इस पद्धति का उद्देश्य ऊर्ध्वाधर उपसतह दोषों को ढूंढना है। यहां, हम एक स्थानिक प्रकाश मॉडुलक के साथ एक लेजर जोड़े हैं और उच्च हल करने वाले थर्मल इमेज प्राप्त करते समय दो विरोधी चरणबद्ध मॉडेटेड लाइनों के साथ एक नमूना सतह को निश्चित रूप से गर्मी के लिए अपने वीडियो इनपुट को ट्रिगर करते हैं। दोष स्थिति थर्मल तरंग हस्तक्षेप minima के मूल्यांकन से प्राप्त की है।
प्रस्तुत पद्धति का उपयोग सतह पर लंबवत लंबवत दोषों का पता लगाने के लिए किया जाता है। इस लक्ष्य को हासिल करने के लिए, हम दोषपूर्ण रूप से हस्तक्षेप करने वाले थर्मल तरंग क्षेत्र बनाते हैं जो दोष से परेशान होते हैं। यह प्रभाव मापा और दोष का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जाता है। हम एक संशोधित प्रोजेक्टर का उपयोग करके विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करने वाले लहर क्षेत्रों का निर्माण करते हैं। प्रोजेक्टर का मूल प्रकाश इंजन एक फाइबर-युग्मित उच्च-शक्ति डायोड लेजर के साथ बदल दिया गया है। इसकी किरण को प्रोजेक्टर के स्थानिक प्रकाश मॉडुलर के आकार और गठबंधन किया गया है और इष्टतम ऑप्टिकल थ्रूपुट और सजातीय प्रक्षेपण के लिए अनुकूलित किया गया है, जो पहले बीम प्रोफ़ाइल को चित्रित करता है, और, दूसरा, इसे यंत्रवत् और संख्यात्मक रूप से ठीक करना एक उच्च प्रदर्शन अवरक्त (आईआर) कैमरा तंग ज्यामितीय स्थिति (ज्यामितीय छवि विकृतियों के सुधार सहित) के अनुसार सेट किया गया है और नमूना सतह पर कम तापमान दोलनों का पता लगाने के लिए आवश्यकता है। डाटा अधिग्रहण एक बार एक समय होनेवाला बनाना के बाद किया जा सकता हैव्यक्तिगत थर्मल वेव फ़ील्ड स्रोतों, स्कैनिंग चरण और आईआर कैमरा की स्थापना के लिए एक समर्पित प्रयोगात्मक सेटअप का उपयोग करके स्थापित किया गया है, जिसे विशिष्ट सामग्री की जांच के लिए ट्यून किया जाना चाहिए। डेटा के बाद प्रसंस्करण के दौरान, नमूना की सतह के नीचे एक दोष की उपस्थिति पर संबंधित जानकारी निकाली जाती है। यह नमूना सतह के तथाकथित कमी रेखा से आ रही अधिग्रहीत थर्मल विकिरण के आसुत भाग से प्राप्त किया गया है। अंतिम चरण में इन दोलनों के स्थानिक-अस्थायी आकृति के विश्लेषण से दोष का सही स्थान का अनुमान लगाया गया है। यह विधि संदर्भ-मुक्त है और थर्मल तरंग क्षेत्र में परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील है। अब तक, इस पद्धति का परीक्षण इस्पात के नमूनों से किया गया है लेकिन यह विशेष रूप से तापमान संवेदनशील सामग्री के लिए अलग-अलग सामग्रियों पर लागू है।
लेजर ने फोटोथर्मल थर्मोग्राफी (एलपीपीटी) पद्धति का प्रयोग किया है जिसका उपयोग उपसतह दोषों का पता लगाने के लिए किया जाता है जो टेस्ट नमूने की मात्रा में एम्बेडेड होते हैं और मुख्य रूप से इसकी सतह पर लंबवत होते हैं।
