Použitie infračervenej kamery pre NDT

1 Aktívna termografia

Aktívna termografia je väčšinou založená na riadení stimulácie tepelnej vlny v telese, následnom snímaní rozloženia teplôt IR termografickým systémom a analýzou signálu. Defekty v podpovrchovej vrstve sa prejavia rozdielmi v rozložení povrchových teplôt. Zdrojom tepla môže byť halogénová lampa, pulzný laser, xenónová výbojka alebo teplý pudiacim vzduch. Pri známych vlastnostiach materiálu je možné z tepelného obrazu vyhodnotiť rozsah a hĺbku podpovrchových porúch teoreticky alebo porovnaním s etalónom. [1]

2 Lock – in metóda

Lock – in termografia je založená na modulácií riadeného tepelného toku dopadajúceho na diagnostikovaný objekt. Tepelná (obvykle sínusová) vlna preniká dovnútra telesa a v mieste zmeny prostredia, t.j. anomálie/odchýlky v štruktúre materiálu testovaného objektu odráža sa späť k povrchu. Na povrchu objektu dochádza k interferencii objektom vyžrávaného a na objekt dopadajúceho toku žiarenia (tepelného), keď potom termogramy snímané termografickou kamerou sú modifikované tepelnou vlnou emitovanou zvnútra diagnostikovaného objektu. Rozborom signálu z každého pixelu detektora kamery je možné stanoviť oddelene amplitúdu aj fázový posuv odozvy. Vyhodnotenie amplitúdy a fázy obrazového signálu je možné docieliť rôznymi spôsobmi, najčastejšie sa používa spracovanie štyroch o 90° fázovo posunutých obrazov. [1]

3 Vybrané merania pomocou NDT na ZU

V nasledujúcich kapitolách sú popísané niektoré z meraní, pomocou aktívnej termografie, ktoré sa uskutočnili na katedre aplikovanej mechaniky Žilinskej univerzity v Žiline.

3.1 Vzorka pre únavové skúšky

V spolupráci s Katedrou materiálového inžinierstva sa vykonávalo nedeštruktívne meranie vzorky po únavovej skúške, na ktorej sa nachádzala únavová trhlina. Po spracovaní nameraných dát, metódou Lock – in, dostávame päť typov termogramov, ktoré sú reprezentované ako obraz: komplexný, imaginárny, reálny, amplitúdový a fázový. Každý z týchto termogramov sa počíta odlišne, pričom pri každom meraní môže lepšie zobrazovať danú anomáliu iný z týchto termogramov. Na Obr. 4 môžeme vidieť ako sa v trhline po excitácií ultrazvukovým systémom generuje teplo a taktiež môžeme vidieť termogramy, amplitúdový, imaginárny a reálny, ktoré najlepšie zobrazovali danú trhlinu. Na uvedených snímkach je prezentovaná detekcia existujúcich trhlín na vzorke.

3.2 Zlievarenská forma

V spolupráci s Katedrou technologického inžinierstva sa vykonávalo nedeštruktívne meranie zlievarenskej formy s cieľom vyhľadania problémových oblastí na meranom objekte. Po spracovaní nameraných údajov boli poškodené miesta formy lokalizované a následne podrobené ďalšej analýze. Z Obr. 5. je zrejmé, kde sa poškodené miesta formy nachádzajú.

3.3 Zubová spojka

V spolupráci s Ústredným defektoskopickým strediskom železníc ŽSR sa vykonávalo nedeštruktívne meranie zubovej spojky s cieľom lokalizovať poškodené zuby.

Záver

Cieľom príspevku bolo priblížiť informácie o tom, čo je aktívna termografia a ako sa využíva v oblasti NDT. V článku boli ukázané, niektoré vybrané výsledky z meraní, ktoré sa uskutočňujú na katedre aplikovanej mechaniky na Žilinskej univerzite v Žiline. V príspevku sme sa obmedzili na prezentáciu detekčných schopností systému, keď boli detegované trhliny v oceľových objektoch. Za pozornosť stojí možnosť detekcie aj na tvarovo zložitých objektoch, ako je dno vtokového kanálu na forme alebo päta zubu. Ide o jeden zo spôsobov nedeštruktívneho skúšania, ktorý môže rozšíriť bežne používané detekčné postupy v strojárenstve, keď ako detektor odozvy systému na budenie bola použitá infračervená kamera. Niektoré ďalšie podrobnosti je možné nájsť v [2,3,4,5].

Tento článok vznikol s podporov projektov VEGA 1/0795/16, KEGA 017ŽU-4/2017 a Agentury pre podporu vedy a výskumu č. APVV-0736-12.

Referencie
1. PEŤKOVÁ, V., SVOBODA, J. 2016. Termodiagnostika. ISBN 978-80-8126-132-9
2. STANKOVIČOVÁ, Z., DEKÝŠ, V., NOVÁK, P., STRNADEL, B. 2017. Detection of natural frequencies using IR camera. In Procedia Engineering, Vol. 192, s. 830-833, ISSN 1877-7058
3. SAPIETA, M., DEKÝŠ, V., STANKOVIČOVÁ, Z. 2014. Nedeštruktívne skúšanie materiálu pomocou lock-in metódy. In: Technológ, Roč. 6, č. 2, s. 81-84, ISSN 1337-8996
4. STANKOVIČOVÁ, Z., DEKÝŠ, V., NOVÝ, F., NOVÁK, P. 2017. Nondestructive testing of metal parts by using infrared camera. In: Procedia Engineering, Vol. 177, s. 562-567, ISSN 1877-7058
5. STANKOVIČOVÁ, Z., DEKÝŠ, V., NOVÝ, F., NOVÁK, P. 2017. Detekcia defektov použitím infračervenej termografie. In: Technológ, Roč. 9, č. 1, s. 59-63, ISSN 1337-8996

Autor:

Vladimir DEKÝŠ, Ondrej ŠTALMACH, Alžbeta SAPIETOVÁ, Milan SAPIETA
Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta

Článek byl zveřejněn ve sborníku konference DEFEKTOSKOPIE 2018. 

Celý článek včetně fotografií naleznete ZDE.

Autoři

• Dekýš Vladimír
• Štalmach Ondřej
• Sapietová Alžběta
• Sapieta Milan