RU2696933C1 - Тепловой дефектоскоп - Google Patents
Тепловой дефектоскоп Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696933C1 RU2696933C1 RU2018116524A RU2018116524A RU2696933C1 RU 2696933 C1 RU2696933 C1 RU 2696933C1 RU 2018116524 A RU2018116524 A RU 2018116524A RU 2018116524 A RU2018116524 A RU 2018116524A RU 2696933 C1 RU2696933 C1 RU 2696933C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- shutters
- computer
- metal
- curtains
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 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
- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
-
- 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
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неразрушающему контролю скрытых дефектов в композиционных материалах и изделиях активным тепловым методом, используемых в авиакосмической, ракетной, атомной, машиностроительной и энергетической отраслях промышленности. Тепловой дефектоскоп содержит открытый корпус, внутри которого размещены тепловизор и два оптических источника нагрева, в отражателях которых установлены галогеновые лампы. К отражателям с помощью подвижных шарниров прикреплены металлические полые шторки. Внутренние стороны шторок выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7. Внешние стороны шторок, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го. Полости шторок заполнены теплоизоляционным негорючим материалом. Открытие и закрытие шторок обеспечивают соленоиды, сердечники которых прикреплены к подвижным шарнирам. Технический результат - повышение достоверности контроля за счет снижения уровня тепловых помех в контролируемой области. 1 ил.
Description
Изобретение относится к исследованию или анализу материалов с помощью тепловых средств, а именно к неразрушающему контролю активным тепловым методом и может быть использовано для контроля скрытых дефектов в композиционных материалах и изделиях, относящихся к авиакосмической, ракетной, атомной, машиностроительной и энергетической отраслям промышленности.
Известно устройство для проведения активного теплового неразрушающего контроля скрытых дефектов в твердых телах [RU 2509300 С1, МПК G01N 25/72 (2006.01), опубл. 10.03.2014], которое содержит два оптических источника нагрева с использованием галогеновых ламп, снабженных непрозрачными шторками, и тепловизор, соединенный с компьютером. Устройство позволяет проводить испытания материалов и изделий путем тепловой стимуляции их поверхности оптическим источником нагрева с одновременной регистрацией нестационарного температурного поля этой поверхности в процессе нагрева и/или охлаждения в виде последовательности термограмм с помощью тепловизора. Остаточное излучение выключенного оптического источника нагрева перекрывается для устранения отраженного контролируемой поверхности излучения с помощью непрозрачных шторок.
Известно устройство для проведения активного теплового неразрушающего контроля композиционных материалов и металлов, позволяющее обнаруживать скрытые в композиционных материалах и металлах дефекты [Optimizing components and evaluating technical performance of IR thermographic NDT systems, A.O. Chulkov, V.P. Vavilov, S.S. Pawar. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering Volume 9861, 2016. - P. 1-10]. Устройство содержит оптический источник нагрева с использованием четырех галогеновых ламп, оснащенный механизмом перекрытия остаточного теплового излучения ламп после их выключения с помощью непрозрачных шторок, и тепловизор, соединенный с компьютером.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля цилиндрических металлических изделий [RU 142185 U1, МПК G01N 25/00 (2006.01), опубл. 20.06.2014], который содержит два оптических источника нагрева на базе двух управляемых галогеновых ламп в каждом и тепловизор, подключенный к компьютеру. Оптические источники нагрева служат для тепловой стимуляции объекта контроля и подключены к блоку питания, который соединен с компьютером. Оптические источники нагрева снабжены программно-управляемыми непрозрачными шторками. Все элементы устройства расположены по одну сторону контролируемого изделия, которое установлено на испытательном столе, выполненном с возможностью вращения. Устройство вращения соединено с компьютером.
Непрозрачные шторки в процессе длительного контроля нагреваются остаточным излучением выключенных оптических источников нагрева. Собственное излучение шторок, в свою очередь, отражается от поверхности объекта контроля и попадает в поле зрения тепловизора, что затрудняет интерпретацию результатов контроля и снижает его производительность в связи с необходимостью применения сложных математических алгоритмов обработки изображений, а также снижает достоверность результатов контроля в связи с пропуском дефектов и/или обнаружением ложных дефектов.
