激光扫描红外热波成像技术应用

描速度，l-激光半宽度，L-激光半长度，d-缺陷深度。
线状激光束
(a)第132帧红外图像
(b) 第296帧红外图像
(c) 延迟校正红外图像
图9： 激光扫描碳:钢试件表面红外图像
检测应用
有
机
涂
层
试
件
缺
陷
检
测
(a)有机涂层试件光学图像
(b)有机涂层试件红外图像
图10：有机涂层试件
缺陷尺寸：直径2mm，深度0.35mm缺陷；直径4m，深度0.9mm缺陷，直径6mm，深度1.4mm缺陷
激光扫描红外热波成像技术
在无损检测中的应用
江海军1，陈力1 ，张淑仪2 (1. 南京诺威尔光电系统有限公司；2. 南京大学声学研究所) 介绍了一种基于激光扫描热波成像技术的新型红外无损检测设备，将该技术与传统的闪光灯热激励系统进行了比较。通过实验结果验证 了所建立的2-D理论模型，对几种具有不同涂覆层试件的实验结果验证了该项新技术的缺陷检测能力。
引言
延迟校正技术
◆ 材料：金属、非金属、复合材料； ◆ 类型：可检测脱粘、裂纹、锈蚀、损伤等缺陷； ◆ 领域：航空航天、太阳能、风电、工业控制、交通运输、汽车制造等； ◆ 国内：在理论研究方面做出了很多重要工作，但自主研制的设备较少，
系统主要依靠进口； ◆ 国际：主流采用大功率闪光灯实现高能量短脉冲热激励； ◆ 创新：激光异步扫描热波成像技术，解决了高能量短脉冲热激励和高帧
频图像采集两大关键技术。
激光扫描红外热波成像技术
■ 现象：采用激光扫描，热激励不是同时刻激励， 根据需要，可以采用延迟校正技术；
■ 试件：碳钢，试件背面有3排平底孔缺陷； ■ 速度：激光扫描速度为3cm/s; ■ 目的：使热信号与热激励的延迟一致。
(a)线性坐标
图8：碳钢试件背面光学图像
(b)双对数坐标 图5 试件表面温度时间曲线--不绣钢
线状激光束
图1：热激励红外热波成像技术原理图
3大关键技术
热激励技术 红外图像采集技术 红外图像处理技术
图2：激光扫描红外热波成像技术示意图
图3：试件表面温度随时间变化曲线
图6：设备主要技术指标
★技术优势：
图4：激光扫描红外热波成像设备图
★技术特点：
■ 非接触、非破坏； ■ 可远距离检测； ■ 检测面积大； ■ 速度快； ■ 应用广，金属、非金属、复合材料 ■ 检测效率高； ■ 定量测量； ■ 图像显示，直观易懂。
激光扫描理论模型验证
线状连续激光束扫描试件表面温度场分布为：
∫ T (x, z,t) =
I
t
⋅
aπ
⋅ (1+
− d2
2e α (t−τ ) ) ⋅[erf
(
τv
+l
−
x
) − erf
(
τv
−l
−
x
)]dτ
ห้องสมุดไป่ตู้
8L ⋅l ⋅π k 0 t −τ
4a(t−τ )
4a(t−τ )
式中：I-激光器功率，ρ-密度，c-比热容，α-热扩散系数，v-激光扫
特
种
涂
层
试
件
缺
陷
检
测
(a)特种涂层试件光学图像
(b)特种涂层试件红外图像
图11：特种涂层试件
缺陷尺寸：直径2-5mm，深度0.35-1.4mm
薄
膜
试
件
厚
度
检
测
(a)薄膜试件光学图像
(b)薄膜试件红外图像
图12： 薄膜试件 厚度大小：从左到右分别为300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm
(a)理论曲线
(b)实验曲线
图7 ：碳钢试件表面双对数温度时间曲线
结论
◆ 采用激光扫描红外热波成像创新技术； ◆ 实验曲线验证了激光扫描2-D理论模型的正确性； ◆ 实验验证激光扫描速度达到合适范围时，无缺陷区域试件件表面基本符
合一维热传导模型； ◆ 验证了激光扫描红外热波成像技术的可行性； ◆ 验证了激光扫描红外热波成像技术对缺陷检测能力； ◆ 验证了激光扫描红外热波成像设备的有效性。