его химического состава и координат стало возможным благодаря тому, что в предлагаемом способе одновременно используется тепловизор, а также независимый источник излучения (лазер), работающий на длине световой волны поглощения дефекта.The defect coordinates along the vertical and horizontal axes are determined in the process of scanning the surface with a laser beam and a thermal imager camera. During scanning, zones with a temperature significantly different from the main background are detected in the images obtained by the thermal imager camera due to the absorption effect of laser radiation in the region of characteristic absorption bands of the material substance. The boundaries of such sections are the boundaries of the defect, and the coordinates of these sections are the coordinates of the defect. The duration of irradiation of the material with a laser beam determines the depth at which the defect is located. With the same duration of irradiation of the material, a defect located on the surface of the sample will receive a greater amount of energy than a defect located in the volume. This is due to the fact that when radiation passes through the air-material interface, part of the energy of the radiation source is lost during reflection. As the laser radiation travels deeper into the material, part of the source energy is also lost due to scattering. The magnitude of these losses depends on the depth at which the defect is located. As a result of the absorption of laser radiation at a wavelength of light in the region of the characteristic absorption band identifying the structure of the defect substance, a contrast appears between the temperature background and the temperature of the defect due to a point increase in the temperature of a substance having characteristic absorption bands that coincide with the laser wavelength. The laser radiation wavelength is selected in the radiation absorption region corresponding to the defect material being determined. Variations of the radiation source in terms of output power and image size of the radiation source make it possible to determine the coordinates and chemical structure of the defect. The determination of the presence of a defect, its chemical composition and coordinates became possible due to the fact that the proposed method simultaneously uses a thermal imager, as well as an independent radiation source (laser) operating at the defect absorption wavelength.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
На фиг. 1 изображена принципиальная схема мехатронного комплекса.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a mechatronic complex.
На фиг. 2 изображен график зависимости поглощения от волнового числа.In FIG. 2 is a graph of absorption versus wave number.
На фиг. 3 изображена фотография дефекта, полученная тепловизионной камерой.In FIG. 3 shows a photograph of a defect obtained by a thermal imaging camera.
Для реализации заявляемого способа сконструирован макет мехатронного комплекса, который включает лазер 1, тепловизор 2, манипулятор 3, тележку 4. Лазер 1 и тепловизор 2 жестко закреплены на манипуляторе 3 с помощью крепежного элемента. Манипулятор 3 установлен на тележку 4 и фиксируется с помощью разъемного соединения. Такая конструкция позволяет производить съемку с заданным шагом для проведения максимально точного измерения и выявления дефекта. Манипулятор 3 позволяет перемещать лазер и тепловизор в горизонтальной и вертикальной плоскостях.To implement the proposed method, a prototype mechatronic complex was constructed, which includes a
Способ осуществляется следующим образом (применительно к биозаражению поверхности материала).The method is as follows (in relation to the bio-contamination of the surface of the material).
Для проведения эксперимента предварительно визуально определяют места с дефектом. Измерительные приборы тепловизор 2 и лазер 1 с перестраиваемой длиной волны устанавливают на манипулятор 3. Мехатронный комплекс устанавливают на горизонтальную поверхность на расстоянии, необходимом для проведения измерений, которое определяется температурной чувствительностью тепловизионной камеры. Затем лазер 1 и тепловизор 2 перемещают с помощью манипулятора 3 относительно поверхности исследования. Далее производят измерение распределения температурного поля на данной поверхности и выявляют наличие температурных пиков, по которым делается вывод о наличии дефекта на рассматриваемом участке поверхности.For the experiment, previously defective places are visually determined. Measuring instruments a
Пример реализации способа в случае определения дефектов, возникающих при биозаражении. При обследовании поверхности на предмет биозаражения предварительно выполняют визуальное обследование поверхностей с фотофиксацией. Определяют места с повышенным риском заражения биодеструкторами, например в местах протечек, с повышенной запыленностью и т.д. Визуальное обследование может дать представление о следах биозаражения, однако уточненные данные получают после взятия проб с поверхности и последующего анализа в лабораторных условиях.An example of the implementation of the method in the case of determining defects that occur during bioinfection. When examining the surface for bio-contamination, a visual inspection of the surfaces with photofixation is preliminarily performed. Locate places with an increased risk of infection with biodestructors, for example, in places of leaks, with high dust content, etc. A visual examination can give an idea of the traces of bio-contamination, however, updated data is obtained after taking samples from the surface and subsequent analysis in the laboratory.
На фиг. 2 изображен спектр поглощения оливкового масла, следы появления которого часто связаны с нахождением на поверхности микроорганизмов.In FIG. Figure 2 shows the absorption spectrum of olive oil, the traces of which are often associated with the presence of microorganisms on the surface.
На фиг. 3 затемненные точки в местах появления биодеструкторов на экране тепловизора будут более контрастными при поглощении излучения в области 1000 см-1, 1800 см-1, 3000 см-1. Зоны с повышенной концентрацией воды или имеющие характеристические полосы поглощения, позволяющие идентифицировать вещество, будут видны с большим контрастом при облучении лазером в 3 мкм.In FIG. 3 darkened points at the places where biodestructors appear on the thermal imager screen will be more contrasting when radiation is absorbed in the region of 1000 cm -1 , 1800 cm -1 , 3000 cm -1 . Zones with a high concentration of water or with characteristic absorption bands allowing identification of the substance will be visible with high contrast when irradiated with a 3 μm laser.
Из фиг. 2 и фиг. 3 следует, что использование лазеров с длиной волны излучения в области от 1-3 мкм позволяет расширить поле информации предлагаемого мехатронного комплекса.From FIG. 2 and FIG. 3 it follows that the use of lasers with a radiation wavelength in the region of 1-3 microns allows you to expand the information field of the proposed mechatronic complex.