इस पद्धति में चित्रा 1 बी में दिखाए गए एक ही विस्तार और आवृत्ति के दो विरोधी चरणबद्ध थर्मल तरंग क्षेत्रों के विनाशकारी हस्तक्षेप का उपयोग किया जाता है। आइसोट्रोपिक दोष-मुक्त सामग्री में, थर्मल तरंगों को सुस्पष्ट सुपरपोजिशन द्वारा समरूपता विमान पर विनाशकारी ( अर्थात् शून्य तापमान दोलन) को बेअसर करना। एक उपसतह दोष के साथ एक पदार्थ के मामले में, विधि क्षणिक ( यानी इन-विमान) घटकों के बीच के अंतर को क्षणिक गर्मी प्रवाह के बीच लेता है और यह दोष इस इंटरैक्शन को नमूना सतह पर समरूपता रेखा पर पुन: निर्मित ओसीस्लिंग तापमान बढ़ाव में मापा जा सकता है। अब, दोष वाला नमूना सुपरपोर्टेड थर्मल तरंग क्षेत्र द्वारा स्कैन किया गया है औरतापमान बढ़ाव का स्तर नमूना स्थिति के संबंध में मापा जाता है। समरूपता के कारण, जब दोष समरूपता विमान को पार कर जाता है, तो एक बार फिर विनाशकारी हस्तक्षेप की स्थिति संतुष्ट हो जाती है; इससे हमें दोष का पता लगाने में सक्षम होता है। इसके अलावा, क्योंकि विनाशकारी हस्तक्षेप के अधिक से अधिक अशांति के स्तर में दोष की गहराई से संबंध है, तापमान स्कैन 1 का विश्लेषण करके इसकी गहराई को निर्धारित करना संभव है।
एलपीपीटी को सक्रिय थर्मोग्राफी पद्धति, एक अच्छी तरह से स्थापित गैर-विनाशकारी पद्धति के लिए सौंपा जा सकता है, जहां क्षणिक ताप सक्रिय रूप से उत्पन्न होता है और परिणामस्वरूप, क्षणिक, तापमान वितरण एक थर्मल आईआर कैमरे के माध्यम से मापा जाता है। सामान्य तौर पर, इस पद्धति की संवेदनशीलता उन दोषों तक सीमित होती है जो क्षणिक गर्मी प्रवाह के लिए मूल रूप से लंबवत होती हैं। इसके अलावा, शासी क्षणिक गर्मी प्रवाहकत्त्व समीकरण एक परवलयिक आंशिक अंतर हैNtial समीकरण, मात्रा में गर्मी प्रवाह जोरदार नम है। परिणामस्वरूप, सक्रिय थर्मोग्राफ़ी पद्धति की जांच गहराई निकट सतह क्षेत्र तक सीमित होती है, आमतौर पर मिलीमीटर सीमा में। दो सबसे सामान्य सक्रिय थर्माफोग्राफी तकनीकों स्पंदित और लॉक-इन थर्माफ़ोग्राफी हैं वे प्लानर ऑप्टिकल सतह रोशनी 2 के कारण तेजी से चल रहे हैं, लेकिन सतह के लिए लंबवत क्षणिक गर्मी प्रवाह को जन्म देते हैं। इसलिए, इन तकनीकों की संवेदनशीलता गर्म नमूनों की सतह को मुख्य रूप से उन्मुख समानांतर ( उदा। डेलामेंटन या वियोज़) दोषों तक सीमित है। स्पेशल थर्माफोग्राफी के लिए एक अनुभवजन्य नियम बताता है कि "सबसे छोटी सी जांच करने योग्य दोष की त्रिज्या सतह के नीचे इसकी गहराई से कम से कम एक से दो गुना अधिक होनी चाहिए" एक लंबवत उन्मुख दोष ( जैसे एक दरार) और गर्मी प्रवाह के बीच प्रभावी संपर्क क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, गर्मी प्रवाह की दिशा में होना चाहिएबदल गया। स्थानीय उत्तेजना, उदाहरण के लिए एक रेखीय या परिपत्र स्थान के साथ एक केंद्रित लेज़र का उपयोग करके, एक इन-प्लेन घटक के साथ गर्मी प्रवाह उत्पन्न करता है जो सीधा दोष 4 , 5 , 6 , 7 के साथ प्रभावी ढंग से बातचीत करने में सक्षम होता है।
