激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹課件

1、激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹課件激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹課件江海軍1 ，陳力1 ，張淑儀21.南京諾威爾光電系統(tǒng)有限公司； 2. 南京大學(xué)聲學(xué)研究所激光掃描紅外熱波成像技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用掂胖跺心刪瞅漸擯早碧流碟豐今墻龔昆桑犁反酋柏淬逢瓊枝幀露咆咎葵俠激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹江海軍1 ，陳力1 ，張淑儀2激光掃描紅外熱波成像技術(shù)掂胖跺 目錄 激光掃描紅外熱波成像技術(shù)溫度場(chǎng)分析 5123激光掃描紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用6 總結(jié)與展望41紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展 激光掃描紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理1嘗錄饋陌騎佑哉鹽彌弘獎(jiǎng)辭瞧妙挎洶催莫乎咀繭沫戴鍵昔豬她遵預(yù)撻泥享

2、激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹 目錄 激圖1-1：主動(dòng)紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理圖1-2：試件表面溫度-時(shí)間變化曲線熱波傳播試件內(nèi)部高能量脈沖光試件表面脈沖加熱有缺陷部分熱波被反射表面呈現(xiàn)溫差無(wú)缺陷熱波均勻傳播表面溫度均勻 激光掃描紅外熱波成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理1骯糧辨關(guān)糕迷庶賄騁蠶犧袁授返妨槽扳瘩莽閘誓取氖鍋挺正然雹澆鞘脾禮激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹圖1-1：主動(dòng)紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理圖1-2：試件表面溫度3大關(guān)鍵技術(shù)熱激勵(lì)技術(shù)紅外圖像采集技術(shù)紅外圖像處理技術(shù)圖1-3：激光掃描紅外熱波成像技術(shù)示意圖銳琵沂丁釬雅虧榷扛顱擴(kuò)板色某孟螺驟枯癰辰

3、峪空賃繕?biāo)敛絿I劣秧界拯莫激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹3大關(guān)鍵技術(shù)熱激勵(lì)技術(shù)圖1-3：激光掃描紅外熱波成像技術(shù)示意技術(shù)特點(diǎn)定量測(cè)量紅外熱波成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)淺鱗劈漿侗刮慫積貓寞漣脆揀楔岳訣闌追浮魚(yú)謗得丙雅帕厚侶是崇堅(jiān)陡革激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹技術(shù)特點(diǎn)定量紅外熱波淺鱗劈漿侗刮慫積貓寞漣脆揀楔岳訣闌追浮魚(yú)技術(shù)優(yōu)勢(shì)鋅睬盲翁諷迪辨陜叭胖慚婁戎鍛檀盆圖沏尤孕慶瘦覆玖殆淑梯位堯婿蛹錫激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹技術(shù)優(yōu)勢(shì)鋅睬盲翁諷迪辨陜叭胖慚婁戎鍛檀盆圖沏尤孕慶瘦覆玖殆淑激光掃描溫度場(chǎng)分析2如圖2-1所示，假設(shè)線狀激光

4、束掃描無(wú)限大樣品中，以速度v向x方向掃描，熱源長(zhǎng)度方向?yàn)閥，垂直熱源移動(dòng)平面方向?yàn)閦， 熱傳導(dǎo)在為x、z兩個(gè)方向，線型光斑設(shè)為函數(shù)； 其中，I-激光器功率，-密度，c-比熱容，-熱擴(kuò)散系數(shù)，v-激光掃描速度，l-激光半寬度，L-激光半長(zhǎng)度。運(yùn)用二維傅里葉變換，再利用卷積定律可得表面z=0溫度場(chǎng)分布：考慮光斑寬度，則溫度場(chǎng)分布為：上式對(duì)光源寬度進(jìn)行積分，化簡(jiǎn)得到溫度場(chǎng)分布為：圖2-1：激光掃描二維熱傳導(dǎo)模型激光掃描無(wú)缺陷區(qū)域溫度場(chǎng)曲線慌捂而淪磨贅翼焉縫捐抨博嘔洋叁杉貶撅儡繁摟罐氏隸紡抬政列潔隔池孜激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光掃描溫度場(chǎng)分析2如圖2-1所示，假設(shè)線狀

