ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ ДЕФЕКТОСКОП
THERMAL IMAGING FLAW DETECTOR

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к активному одностороннему тепловому контролю материалов и изделий.
Известно устройство активного одностороннего теплового неразрушающего контроля состояния колес железнодорожных вагонов и вагонов метрополитена. Устройство содержит тепловизор, установленный перед объектом контроля - колесом вагона, электрод для подключения к точке геометрического центра контролируемого колеса одного из полюсов источника питания постоянного тока. Электроды для подключения к другому полюсу источника питания постоянного тока равномерно распределены и жестко прикреплены к поверхности металлического обруча, предназначенного для насаживания на контролируемое колесо. (Патент RU №2186376, опубликован 27.10.2000).
Недостаток устройства заключается в неравномерности нагрева объекта контроля за счет повышенных температурных сигналов в местах расположения электродов.
Известно устройство одностороннего импульсного теплового неразрушающего контроля для определения толщины изделия и глубины залегания дефектов. Устройство предназначено для проведения контроля пластмассы, керамики, металлов и других материалов. Два источника тепловой стимуляции - оптические нагреватели и тепловизор расположены с одной стороны контролируемого изделия. Компьютер служит для управления и синхронизации запуска оптических нагревателей и тепловизора для сбора и обработки тепловых изображений с последующим определением толщины изделия и глубины залегания дефекта. (Патент США №6542849, опубликован 1.04.2003).
Недостатками технического решения являются невозможность контроля изделий из металлов, в особенности, стали, толщиной более 1,5 мм в силу импульсного характера нагрева, а также наличие тепловых помех - отражений нагретых элементов ламп, возникающих на поверхности контролируемого объекта после окончания тепловой стимуляции.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство активного одностороннего теплового неразрушающего контроля, содержащее оптический нагреватель импульсного характера для тепловой стимуляции объекта контроля, тепловизор и непрозрачную шторку для перекрытия отраженного излучения нагретых элементов оптического нагревателя механическим способом. Компьютер синхронизирует запуск оптических нагревателей и тепловизора и служит для осуществления сбора и обработки тепловых изображений. (Патент США №5631465, опубликован 29.02.1996).
Недостатком устройства является неэффективность нагрева и регистрации температуры, несмотря на полное устранение отраженного излучения нагретых элементов оптического нагревателя с помощью непрозрачной шторки за счет расположения как оптического нагревателя, так и тепловизора под углом к нормали объекта контроля.
Задача заявляемого изобретения - повышение достоверности активного одностороннего теплового неразрушающего контроля при выявлении дефектных образований в металлических и композиционных материалах.
Тепловизионный дефектоскоп для активного теплового неразрушающего контроля содержит оптический нагреватель для тепловой стимуляции объекта контроля и тепловизор, подключенные к компьютеру и размещенные на одной оптической оси напротив друг друга. Между оптическим нагревателем и тепловизором установлено поворотное зеркало, выполненное в виде пластины из теплоизоляционного материала, на обеих поверхностях которой установлены зеркала в виде полированных металлических пластин, например из алюминия или меди. Поворотное зеркало управляется поворотным приводом, подключенным к компьютеру. Поворотное зеркало выполнено с возможностью установки угла наклона, равного +45°, между нормалью к его поверхности и нормалью к поверхности объекта контроля в период нагрева объекта контроля излучением оптического нагревателя и возможностью установки угла наклона, равного -45°, в период регистрации теплового излучения объекта контроля тепловизором.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - схема работы телевизионного дефектоскопа в период тепловой стимуляции.
На фиг. 2 - схема работы телевизионного дефектоскопа в период регистрации температурного сигнала.
На фиг. 1 изображен тепловизионный дефектоскоп для активного теплового неразрушающего контроля, который содержит оптический нагреватель 1, поворотное зеркало 2, выполненное в виде пластины из теплоизоляционного материала 3, на обеих поверхностях которой установлены зеркала 4 и 5 в виде полированных металлических пластин. Поворотное зеркало 2 установлено под наклоном в +45° между нормалью к собственной поверхности и нормалью к поверхности объекта контроля 6, что позволяет создать максимальную плотность мощности нагрева. Оптическим нагревателем 1, тепловизором 7 и поворотным приводом 8, соединенным с поворотным зеркалом 2, управляет компьютер 9.
На фиг. 2 изображен тепловизионный дефектоскоп для активного теплового неразрушающего контроля, который содержит оптический нагреватель 1 и поворотное зеркало 2, выполненное в виде пластины из теплоизоляционного материала 3, на обеих поверхностях которой установлены зеркала 4 и 5 в виде полированных металлических пластин. Поворотное зеркало 2 установлено под наклоном в -45° между нормалью к собственной поверхности и нормалью к поверхности объекта контроля 6, что обеспечивает запись геометрически не искаженных инфракрасных термограмм. Оптическим нагревателем 1, тепловизором 7 и поворотным приводом 8, соединенным с поворотным зеркалом 2, управляет компьютер 9.
Устройство работает следующим образом.
Объект контроля 6 фиксируется параллельно оптической оси оптического нагревателя 1 и тепловизора 7. Поворотное зеркало 2, выполненное в виде пластины из теплоизоляционного материала 3, на обеих поверхностях которой установлены зеркала 4 и 5 в виде полированных металлических пластин, устанавливается в такое положение (фиг. 1), при котором тепловое излучение от оптического нагревателя 1 попадает на объект контроля 6 перпендикулярно к его поверхности для обеспечения максимальной плотности мощности нагрева. Это достигается при угле +45° между нормалью к поверхности поворотного зеркала 2 и нормалью к поверхности объекта контроля 6.
Оператор запускает программу для задания параметров процесса неразрушающего контроля, управления и синхронизации работы компьютера 9, тепловизора 7, оптического нагревателя 1 и поворотного привода 8, записи и анализа инфракрасных термограмм объекта контроля 6.
После запуска программы компьютер 9 подает управляющий сигнал включения оптического нагревателя 1 для начала тепловой стимуляции. Стимулирующий тепловой поток, отразившись от зеркала 4, осуществляет нагрев поверхности объекта контроля 6. Пластина из теплоизоляционного материала 3, являющаяся основанием поворотного зеркала 2, затрудняет передачу тепла от зеркала 4, нагреваемого излучением оптического нагревателя 1, к зеркалу 5.
По истечении предварительно заданного оператором времени тепловой стимуляции компьютер 9 подает управляющий сигнал выключения оптического нагревателя 1 для завершения тепловой стимуляции, а также подает сигнал тепловизору 7 для начала записи инфракрасных термограмм и сигнал поворотному приводу 8. Поворотный привод 8 изменяет угол наклона поворотного зеркала 2 на 90° (фиг. 2) таким образом, что угол между нормалью к поверхности поворотного зеркала 2 и нормалью к поверхности объекта контроля 6 составит -45°, что обеспечивает отсутствие геометрических искажений изображения объекта контроля 6. При этом не происходит существенного нагрева зеркала 5 тепловым излучением оптического нагревателя 1, что позволяет тепловизору 7 регистрировать температурное поле объекта контроля 6 без излучательной помехи, обусловленной собственным излучением зеркала 5.
Тепловизор 7 начинает последовательную запись заданного числа инфракрасных термограмм с заданным интервалом времени. Регистрируемые инфракрасные изображения с помощью специальной программы записывают в компьютер 9.
По окончании регистрации заданного числа инфракрасных термограмм тепловизором 7 компьютер 9 выключает тепловизор 7.