प्रस्तुत विधि में, हम उपसतह दोषों का पता लगाने के लिए पार्श्व गर्मी प्रवाह घटकों का भी उपयोग करते हैं, लेकिन हम इस तथ्य का उपयोग करते हैं कि थर्मल तरंगों को ढंका जा सकता है, जबकि दोष, विशेष रूप से ऊर्ध्वाधर उन्मुख, इस अतिपवित्रता को परेशान करते हैं इस तरीके से, प्रस्तुत विधि संदर्भ-मुक्त, सममित और बहुत ही संवेदनशील तरीके से मिलती है, क्योंकि संभव है कि 8 , 9 के नीचे के एक चौड़ाई / गहराई के अनुपात में कृत्रिम उपसतह दोषों का पता लगाया जा सके। अभी तक, पर्याप्त ऊर्जा की आपूर्ति वाले दो विरोधी चरणबद्ध थर्मल तरंग क्षेत्रों को बनाना मुश्किल था। हमने इसे हासिल कियावाई एक उच्च प्रकाश डायोड लेजर के लिए एक स्थानिक प्रकाश मॉडुलक (एसएलएम) को युग्मित कर रहा है, जिससे हमें लेज़र सिस्टम की उच्च ऑप्टिकल पावर को एसएलएम के स्थानिक और अस्थायी संकल्प के साथ विलय करने में मदद मिली ( चित्रा 2 देखें) एक उच्च-शक्ति प्रोजेक्टर में । प्रक्षेपित छवि की पिक्सेल चमक ( चित्रा 2 , चित्रा 1 ए देखें ) के माध्यम से थर्मल तरंग क्षेत्र अब दो विरोधी चरणबद्ध sinusoidally modulated लाइन पैटर्न के photothermal रूपांतरण के द्वारा बनाई गई हैं। यह नमूना की सतह के संरचित हीटिंग की ओर जाता है और परिणामों में अच्छी तरह से परिभाषित विनाशकारी थर्मल तरंग क्षेत्रों में हस्तक्षेप होता है। एक उपसतह दोष के लिए, विनाशकारी निष्कर्ष की गड़बड़ी आईआर कैमरा का उपयोग कर सतह पर तापमान दोलन के रूप में मापा जाता है।
थर्मल लहर की संज्ञा, विवादित रूप से चर्चा की जाती है क्योंकि तापीय तरंगें गर्मी प्रसार के फैलाने वाले चरित्र के कारण ऊर्जा परिवहन नहीं करती हैं। फिर भी, लहर की तरह व्यवहार जब hea है समय-समय पर टिंग, हमें असली तरंगों और प्रसार प्रक्रियाओं के बीच समानताएं 10 , 11 , 12 के साथ उपयोग करने की इजाजत देता है। इस प्रकार, एक थर्मल तरंग को प्रचार के दिशा में बेहद भरे हुए समझा जा सकता है, लेकिन समय-समय पर आवधिक ( चित्रा 1 बी )। विशेषता थर्मल प्रसार की लंबाई इसके भौतिक गुण (थर्मल चालकता कश्मीर , गर्मी क्षमता सी पी और घनत्व ρ ), और उत्तेजना आवृत्ति ƒ द्वारा वर्णित है। यद्यपि थर्मल लहर दृढ़ता से क्षय है, इसकी लहर प्रकृति नमूने के गुणों में अंतर्दृष्टि हासिल करने के लिए लागू की जा सकती है। थर्मल तरंग हस्तक्षेप का पहला आवेदन परतों की मोटाई निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। हमारे विधि के विपरीत, हस्तक्षेप प्रभाव गहराई आयाम ( यानी सतह पर सीधा) में इस्तेमाल किया गया था 13. "लेजर बीम को विभाजित करके दूसरे आयाम में हस्तक्षेप करने के विचार को विस्तारित करना, थर्मल तरंग हस्तक्षेप का इस्तेमाल साइडसफेस दोषों के आकार के लिए किया गया था। फिर भी इस पद्धति को ट्रांसमिशन विन्यास में लागू किया गया था, जिसका अर्थ है कि यह प्रवेश द्वारा सीमित था थर्मल तरंग की गहराई। इसके अलावा, क्योंकि केवल एक लेजर स्रोत का उपयोग किया गया है, इस विधि को रचनात्मक हस्तक्षेप होता है, जिसका अर्थ है कि दोष मुक्त संदर्भ की आवश्यकता है। थर्मल तरंग हस्तक्षेप का उपयोग करने के विचार के अलावा, स्थानिक और पहले अस्थायी रूप से नियंत्रित हीटिंग होल्टमैन एट अल द्वारा किया गया था । एक अनधिकृत लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) प्रोजेक्टर का उपयोग, जिसमें प्रकाश स्रोत में अंतर्निहित था, जो ऑप्टिकल आउटपुट पावर में गंभीर रूप से सीमित था। 