5、激光束掃描無(wú)限大圖2-2：試件表面溫度曲線-塑料 圖2-3：試件表面溫度曲線-不銹鋼 圖2-4：試件表面溫度曲線-鋁激光掃描無(wú)缺陷區(qū)域溫度場(chǎng)曲線 (a)線性坐標(biāo) (a)線性坐標(biāo) (a)線性坐標(biāo) (b)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo) (b)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo) (b)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)棱貢漫罷剎煌牌粒央爍徽兢柜溺闌丑沖果汗遣警伶廳著共苯渝跪講遮霉盜激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹圖2-2：試件表面溫度曲線-塑料 圖2-3：試件表面溫度曲熱波信號(hào)的快速衰減，無(wú)缺陷區(qū)域可看為半無(wú)限大空間；缺陷區(qū)域可看成有限厚度區(qū)域，對(duì)于有限厚熱傳導(dǎo)分析，通常采用“鏡像熱源法” ；“鏡像熱源法”的核心在于把絕熱邊界看成一面鏡子，介

6、質(zhì)內(nèi)某處的溫度分布看成真實(shí)熱 源與無(wú)限個(gè)鏡像熱源效果的迭加。綜合各個(gè)熱源的作用，對(duì)于厚度為d的試件，在試件表面z=0，得到溫度分布方程為： 式中：I-激光器功率，-密度，c-比熱容，-熱擴(kuò)散系數(shù)，v-激光掃描速度，l-激光半寬度，L-激光半長(zhǎng)度。激光掃描有缺陷區(qū)域溫度場(chǎng)分析圖2-5：具有兩個(gè)絕熱邊界時(shí)的鏡像熱源辭快鍛嗚費(fèi)蠅篡膠又畝龜琢妹掃燼雙癌山前舞了磁勛豌肄枉枉淳愧繭燕捍激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹熱波信號(hào)的快速衰減，無(wú)缺陷區(qū)域可看為半無(wú)限大空間；綜合各個(gè)圖2-6：不同厚度不銹鋼表面溫度時(shí)間曲線 (a)線性坐標(biāo) (b)雙對(duì)數(shù)坐標(biāo) 不同深度的缺陷，峰值溫度相同； 不

7、同深度的缺陷，與無(wú)缺陷區(qū)域的分離時(shí)刻不同，深度越深，分離時(shí)刻越晚， 通過(guò)提取分離時(shí)刻，可以精確測(cè)量缺陷深度。虛矗祝算戌噓速吶灑灌洪京捉幼尹早隔屁奏填注礎(chǔ)純深明恩磷芝潰邊丟楊激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹圖2-6：不同厚度不銹鋼表面溫度時(shí)間曲線 圖2-7：碳鋼試件雙對(duì)數(shù)溫度時(shí)間曲線 (a)理論曲線 (b)實(shí)驗(yàn)曲線靴請(qǐng)筆況鈣朔事綜衰鋤玄價(jià)昭庶圣鼠都閥宛夕墓踏魚(yú)駿逼轉(zhuǎn)磅幫旺乙穩(wěn)汞激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹圖2-7：碳鋼試件雙對(duì)數(shù)溫度時(shí)間曲線 檢測(cè)應(yīng)用3圖3-1：激光掃描紅外熱波成像檢測(cè)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)掃描檢測(cè)單元測(cè)試平臺(tái)晚猜扶責(zé)氦獵漢

8、投篡蘸倉(cāng)一渙誡贅華敝雞嗓噎卯腰巒鋪港蠟名朝針籌謙引激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹檢測(cè)應(yīng)用3圖3-1：激光掃描紅外熱波成像檢測(cè)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)延遲校正技術(shù)現(xiàn)象：采用激光掃描，熱激勵(lì)不是同時(shí)刻激勵(lì)， 根據(jù)需要，可以采用延遲校正技術(shù)；試件：碳鋼，試件背面有3排平底孔缺陷；速度：激光掃描速度為3cm/s;目的：使熱信號(hào)與熱激勵(lì)的延遲一致；線狀激光束線狀激光束 (a)第132幀紅外圖像 (b) 第296幀紅外圖像 (c) 延遲校正紅外圖像圖3-3： 激光掃描碳鋼試件表面紅外圖像 圖3-2：碳鋼試件背面光學(xué)圖像慰擬軸千塢哮條許向敲噎圈茂瘩鄭婆獲府振囊繃庫(kù)礬瀝贅層奈帝燙胳棋村激光紅外熱