Предложенный тепловой дефектоскоп позволяет повысить достоверность контроля за счет снижения уровня тепловых помех на поверхности объекта контроля.
Тепловой дефектоскоп, также как в прототипе, содержит два оптических источника нагрева в виде управляемых галогеновых ламп, снабженных непрозрачными шторками, тепловизор, расположенный между оптическими источниками нагрева и подключенный к компьютеру, блок питания.
Согласно изобретению в открытом корпусе теплового дефектоскопа размещены тепловизор и два оптических источника нагрева, в отражателях которых установлены галогеновые лампы. К открытой части отражателей с помощью подвижных шарниров прикреплены металлические полые шторки. Стороны шторок, обращенные к лампам, выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7, а внешние стороны шторок, обращенные к объекту контроля, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го. Полости шторок внутри заполнены теплоизоляционным негорючим материалом с коэффициентом теплопроводности не выше 0,036 Вт/(м×К). К подвижному шарниру каждого оптического источника нагрева прикреплен сердечник соленоида. Оба соленоида подключены к первому электронному ключу, который связан с блоком питания и компьютером. Лампы источника нагрева подключены ко второму электронному ключу, который соединен с блоком питания и компьютером.
Использование предложенной конструкции шторок позволяет повысить достоверность неразрушающих испытаний за счет снижения уровня тепловых помех на поверхности объекта контроля на стадии его остывания, то есть, после прекращения нагрева. Стороны шторок, выполненные из материала с высоким коэффициентом отражения, обращенные к лампам, после отключения ламп отражают остаточное излучение источника нагрева, а теплоизоляционный слой в полости шторок исключает теплопередачу между внутренними и внешними сторонами шторок. Внешние стороны шторок, выполненные из материала с высоким коэффициентом поглощения, снижают вероятность отражения инфракрасного излучения окружающих предметов от шторок на инспектируемую область поверхности объекта контроля.
На фиг. 1 схематично изображен тепловой дефектоскоп.
Тепловой дефектоскоп содержит открытый корпус 1, внутри которого размещены два оптических источника нагрева, в отражателях 2 и 3 которых установлены галогеновые лампы 4 и 5 (одна или несколько в каждом). К открытой части отражателей 2 и 3 с помощью подвижных шарниров 6 и 7 прикреплены металлические полые шторки. Стороны 8 и 9 шторок, обращенные к галогеновым лампам 4 и 5, выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7, например, из полированной стали. Внешние стороны 10 и 11 шторок, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го, например, из черненой стали. Полости шторок заполнены теплоизоляционным негорючим материалом, например, минеральной ватой с коэффициентом теплопроводности не выше 0,036 Вт/(м×К), или воздухом. К подвижным шарнирам 6 и 7 прикреплены сердечники соленоидов 12 (С1) и 13 (С2). Тепловизор 14 размещен внутри корпуса 1 между оптическими источниками нагрева и подключен к компьютеру 15. Соленоиды 12(С1)и 13 (С2) подключены к первому электронному ключу 16 (К1), который подключен к компьютеру 15 и соединен с блоком питания 17 (БП), подключенным к сети 220 В. Галогеновые лампы 4 и 5 подключены ко второму электронному ключу 18 (К2), который соединен с блоком питания 17 (БП) и с компьютером 15. Тепловой дефектоскоп установлен перед объектом контроля 19.
В качестве тепловизора 14 может быть использован тепловизионный модуль FLIR A325sc с температурной чувствительностью 0,06°С, матрицей размером 320×240 и частотой записи термограмм 10 Гц. В качестве соленоидов 12 (С1) и 13 (С2) могут быть использованы электромагниты ОМ-1039 В с ходом сердечника 10 мм и усилием втягивания 100 г.В качестве электронных ключей 16 (К1) и 18 (К2) может быть использован модуль Ke-USB24R с набором реле, управляющим высоковольтными нагрузками через USB интерфейс. В качестве блока питания 17 (БП) могут быть использованы трансформатор ТП112-2 с входным напряжением 220 В и выходным напряжением 12 В, номинальной мощностью 7 Вт.