15. प्राइबे और रविचंद्रन द्वारा आगे के तरीकों का लक्ष्य ऑप्टिकल बढ़ाने एक एसएलएम 16 के लिए एक लेजर युग्मन द्वारा आउटपुट पावर , S = "xref"> 17
यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल में बताया गया है कि स्टील के नमूनों की सतह पर लंबवत खराबी वाले उपसतह दोषों का पता लगाने के लिए एलपीपीटी विधि कैसे लागू करें। यह विधि प्रारंभिक चरण में है, फिर भी प्रस्तावित दृष्टिकोण को मान्य करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली है; हालांकि, यह प्रयोगात्मक सेटअप की प्राप्त ऑप्टिकल आउटपुट पावर के मामले में अभी भी सीमित है चूंकि ऑप्टिकल आउटपुट पावर की वृद्धि एक चुनौती बनी हुई है, प्रस्तुत विधि को लेपित स्टील के लिए लागू किया गया है जिसमें कृत्रिम विद्युत निर्वहन का प्रयोग किया जाता है। फिर भी, प्रोटोकॉल के सबसे महत्वपूर्ण और सबसे महत्वपूर्ण कदम, एक सजातीय संरचित रोशनी पैदा करने, विनाशकारी थर्मल तरंग हस्तक्षेप के लिए किसी और चीज की बैठक, और दोष का पता लगाने, फिर भी अधिक मांग वाले दोषों के लिए भी पकड़ता है। चूंकि शासी मात्रा मात्रा थर्मल प्रसार लंबाई है μ, एलपीपीटीटी पद्धति कई अलग-अलग सामग्रियों के साथ ही लागू की जा सकती है।
NT ">
चित्रा 2 चित्रा 2: सक्रिय थर्माफोग्राफी में प्रयुक्त संरचित हीटिंग के माप सिद्धांत के योजनाबद्ध। एक शीर्ष टोपी प्रोफाइल के लिए एक गाऊसी बीम को एक स्थानिक लाइट मॉड्युलेटर (एसएलएम) पर लागू किया जाता है। एसएलएम अलग-अलग बदलाव के तत्वों के द्वारा बीम को और उसके स्विचिंग स्पीड द्वारा अस्थायी तौर पर हल करता है। प्रत्येक तत्व एक SLM पिक्सेल का प्रतिनिधित्व करता है इस प्रयोग में, एसएलएम डिजिटल माइक्रो मिरर डिवाइस (डीएमडी) है। एक समय नियतात्मक नियंत्रण सॉफ्टवेयर, नमूना सतह के साथ पिक्सेल ब्राइटनेस A को संशोधित करकेएक संरचित तरीके से गरम किया जाता है। प्रस्तुत प्रयोग के मामले में, हम दो विरोधी चरणबद्ध लाइनों (चरणों: φ = 0, π) को विनियमित करते हैं, जो कोणीय आवृत्ति ω में सुसंगत रूप से थर्मल तरंग क्षेत्र को दखल देते हैं। तरंग का क्षेत्र नमूना की आंतरिक संरचना के साथ बातचीत करता है जिससे सतह पर तापमान का क्षेत्र भी प्रभावित होता है। यह एक मध्य-लहर अवरक्त कैमरा द्वारा अपने थर्मल विकिरण के माध्यम से मापा जाता है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें
प्रस्तुत प्रोटोकॉल का वर्णन है कि कैसे सतह पर लंबवत कृत्रिम उपसतह दोषों का पता लगाने के लिए। इस पद्धति का मुख्य विचार अवरुद्ध थर्मल तरंग क्षेत्र बनाने के लिए है जो उपसतह दोष के साथ बातचीत करते हैं। सबस…
The authors have nothing to disclose.