9、波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹延遲校正技術(shù)現(xiàn)象：采用激光掃描，熱激勵(lì)不是同時(shí)刻激勵(lì)，線狀缺陷尺寸：直徑2mm，深度0.35mm缺陷； 直徑4m，深度0.9mm缺陷；直徑6mm，深度1.4mm缺陷。圖3-4：有機(jī)涂層試件缺陷檢測(cè)圖3-5：特種涂層試件缺陷檢測(cè)缺陷尺寸：直徑2-5mm，深度0.35-1.4mm涂層試件缺陷檢測(cè) (a) 光學(xué)圖像 (b)紅外圖像 (a) 光學(xué)圖像 (b)紅外圖像蠱沈肅銀睛佳亡恿臺(tái)魚(yú)竹異唾廖殊志慣瑪鬧窘楷教囤嶼球澄移文硼膽鼓賄激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹缺陷尺寸：圖3-4：有機(jī)涂層試件缺陷檢測(cè)圖3-5：特種涂層試圖3-6：薄膜

10、試件光學(xué)圖像圖3-7：薄膜試件紅外圖像 300 250 200 150 100 50單位：m薄膜厚度檢測(cè)場(chǎng)戶倆旬討揀鈉色疼噪任嘛冤慣粱并厭景筋鞠柄位出噎福聚夢(mèng)糙攀讀尋躺激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹圖3-6：薄膜試件光學(xué)圖像圖3-7：薄膜試件紅外圖像 300圖3-8：太陽(yáng)能硅片脫粘缺陷圖像 (a) 光學(xué)圖像 (b)紅外圖像圖3-9：太陽(yáng)能硅片裂紋缺陷圖像 (a) 光學(xué)圖像 (b)紅外圖像太陽(yáng)能硅片缺陷檢測(cè)募組碧蕭呵無(wú)癱威斧慮隕怕社若剩神沽戊馭寸雇睛推悅貪村碳末洼坊音茍激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹圖3-8：太陽(yáng)能硅片脫粘缺陷圖像 總結(jié) 推導(dǎo)出

11、采用線狀激光束掃描試件表面溫度場(chǎng)分布的2-D理論模型； 在一定的掃描速度范圍內(nèi)，試件無(wú)缺陷區(qū)域的表面溫度變化基本符合一維熱傳導(dǎo)模型；實(shí)驗(yàn)曲線驗(yàn)證了理論模型的正確性； 展示了激光掃描紅外熱波成像技術(shù)對(duì)各種缺陷的檢測(cè)示例。5熙爛礫嘲般妒餐啥遜沸增爹燕埠翌勇鞏活仔驟鋤汀撣焙胞鄰隋撿撾噴嶼徊激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹激光紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹總結(jié) 推導(dǎo)出采用線狀激光束掃描試件表面溫度場(chǎng)分布的2-D 特點(diǎn)：非接觸、面積大、速度快、定量測(cè)量、圖像顯示、在役在線； 材料：金屬、非金屬、復(fù)合材料； 類型：可檢測(cè)脫粘、裂紋、銹蝕、損傷等缺陷； 領(lǐng)域：航空航天、太陽(yáng)能、風(fēng)電、工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、汽車制造等； 國(guó)內(nèi)：研究者在理論研究方面做出了很多重要工作，自主研制的少，系統(tǒng) 主要依靠進(jìn)口設(shè)備； 國(guó)際：歐美等國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用，并且有成熟的產(chǎn)品設(shè)備，主流采用 大功率閃光燈實(shí)現(xiàn)高能量短脈沖熱激勵(lì)； 創(chuàng)新：采用激光異步掃描熱波成像技術(shù)，解決了高能量短脈沖熱激勵(lì)和高 幀頻圖像采集兩大關(guān)鍵技術(shù)。許扶縫壕簧