[发明专利]自动跟踪热波成像无损检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热激励红外热波成像在线无损检测系统，用于检测各种金属与非金属材料的内部缺陷及结构，系统具有自动跟踪被测物体的能力，特别适用于检测处于非静止状态的物体，属于红外无损检测的技术领域。

背景技术

随着新材料、新技术的快速发展，对各种新型无损损检测技术的需求也快速的增长。例如在航空航天领域，复合材料的运用已成为现代航空航天领域装备先进性的重要标志之一。随着各种特殊金属材料和复合材料在机身、机翼、涡轮叶片、火箭壳体、航空发动机喷管、涡轮叶片以及机身结构等部位的应用，对无损检测的要求逐步增加。同样在新能源领域的复合材料应用也在快速成长，如风力发电机的叶片目前主要都是由玻璃纤维填充树脂材料制成的。

复合材料结构通常采用蜂窝结构和多层粘胶的方式，具有高强度和重量轻的优点，但同时在制造和使用的过程中经常会产生内部缺陷，如分层、脱粘、裂缝等，大大影响了材料的强度和使用寿命。对复合材料的无损检测可以采用传统的超声探伤技术，但该技术要求探头接触被测物体，逐点扫描，费时费力，对于结构复杂的材料如蜂窝状板材的检测更是困难。因此红外热波成像无损检测技术对复合材料的检测显得具有很大的优势，如可以远距离非接触、大面积快速检测。具有主动热激励源的热波成像技术的基本原理是对样品采用能量束进行预加热，然后动态地监测样品表面温度，根据热扩散过程中表面温度随时间所发生的变化可推导出内部缺陷的存在及形态。该技术是于近年来发展迅速的一种新型无损检测方法，其特点是非接触式，对样品表面没有要求，不损伤样品，还可以直接实行远距离探测，对检测周围环境没有特殊要求，设备轻便、可移动，特别适合现场应用和在线、在役检测，对于及时发现各种材料内部隐患，减少或避免重大事故的发生，具有重要的应用价值。

由于需要对被测物体连续采集图像，然后分析每个像素随时间的变化特性，因此要求被测物体在这些连续的图像中处于静止状态。

图1是热波成像无损检测基本原理示意图。激光束40投射到被测物体43上对被检测区域42加热，红外摄像仪44接收来自所述被加热区域42的热辐射41并连续成像，通过分析红外图像随时间的变化可以得知被测物的内部结构及缺陷。这就要求所述被测物43在测试过程中处于静止状态，否则图像中每个像素相对于被测物体43上的部位将会随着时间发生变化，从而无法分析出被测物体上表面温度随时间的变化。因此目前的热波无损检测系统都要求被测物体处于静止状态。复合材料通常导热率低，且材料的厚度比较大，在几毫米到几十毫米范围，因此检测的时间周期比较长，通常可达数分钟以上。很多被测物体在这个时间内会发生移动。特别是户外在役的情况，如安装在风力发电机上的叶片，即使是在制动的情况下也会受到风力的影响而产生移动，这会严重地影响到对被测物体的有效检测。

发明内容

本发明的目的就是针对此类热波无损检测技术的不足，提供一种热波成像自动跟踪装置及方法，在样品发生移动的情况下仍可以跟踪锁住样品的位置进行热波成像检测。

按照本发明提供的技术方案，其系统包括红外热成像仪，热激励源，可见光摄像机，自动精密控制云台，控制系统及数据处理器。上述热激励源用来对被测物体进行非接触加热。它们通常是各种能够投射的能量源，特别是各种光束，比如高能量闪光灯、大功率红外灯及高功率激光器等。闪光灯具有瞬间释放很高能量的特点，适合于一些较薄或导热快的样品，而激光器具有指向性好，可以远距离传递的优点。为了叙述方便，本说明书在叙述时将以主要以激光器来代表热激励源。

所述红外摄像仪用于采集样品的热波图像，其检测的敏感波段通常在2-12微米范围。可见光摄像机则是用于被测物体的光学图像与红外图像进行的对比，以利于缺陷的定位及对被测体进行跟踪。红外摄像仪、可见光摄像机及激光器安装在自动控制云台上，红外摄像仪和可见光摄像机的视场与激光器的光斑预先对准重合，保持相对位置固定，当云台调整的时候它们整体一起移动，自动云台控制系统及数据处理器用于计算被测物体的位置并实时进行调整。

所述自动跟踪热波成像无损检测方法包括以下步骤：

a.调整云台位置，使得激光器与红外热成像仪对准被测物体的待测部位，打开激光器开始对样品加热；

b.通过不断监测可见光摄像机图像，根据被测物体的光学特征，例如边缘等判断被测物体位置的偏移量；

c.根据偏移量调整自动控制云台的偏转角度来补偿使得被测物体在图像中的位置保持不变。