हम प्रायोगिक सेटअप की तस्वीरें लेने और साथ ही आंकड़ा प्रकाशन के लिए तैयारी करने के लिए तेरना स्टडमुंड और हैजेन वेंडल का शुक्रिया अदा करना चाहेंगे। इसके अलावा, हम नमूना तैयार करने और श्रीधर उन्नीकृष्णुकुप, अलेक्जेंडर बाटिग और फेलिक्स फ्रिट्ज़ के लिए एनी हल्डेब्रेंड का सबूत पढ़ने के लिए धन्यवाद करना चाहते हैं।
500 W diode laser system, 940 nm | Laserline | LDM 500 – 20 | Pilot laser class 2 @ 650 nm, diode laser is a class 4 laser system –> special laboratory needed |
Laser control box | Laserline | Laser control box LDM | Add on to the laser system, used to switch electronically, laser threshold, shutter, laser on 0 V ..5 V TTL |
Control box scanner | Laserline | Add on to the laser system, used to adjust the optical output power via analog signal from 0 V..10 V | |
Fiber Laser Mount 2", f = 80 mm | Laserline | Add on to the laser system | |
Multifunction Data Aquisition (DAQ) Device + BNC Terminal | National Instruments | NI-USB 6251 | The DAQ card is used to trigger the IR camera, the DLP Light Commander 5500, control Laser and diode PDA 36A |
Standard – PC | Control PC – graphic card for two screens, at least 4 x USB, Windows based | ||
BNC cabel | Standard cable | ||
HDMI cable | Standard cable | ||
Micro USB to USB cable | Standard cable | ||
LabVIEW 2013 SP1 Development System | National Instruments | Development environment for device control | |
LPPT control software | BAM | part of the LPPT software package by LabVIEW 2013 SP1 | |
LPPT intensity software | BAM | part of the LPPT software package by LabVIEW 2013 SP1 | |
LPPT laser control software | BAM | part of the LPPT software package by LabVIEW 2013 SP1 | |
Matlab 2016b | MathWorks | Postprocessing of the measurement data | |
LPPT postprocessing software | BAM | Postprocessing of the measurement data | |
IR camera control PC | InfraTec | Control PC is supplied by camera distributor | |
IR camera control software | InfraTec | Irbis 3 Professional | |
InfraTec SDK | InfraTec | Dynamic Link Library as interface between the native data aquisition format of Infratec and Matlab | |
IR camera | InfraTec | Image IR 8300 | 640 x 512, cooled InSb detector, wavelength 2 µm..5.7 µm, noise = 20 mK + accessories (LAN cable, Digital in/out cable, space ring, power supply, case) |
Tripod | Manfrotto | 161MK2B | |
IR camera mount | Manfrotto | 405 | |
Projector development kit (PDK) for digital light processing (DLP) technology (DLP Light Commander 5500) | Logic PD | DLP-LC-DLP5500-10R | DLP5500 Digital Micromirror Device from Texas Instruments included , light engine and case need to be disassembed |
PDK control software | Logic PD | Included when delivered, DLP Light Commander control software | |
Mechanical platform for the PDK | BAM | Self made (140 x 230 x 420) mm | |
Power meter control unit | Ophir | Vega | USB Interface |
30 W power meter head | Ophir | 30(150)A-LP1-18 | Power meter head to determine Transmission of the projector system |
