[发明专利]一种扫描热激励红外成像检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外成像系统与方法，特别是采用扫描热激励源的方式产生热波，属红外无损检测技术领域。

背景技术

红外热波成像无损检测技术的基本原理是，首先采用热激励源对被测物体表面进行短周期加热，在被测物体的表面产生一个脉冲热流，即所谓热波，并向物体内部传播。如果物体内部的热学特性具有非均匀性，比如断裂或空隙等缺陷，热波的传播会受到扰动，部分热波会被反射回到物体的表面。利用红外热像仪连续采集来自被测物体表面的热辐射图像，通过分析这些图像随时间变化的特性，可以得到热波受物体内部缺陷反射的时间和强度，从而判断出这些缺陷的大小、深度及性质。

随着新材料、新能源、高速铁路、核工业及航空航天等工业的快速发展，对无损检测技术的要求日益增加。红外热波无损检测技术具有检测速度快、成像面积大、非接触及远距离探测等优点，因此应用广泛。例如可应用于对半导体材料，如太阳能电池、集成电路的封装、半导体光源的封装导热性能等的测试；金属及其他非透明薄膜及涂层的测量；飞机和航天器外壳的内部粘合状况及腐蚀程度、水下舰只的外壳、气体和液体的输送管线、火车轨道及轮盘、锅炉锅体、汽车外壳及漆层质量等进行评估，等等。

在采用红外热波成像技术进行检测时，根据样品的特性有两种热激励方式。对于比较薄的样品、特别是高导热率的材料，例如半导体晶片及太阳能硅片等，采用热激励时间很短的脉冲方式，否则热波的回波到达表面时热激励还没结束，影响检测效果。而对于导热率差且厚度很大的样品，热波的变化缓慢，通常采用连续的热激励源，如大功率红外灯，连续长时间加热，然后停止热激励后再进行图像采集。

为了实现高能量脉冲热激励，目前国际市场上的部分产品采用高能量闪光灯作为脉冲热激励源，其脉冲宽度只有10毫秒左右，很适合用于产生短脉冲热激励。但这种高能量闪光灯有很多局限，例如不能远距离作用，灯管的使用寿命有限，设备体积大等。在对脉冲宽度要求不是很高的情况下，另一种有效的方法是采用高功率连续辐射源，如金属卤素灯。这种热激励源价格低、重量轻、热效率高。但为了在短时间产生较大强度的热激励，要求有很高的功率，例如达到数千瓦，这对供电线路的负载能力有一定的要求，特别是在希望采用电池供电的情况下，这带来了很大困难。

发明内容

本发明的目的就是针对目前红外热波成像无损检测技术中热激励源的不足，提出一种新的采取扫描形式的热激励装置。其基本原理是采用线状热激励源对试件表面进行扫描，在这种情况下试件表面在某一时刻只有一个局部被加热，因此热激励源的功率大幅下降。通过改变扫描速度达到改变试件表面受热激励时间长短的目的，由于扫描整个试件表面使得总的热激励时间得到延长，这样总的热激励能量可以达到很高。

采用扫描的方式进行热激励，由于试件表面各点的热激励时间不同，因此需要对每行热波信号进行延时校正，使得图像上面所有点都具有相同的热激励时刻。

附图说明

图1为红外热波成像原理示意图；

图2为本发明的一种实施方式；

图3为本发明的另一种实施方式；

图4为本发明的又一种实施方式；

图5为几种热激励源的形式；

图6为扫描热激励延时校正示意图。

具体实施方式

为了使本发明的原理及特点得到更好的理解，以下将结合具体实施例与附图对本发明做进一步的说明。

图1所示的是热波红外成像无损检测的基本原理，光辐射源10对样品表面11进行短脉冲加热，产生脉冲热波12向样品内部传播，当遇到内部缺陷12时，将有一部分热波能量14被反射到样品表面，反射回来的时间、信号强度等和缺陷深度及性状相关。红外热像仪15用于采集试件表面温度分布的变化，通过对这些连续采集的热波图像进行分析，便可以得知界试件内部缺陷的状况。热波信号的传播速度在不同的材料中是不一样的，比如塑料等隔热材料中的传播速度要远远低于金属等高导热材料。并且由于热波传播的扩散性，传播所需时间和传播距离成平方关系。因此如果缺陷比较深，或者材料中的热波传播速度比较低，可以采用较长的热激励周期。但对于比较浅的缺陷，或者材料为高导热的金属，热激励的周期就必须很短，否则热波反射到表面时热激励还没完成，将影响到热波信号的检测。