Оператор располагает тепловой дефектоскоп перед объектом контроля 19, например, элементом планера самолета, выполненного из композиционного материала, на расстоянии от 0,4 до 1 м и с помощью специализированной программы, установленной на компьютер 15, задает требуемые параметры контроля: длительность работы галогеновых ламп 4 и 5, частоту записи инфракрасных термограмм тепловизором 14, после чего с помощью компьютера 15 запускает процесс контроля.
Тепловизор 14 начинает записывать инфракрасные термограммы контролируемой зоны объекта контроля 19. После регистрации первой инфракрасной термограммы, используемой для фиксации начальной температуры поверхности объекта контроля 19, компьютер 15 подает сигнал второму электронному ключу 18 (К2) для включения галогеновых ламп 4 и 5. После временной задержки, длительностью от 1 до 5 секунд (в зависимости от типа галогеновой лампы и инерционности), что необходимо для выхода галогеновых ламп 4 и 5 на рабочий режим и создания прямоугольного фронта импульса нагрева, компьютер 15 подает сигнал через первый электронный ключ 16 (К1) на соленоиды 12 (С1) и 13 (С2), которые воздействуют на шарниры 6 и 7 и открывают шторки оптических источников нагрева (на фиг. 1 одна шторка показана в открытом положении). Происходит нагрев поверхности объекта контроля 19 в течение периода времени, программно заданного оператором.
По окончании заданного оператором времени нагрева, компьютер 15 одновременно подает сигналы на первый электронный ключ 16 (К1) для воздействия через соленоиды 12 (С1) и 13 (С2) на шарниры 6 и 7 для закрытия шторок, и на второй электронный ключ 18 (К2) для отключения галогеновых ламп 4 и 5.
Тепловизор 14 продолжает запись инфракрасных термограмм нагретой зоны объекта контроля 19 в фазе остывания в течение времени, установленного оператором с помощью компьютера 15.
По окончании заданного времени регистрация термограмм тепловизором 14 прекращается. Записанные инфракрасные термограммы сохраняют в компьютере 15.
Для повышения уровня выявляемости дефектов в проконтролированной области оператор обрабатывает полученную последовательность инфракрасных термограмм с помощью компьютера 15, используя различные алгоритмы, например, метод анализа главных компонент или преобразование Фурье, входящих в опционал специализированной программы, например, ThermoFit.
После окончания процедуры контроля оператор перемещает тепловой дефектоскоп для испытания следующей зоны объекта контроля 19, причем, для исключения пропусков дефектов, следующая зона контроля перекрывает предыдущие зоны не менее, чем на 10%.
Результатом испытаний является карта дефектов объекта контроля 19, состоящая из отдельных карт дефектов каждой проконтролированной зоны.
Claims (1)
- Тепловой дефектоскоп, содержащий два оптических источника нагрева в виде управляемых галогеновых ламп, снабженных непрозрачными шторками, тепловизор, расположенный между оптическими источниками нагрева и подключенный к компьютеру, блок питания, отличающийся тем, что в открытом корпусе закреплены тепловизор и два оптических источника нагрева, в отражателях которых размещены галогеновые лампы, к открытой части отражателей с помощью подвижных шарниров прикреплены полые шторки, причем стороны шторок, обращенные к галогеновым лампам, выполнены из металла с коэффициентом отражения не ниже 0,7, а внешние стороны шторок, обращенные к объекту контроля, выполнены из металла с коэффициентом поглощения не ниже 0,9 и классом шероховатости не выше 3-го, внутри полости шторок заполнены теплоизоляционным негорючим материалом с коэффициентом теплопроводности не выше 0,036 Вт/(м×К), к подвижному шарниру каждого оптического источника нагрева прикреплен сердечник соленоида, оба соленоида подключены к первому электронному ключу, который связан с блоком питания и компьютером, галогеновые лампы подключены ко второму электронному ключу, который соединен с блоком питания и с компьютером.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116524A RU2696933C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Тепловой дефектоскоп |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116524A RU2696933C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Тепловой дефектоскоп |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2696933C1 true RU2696933C1 (ru) | 2019-08-07 |
Family
ID=67587136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018116524A RU2696933C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Тепловой дефектоскоп |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2696933C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU223337U1 (ru) * | 2022-12-23 | 2024-02-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Солютерм", (ООО "Солютерм") | Устройство для активного термографического неразрушающего контроля композитных авиационных конструкций |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1213407A1 (ru) * | 1984-08-10 | 1986-02-23 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Способ теплового неразрушающего контрол |
