[发明专利]用于对测试对象上的表面附近的结构进行无损检验的热成像检验装置及方法

说明书

一种热成像检验装置并用于对测试对象上的表面附近的结构进行无损检验，包括用于将热能施加至测试对象的待加热的表面区域的加热装置；用于在施加热能之后对测试对象的待测量的表面区域上的空间温度分布的时间轮廓进行检测的热传感器装置，其中待测量的表面区域包括待加热的表面区域以及与待加热的表面区域邻近的待测量的外部表面区域；以及用于对空间温度分布的时间轮廓进行评估从而因此对待测量的表面区域上的表面附近的结构的至少一个参数进行检测的评估装置。

背景技术

当生产零件时，特别是生产具有小壁厚的零件时，遵守限定的壁厚对于稳定性及因此对于质量是重要的。特别地，使用例如具有相对大量的散布(dispersion)的方法，例如，如层压、精确模具铸造(dead-mold casting)或离心铸造，需要在连续基础上度量地验证所得到的值，以能够识别近表面缺陷，如脱层(层压过程)、气体夹杂(精确模具铸造)或壁厚不足(离心铸造)。置于测量装置上的需求包括：根据应用的领域，用于过程集成的短测量时间，对待测试对象的少量应力，这是由于例如在照射的情况下的热输入以及长生命和低成本所造成的。

由计算机断层摄影术表示对象的内部结构的三维检测的建立方法，其中X射线从不同的方向对测量的对象进行照射，其中从个别X射线图像重建三维对象。

存在不同大小、分辨率和速度的计算机断层成像。如果期望高测量速度，技术支出及因此的成本非常高，以至于在很多情况下都不能经济地应用此测量方法。

通过热成像方法提供一种用以降低成本的方法。借助于热成像方法(热像法)，有可能对靠近表面的试样且特别地具有薄壁厚的试样进行检验。

在一些热成像方法中，借助于以二维方式表现的热源或冷源使试样的表面遭受短期加热和/或冷却，以及借助于热成像摄像机(红外摄像机)对表面温度的后续时间轮廓进行记录并随后进行评价。当使用热方程时考虑如热导率、特定热容量及密度的材料参数，可随后从表面温度的时间轮廓得到如气体夹杂的深度或最顶层的厚度的几何性质。在此，重要的是，被检验的区域充分平行于表面而延伸，并要确定关于结构特征的热性质的差异。从参考文献[1]已知如热成像方法的示例。

此外，从现有技术已知解决方案，其中例如借助于激光点实现表面的局部加热，且由点检测器对热成像系统进行光学跟踪。基于点检测器，甚至在慢扫描系统中，此解决方案能够实现照明和热检测之间的固定时间常数。可在参考文献[2]、[3]、[4]及[5]中找到其示例。

从参考文献[6]已知一种简化的方法，其中对特定时间点处的表面温度进行检测，而不是检测表面温度的时间轮廓。

参考文献[7]提供了热成像方法的通用概述。

发明内容

本发明的目的在于提供用于测试对象处的近表面结构的无损检验的改进的热成像检验工具以及改进的热成像方法。

通过用于测试对象处的近表面结构的无损检验的热成像检验工具实现此目的，该热成像检验工具包括：

用于将热能施加至测试对象的待加热的表面区域的加热装置；

用于在热能的施加之后对测试对象的待测量的表面区域上的空间温度分布的时间轮廓进行检测的热传感器工具，待测量的表面区域包括待加热的表面区域以及与待加热的表面区域邻近的待测量的外部表面区域；以及

用于对空间温度分布的时间轮廓进行评估以对待测量的表面区域处的近表面结构的至少一个参数进行检测的评估工具。

在从参考文献[1]至[7]已知的解决方案中，将热量施加至试样的待加热的表面区域，并对此恰好的待加热的表面区域的表面温度进行测量。借助于垂直于表面区域的热传播，确定试样的待加热的表面区域处的热性质或待加热的且被逐一测量的表面区域的热性质的差异，其中差异将随后形成用于确定试样的近表面结构的参数的基础。