激光红外热成像技术在材料缺陷检测中的研究和应用现状

发布时间：2021-10-22 23:53

　　在工业生产过程中,及时发现材料服役过程中产生的缺陷至关重要。相较于涡流、渗透等传统检测手段和超声、闪灯等激励的主动红外检测技术,激光红外热成像技术不仅具有无需接触、无污染、检测效率高、可在线检测等优点,还具有能量密度高及可对微小区域输入高强度能量的特有优势,可以远距离检测材料的微小缺陷。然而,由于利用激光的主动激励进行缺陷检测,需要热量在材料表面或近表面堆积,并被热像仪捕捉后经处理成像。因此,对于低发射率、低吸收率的材料,激光红外热成像技术效果往往不尽人意。同时,对于材料缺陷特征的表征是研究的热点与难点,特别是针对难以表征的深度特征,研究者往往通过图像处理、工艺方法进行缺陷特征的定量识别与定性表征。此外,对于金属材料的研究比较深入,特别是金属材料表面裂纹的检测,因此对表面裂纹缺陷特征的表征比较完善。而对复合材料以及陶瓷材料等其他材料缺陷检测的研究,近年来才逐渐增多,对复合材料分层、粘脱等缺陷的表征仍有不足,需要提出新的特征参数来完善。近年来,激光红外热成像检测材料缺陷的研究成果突增,检测对象逐渐扩宽,不再局限于金属材料,对复合材料、陶瓷材料以及半导体等材料缺陷的研究不断增多。对缺陷的表... 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

激光斑点红外热成像实验装置示意图[13]

飞点热成像的概念在20世纪60年代末由Kubiak等首次提出[9],伴随着红外探测器的推广和激光技术的发展,研究学者开发了LFSIT[10-11]。该技术实验装置的基本结构如图2所示[18],激光器的激光穿过聚焦透镜,利用光纤牵引,通过扫描装置扫描,红外辐射穿过透镜聚焦到红外热像仪上,使用计算机控制扫描镜并处理来自红外热像仪的图像数据,最终达到检测缺陷的目的。LFSIT的优点是不仅单位时间内可检测更多的区域,获得更多的缺陷信息,而且控制指定检测区域更加方便,更有利于自动化检测。然而,不足之处是仍然不具有传统的无损检测技术大面积覆盖的能力,同时需要设置能够以恒定速度移动激光点的受控扫描装置。1.2 线激励

激光线扫描红外热成像技术(LLSIT)是基于LSIT发展而来,由英国无损检测研究中心的Li等[19]提出。起初用于快速检测金属表面垂直裂纹,随着对其研究的深入,应用范围不再局限于金属材料,在无机材料以及复合材料缺陷检测中都有应用。图5为该技术所用的实验装置示意图[20],驱动激光器,激光束通过光纤,并由光学头部件将激光的形状从点形转换为线形,随后线激光沿水平或垂直方向扫描目标表面,缺陷引起的相应热响应由红外摄像机捕获并且采集,最终经过图像处理,获得缺陷的红外热成像图。LLSIT的优势是便于自动化成像,拥有更高的扫描速率,显著缩短了扫描时间。研究表明,激光线扫描的扫描时间比激光点的扫描时间缩短了近9/10倍[21];不足之处在于操作复杂,不仅需要受控扫描装置,而且检测缺陷时需要对激光扫描速度进行优化,以匹配材料的热性能。1.3 面激励

【参考文献】：
期刊论文
[1]主动红外热像无损检测技术的研究现状与进展[J]. 郭伟,董丽虹,徐滨士,瞿特.  无损检测. 2016(04)
[2]激光扫描自动热激励红外无损检测系统研究[J]. 柏逢明,孙福贵,黄永寿.  长春光学精密机械学院学报. 1999(02)

博士论文
[1]CFRP层板缺陷与铺层方向的红外热波雷达成像检测技术研究[D]. 龚金龙.哈尔滨工业大学 2016

硕士论文
[1]激光热成像检测中信噪比改善若干关键技术[D]. 王晓宁.中国计量学院 2016
[2]激光锁相红外无损检测技术研究及系统研制[D]. 蒋玉龙.首都师范大学 2014



本文编号：3452061