| US6712502B2 (en) * | 2002-04-10 | 2004-03-30 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Synchronized electronic shutter system and method for thermal nondestructive evaluation |
| RU2509300C1 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах |
| RU142185U1 (ru) * | 2013-12-03 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля цилиндрических металлических изделий |
| RU2549549C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для бесконтактного определения коэффициента температуропроводности твердых тел |
| US9519844B1 (en) * | 2016-01-22 | 2016-12-13 | The Boeing Company | Infrared thermographic methods for wrinkle characterization in composite structures |
-
2018
- 2018-05-03 RU RU2018116524A patent/RU2696933C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1213407A1 (ru) * | 1984-08-10 | 1986-02-23 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Способ теплового неразрушающего контрол |
| US6712502B2 (en) * | 2002-04-10 | 2004-03-30 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Synchronized electronic shutter system and method for thermal nondestructive evaluation |
| RU2509300C1 (ru) * | 2012-11-06 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах |
| RU142185U1 (ru) * | 2013-12-03 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Тепловой дефектоскоп для неразрушающего контроля цилиндрических металлических изделий |
| RU2549549C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для бесконтактного определения коэффициента температуропроводности твердых тел |
| US9519844B1 (en) * | 2016-01-22 | 2016-12-13 | The Boeing Company | Infrared thermographic methods for wrinkle characterization in composite structures |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU223337U1 (ru) * | 2022-12-23 | 2024-02-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Солютерм", (ООО "Солютерм") | Устройство для активного термографического неразрушающего контроля композитных авиационных конструкций |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6712502B2 (en) | Synchronized electronic shutter system and method for thermal nondestructive evaluation | |
| Vavilov et al. | Infrared thermography and thermal nondestructive testing | |
| Almond et al. | Long pulse excitation thermographic non-destructive evaluation | |
| Broberg | Surface crack detection in welds using thermography | |
| US5111048A (en) | Apparatus and method for detecting fatigue cracks using infrared thermography | |
| Tashan et al. | Detection of cracks in concrete strengthened with CFRP systems using infra-red thermography | |
| Vavilov | Thermal nondestructive testing of materials and products: a review | |
| Sharath et al. | Defect characterization using pulsed thermography | |
| Cannas et al. | Modeling of active infrared thermography for defect detection in concrete structures | |
| Avdelidis et al. | Infrared thermography as a nondestructive tool for materials characterisation and assessment | |
| RU2696933C1 (ru) | Тепловой дефектоскоп | |
| Lugin | Detection of hidden defects by lateral thermal flows | |
| Zhang et al. | A comparative study of enhanced infrared image processing for foreign object detection in lightweight composite honeycomb structures | |
| Stankovičová et al. | Nondestructive testing of metal parts by using infrared camera | |
| Manohar et al. | Localization of defects in wind turbine blades and defect depth estimation using infrared thermography | |
| Yang et al. | Combination of terahertz radiation method and thermal probe method for non-destructive thermal diagnosis of thick building walls | |
| Gieseler et al. | Apparent emissivity measurement of semi-transparent materials part 1: Experimental realization | |
| Genest et al. | Infrared thermography for inspection of aramid and ultra-high-molecular-weight polyethylene armor systems | |
| Shuohan et al. | Modified infrared images contrast for pulsed thermography | |
| Elmahdy | Surface temperature measurement of insulating glass units using infrared thermography | |
| Risitano et al. | Fatigue assessment by energy approach during tensile tests on AISI 304 steel | |
| Chen et al. | A method and equipment for the inspection of composite tubular specimen by thermography | |
| Zalameda | Synchronized electronic shutter system (SESS) for thermal nondestructive evaluation | |
| Contreras et al. | The Search for'Defects' by Non-invasive Techniques: Development and Application of Pulsed-Transmissive and Reflective Thermography in Fiberglass Material | |
| RU223337U1 (ru) | Устройство для активного термографического неразрушающего контроля композитных авиационных конструкций |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200504 |