На фиг. 3 показано место облучения лазером на длине волны 0,63 мкм исследуемого объекта. Изображение источника излучения имеет высокую контрастность по отношению к фону.In FIG. Figure 3 shows the place of laser irradiation at a wavelength of 0.63 μm of the object under study. The image of the radiation source has high contrast with respect to the background.
Таким образом, способ позволяет определить наличие дефектов, их химический состав и координаты местоположения дефекта, проводить работы на любых поверхностях, например, интерьеров и экстерьеров музейных комплексов.Thus, the method allows to determine the presence of defects, their chemical composition and coordinates of the location of the defect, to carry out work on any surfaces, for example, interiors and exteriors of museum complexes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016110048A RU2626227C1 (en) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Method for determining material defects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016110048A RU2626227C1 (en) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Method for determining material defects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2626227C1 true RU2626227C1 (en) | 2017-07-24 |
Family
ID=59495889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016110048A RU2626227C1 (en) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Method for determining material defects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626227C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030137318A1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-07-24 | Marian Enachescu | Methods and systems employing infrared thermography for defect detection and analysis |
| US20040028113A1 (en) * | 2000-08-25 | 2004-02-12 | Photon Dynamics, Inc. | Method and apparatus for detection of defects using thermal stimulation |
| RU2403562C1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество Пергам-Инжиниринг ОАО Пергам-Инжиниринг | Method for thermal non-destrictive inspection of heat engineering characteristics of multilayer structures in non-steady heat transfer conditions |
| RU2420730C2 (en) * | 2009-07-09 | 2011-06-10 | Елена Вячеславовна Абрамова | Method for thermal control of heat-transfer resistance of multilayer structure in unsteady heat-transfer conditions |
| KR20130032031A (en) * | 2011-09-22 | 2013-04-01 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | Device and method for detecting of crack using thermography |
| JP2014211340A (en) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 株式会社ジェイテクト | Optical nondestructive inspection device and optical nondestructive inspection method |
-
2016
- 2016-03-18 RU RU2016110048A patent/RU2626227C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040028113A1 (en) * | 2000-08-25 | 2004-02-12 | Photon Dynamics, Inc. | Method and apparatus for detection of defects using thermal stimulation |
| US20030137318A1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-07-24 | Marian Enachescu | Methods and systems employing infrared thermography for defect detection and analysis |
| RU2403562C1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество Пергам-Инжиниринг ОАО Пергам-Инжиниринг | Method for thermal non-destrictive inspection of heat engineering characteristics of multilayer structures in non-steady heat transfer conditions |
| RU2420730C2 (en) * | 2009-07-09 | 2011-06-10 | Елена Вячеславовна Абрамова | Method for thermal control of heat-transfer resistance of multilayer structure in unsteady heat-transfer conditions |
| KR20130032031A (en) * | 2011-09-22 | 2013-04-01 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | Device and method for detecting of crack using thermography |
| JP2014211340A (en) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 株式会社ジェイテクト | Optical nondestructive inspection device and optical nondestructive inspection method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ahi et al. | Quality control and authentication of packaged integrated circuits using enhanced-spatial-resolution terahertz time-domain spectroscopy and imaging | |
| US10094794B2 (en) | Characterization of wrinkles and periodic variations in material using infrared thermography | |
| US9519844B1 (en) | Infrared thermographic methods for wrinkle characterization in composite structures | |
| CN103926274B (en) | Infrared thermal wave radar imaging nondestructive testing method for defects of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) plywood | |
| US6495833B1 (en) | Sub-surface imaging under paints and coatings using early light spectroscopy | |
| US5541413A (en) | Acousto-optic tunable filter-based surface scanning system and process | |
| US10228284B2 (en) | Devices and methods for sensing targets using photothermal speckle detection | |
| EP4354162A2 (en) | Apparatus, method and computer program product for defect detection in work pieces | |
| EP1505384A1 (en) | Method for defect detection utilizing infrared thermography | |
| EP0053167B1 (en) | Procedure and apparatus for examining the surface quality of solid materials | |
| KR20020002214A (en) | Apparatus for inspecting impurity concentration of semiconductor and method of inspecting the same | |
| WO2005052540A2 (en) | Detection of imperfections in precious stones | |
| González et al. | Fast sizing of the width of infinite vertical cracks using constant velocity Flying-Spot thermography | |
| US20030230717A1 (en) | Method and apparatus for the portable identification of material thickness and defects along uneven surfaces using spatially controlled heat application | |
| RU2626227C1 (en) | Method for determining material defects | |
| Thajeel | Numerical modeling of infrared thermography techniques via ANSYS | |
| US20190025231A1 (en) | A method of detection of defects in materials with internal directional structure and a device for performance of the method | |
| JP2011169821A (en) | X-ray analyzer and mapping method for x-ray analysis | |
| Runnemalm et al. | Surface crack detection using infrared thermography and ultraviolet excitation | |
| WO1993022655A1 (en) | Acousto-optic tunable filter-based surface scanning system and process | |
| KR100988471B1 (en) | Apparatus for analyzing cell in real-time and method for measuring cellular metabolism using the same | |
| JP2009002703A (en) | Diamond inspection device | |
| Venckevičius et al. | Terahertz imaging of carcinoma-affected colon tissues fixed in paraffin | |
| RU2725695C1 (en) | Method for determining thermal conductivity of optically transparent materials | |
| RU2658098C1 (en) | Diffraction method for definition of internal defects of products implemented by additive technology |