6. Возможные методы и средства теплового неразрушающего контроля

6.1 Вибротепловизионный метод

Вибротепловизионный метод особенно перспективен для анализа изделий, работающих в условиях вибра­ции. В материалах с дефектами структуры под воздействием вибрации возникают температурные поля, что обусловлено рассеянием энергии колебаний на дефектах и превращением ее в теплоту за счет внутреннего перегрева в материале. В областях нарушения гомогенности структуры возникают локальные зоны перегрева объекта. На термограммах вибрирующих пластин и других объектов четко выявляются дефекты типа расслоений, несплошностей и т.п.

При температурной чувствительности тепловизора 0,1 К в полимерных материалах дефекты типа расслоений размером порядка 5 х 6 мм2 выявляются на глубинах залегания до 2 ... 3 мм.

В «слабых» (дефектных) зонах объекта амплитуды колебаний больше соответствующих значений для бездефектных участков материала. Разность температур растет с увеличением частоты колебаний, достигая 0,8 К при частоте 100 Гц и t~ 50 с для образцов из стали. Вибрация изделий на частотах, соответствующих резонансным колебаниям дефектных участков, дополнительно повышает чувствительность метода.

Вибрационное возбуждение объектов можно реали­зовать с помощью пьезоакустических и других стандартных средств. Наиболее информативный диапазон частот выбирают либо расчетным путем, либо экспериментально на имитаторах дефектов. Каждому дефекту соответствует своя характерная частота, поэтому контроль целесообразно проводить на нескольких частотах.

6.2 Метод тепловой томографии

Тепловая томография (ТТ) - метод визуализации внутренних сечений объекта с помощью тепловых эффектов. Его можно реализовать импульсным облучением объекта плоским равномерным пучком излучения и по­следовательной регистрацией «тепловых отпечатков» дефектов или неоднородностей теплофизических пап метров контролируемой структуры на противоположной стороне изделия с помощью быстродействующего тепловизора.

Один из вариантов ТТ основан на регистрации на термограммах в различные моменты времени тепловых изображений дефектов, расположенных на различной глубине. Записывая эти изображения, например в цифровое ОЗУ, можно затем последовательно просматривать строение слоев изделия на различной глубине. Этот метод получил название метода хронологических термо­грамм (ХТГ) или динамической тепловой термографии (ДТТ). Исходной зависимостью теории ДТТ является зависимость температурного перепада над дефектом от времени. Количество различимых слоев достигает n= 15 для углепластика,n= 6 - для бетона.

Другой вариант ТТ основан на использовании алго­ритмов реконструкции изображений, используемых в традиционной технике томографа. Например, система трехмерного контроля внутренних тепловых неоднородностей объекта может быть основана на использовании «эффекта миража». С помощью цилиндрической линзы на поверхности изделия фокусируется лазерное излучение в виде узкой полоски. Вспомогательный лазерный луч направляется вдоль этой полоски над поверхностью изделия (например, полированной кремниевой пластин­ки и т.п.). Объект последовательно перемешается в направлении, перпендикулярном освещаемой полоске, а после каждого цикла перемещения поворачивается относительно оси, совпадающей с направлением излучения. С помощью позиционно-чувствительного фотоприемника получают матрицу «проекций» для всех положений объекта, а затем восстанавливают изображение по стандартным алгоритмам. Для трехмерного контроля исполь­зуют второй пробный луч, направляемый параллельно первому над обратной стороной объекта.

Для получения изображения форматом 18 х 18 точек достаточно выполнить 36 измерений (18 х 2 с пово­ротом на 90°). Увеличение количества проекций улучша­ет качество изображения, но резко повышает длитель­ность обработки. В настоящее время есть перспектива создания методов ТТ, работающих в реальном времени.