500 W power meter head | Ophir | FL500A | Power meter for process supervision |
Motion controller | Newport | ESP301 | with USB Interface |
Translation stage | Newport | M-ILS200CC | Connected to ESP301 |
Photodiode with amplifier | Thorlabs | PDA 36A-EC | 1" mount |
Reflective filter ND1 | Thorlabs | ND10A | to be mounted to the PDA 36A |
Pinhole 1" | Thorlabs | P1000S | to be mounted to the PDA 36A |
Optical aluminium breadboard | Thorlabs | MB60120/M | (1200 mm x 900 mm) base |
Plano Convex Lens f = 200 mm | Thorlabs | LA1979-B | Coated for IR, first telescope lens |
Plano Convex Lens f = 75 mm | Thorlabs | LA1145-B | Coated for IR, second telescope lens |
xy-translation stage | Newport | M401 | Used for adjusting the telecope |
Beamsampler | Thorlabs | BSF20-B | Splits the optical output, used to reduce the optical input for the projector system |
Mirror | Thorlabs | BB2-E03 | Mirror for coupling the beam to the DLP Light Commander |
Heavy duty lab jack | Thorlabs | L490 | Used for the fiber mount and on top of the linear stage to position the sample (2x) |
PDK-objective | Nikon | Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D | Objective for DLP Light Commander, 50 mm |
Plano Convex Lens f = 100 mm | Thorlabs | LA1050 -B | Lens is attached to the Nikon Objective |
Bi-Convex Lens f = 60 mm | Thorlabs | LB1723 -B | Lens to be attached to the Nikon objective in order to determine the optical transmission with the 30 W measurement head |
Square protected gold mirror | Thorlabs | PFSQ20-03-M01 | |
High power IR sensor card | Newport | F-IRC-HP-M | Sensor card to check the optical pathway |
2" crosshairs | BAM | Selfmade | |
1" crosshairs | BAM | Selfmade | |
Bullseye level | Thorlabs | LCL01 | |
Translation Stage | Newport | M-UMR8.25 | Used for measuring the beam profile |
Micrometer screw | Newport | DM17-25 | Used with translation stage M-UMR8.25 |
Mounted Zero Aperture Iris | Thorlabs | ID75Z/M | used to check the optical pathway |
Bases and Post Holders Essentials Kit, Metric and Universal Components | Thorlabs | ESK01/M | Basis |
Posts & Accessories Essentials Kit, Metric and Universal Components | Thorlabs | ESK03/M | |
M6 Cap Screw and Hardware Kit | Thorlabs | HW-KIT2/M | |
Construction Rails | Thorlabs | XE25L700/M | |
1" Construction Cube | Thorlabs | RM1G | Used to mount construction rails |
Electrical discharge machining | Sodick | AG60L | www.sodick.de |
St37 block of steel (100 x 100 x 40) mm | BAM | selfmade, hidden defect with remaining wall thicknesses of 0.25 mm, 0.5 mm, 0.70 mm 1.25 mm (shown in Fig. 5) | |
St37 block of steel (100 x 100 x 40) mm | BAM | selfmade, hidden defect with remaining wall thicknesses of 1 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm (shown in Fig. 5) | |
Graphite spray | CRC Industries Europe NV | GRAPHIT 33 | Ref. 20760, 200 ml aerosol (Kontakt-Chemie) |
Protective tape | Tesa | tesakrepp 4348 | used to protect the hidden defects while coating |