[發明專利]一種窗掃描熱成像缺陷檢測和層析成像方法及系統

有效

• 申請號: 201510034897.4
• 申請日: 2015-01-25
• 公開（公告）號: CN104535616B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 何赟澤;楊瑞珍
• 申請（專利權）人: 何赟澤
• 主分類號: G01N25/72
• 分類號: G01N25/72
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于裝備無損檢測、材料表征評估、結構健康監測和產品質量控制等技術領域，特別是涉及一種熱成像檢測方法及系統。

背景技術

隨著現代科學和工業技術的發展，無損檢測技術已成為保證產品質量和設備運行安全的必要手段。目前具有代表性的無損檢測技術主要有射線檢測、超聲檢測、滲透檢測、磁粉檢測、渦流檢測以及熱成像檢測等技術。

熱成像檢測技術采用熱源對被檢對象進行加熱，采用熱像儀觀測和記錄被檢對象表面的溫度變化信息，以對被檢對象表面及內部的缺陷（裂紋、分層等）進行檢測和評估。熱成像檢測技術具有非接觸、非破壞、無需耦合、檢測面積大、速度快等優點，已廣泛應用于航空、航天、石油、化工、電力、核能等領域。

熱成像檢測技術采用的熱源多種多樣，從物理角度而言，有閃光燈、超聲波、渦流、激光等。根據熱源物理性質的不同，熱成像檢測技術可以細分為閃光燈熱成像檢測技術、超聲波熱成像檢測技術、渦流熱成像檢測技術和激光熱成像檢測技術等。

根據熱像儀和被檢對象相對位置的不同，熱成像檢測系統可配置為不同的檢測方式：1）靜止檢測方式，即熱像儀和被檢對象的相對位置是固定的，該方式每次只能檢測一定區域；2）移動檢測方式，即熱像儀以固定速度連續掃描被檢對象，該方式檢測面積大。

熱成像檢測技術的檢測效率與熱像儀的像素大小密切相關，簡單而言，像素越大，檢測效率越高。同時，熱成像檢測技術的檢測效率也受制于熱源的形狀。從外形角度而言，熱源可分為點源、線源和面源。根據熱源形狀的不同，熱成像檢測技術的靜止檢測方式有以下實施方式：1）采用點源，需要移動點源直至完全覆蓋熱像儀視場，檢測效率最低；2）采用線源，需要移動線源直至完全覆蓋熱像儀視場，檢測效率較低；3）采用面源，可直接覆蓋熱像儀視場，檢測效率較高。專利CN103234953公開的激光掃描熱波層析成像系統與方法，即采用了點源和線源加熱被檢對象；專利CN103245668公開了一種激光掃描熱波成像方法，即屬于采用線源的靜止檢測方式。靜止檢測方式的主要不足是：1）檢測大型對象需要多次配置熱像儀位置，檢測效率低，檢測時間長；2）熱源加熱不均勻，導致成像與缺陷檢測效果差。

移動檢測方式則通常采用線源或面源，使熱源和熱像儀以固定速度掃描被檢對象，熱像儀記錄和顯示被檢對象表面加熱之后的溫度變化信息。相對于靜止檢測方式，移動檢測方式具有以下優點：1）可連續檢測大面積區域，無需重復配置熱像儀位置，檢測效率高，檢測時間短，適用于大型被檢對象；2）熱源勻速經過被檢對象，加熱均勻。但是，現有熱成像移動檢測方式具有一定不足：1）采用某一列像素的溫度值進行成像，只能顯示某一時刻的溫度信息，無法進行層析成像；2）采用熱像儀采集的溫度值進行成像和缺陷檢測，檢測效果差；3）無法獲得被檢對象每個點的溫度變化信息，很難采用熱波理論和先進數字信號處理方法進行深入分析。

發明內容

本發明目的是針對上述不足，提供一種窗掃描熱成像缺陷檢測和層析成像方法及系統。熱源和熱像儀以固定速度掃描被檢對象，在掃描過程中，熱源對被檢對象進行加熱，熱像儀記錄被檢對象表面加熱之后隨時間變化的溫度信息作為原始數據；對原始數據進行重構，獲得被檢對象每個點的溫度變化序列作為檢測信號；采用或產生特定信號作為參考信號；對檢測信號與參考信號進行時域、頻域和互相關處理，提取每個點的時域特征值、頻域特征值、互相關幅值特征值和互相關相位特征值等特征值，實現缺陷檢測和層析成像。

一種窗掃描熱成像缺陷檢測和層析成像系統，主要包括：

1)控制器，用于觸發熱源控制模塊、掃描模塊和熱像儀同時工作；

2)熱源控制模塊，用于驅動熱源工作；

3)熱源，用于對被檢對象進行加熱，可以是熱風、閃光燈源、紅外光源、激光源、電磁源、微波源等，通常是線源或面源；

4)掃描模塊，用于控制熱源和熱像儀以固定速度運動；或者，控制被檢對象以固定速度經過熱源和熱像儀；熱像儀也可以更換為其它陣列溫度傳感器或多個線溫度傳感器；

5)熱像儀，用于記錄被檢對象表面隨時間變化的溫度信息作為原始數據，并把原始數據傳輸給計算機；

6)被檢對象，被檢測的對象，其表面或內部可能含有裂紋、氣泡、脫層、腐蝕等缺陷；

7)計算機，用于存儲、顯示、處理和分析原始數據，并執行以下算法；

8)數據重構模塊，用于把原始數據重構為檢測數據；

9)檢測信號提取模塊，用于從檢測數據中提取被檢對象每個點的溫度變化序列作為檢測信號；