[发明专利]一种三维红外热波成像检测系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于红外热波成像检测领域，具体涉及一种基于红外热波成像与三维结构光学成像相结合的检测系统与方法，适用于航空航天、微电子、汽车、核电等多领域的非平面材料缺陷检测与定量评价。

背景技术

随着航空航天、微电子、核电等领域的迅猛发展，一系列具有较高力学性能或者电学性能的复杂结构外形材料不断涌现，复杂结构外形一方面提高了结构件整体的空间分布合理性，但另一方面则增加了试件出现缺陷的可能性。采用先进的检测方法对复杂结构进行检测时，复杂的结构不利于检测缺陷的定位与低信噪比问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维红外热波成像检测系统与方法，为了克服现有技术中常见缺陷检测方法存在的试件检测信噪比低及对复杂结构缺陷定位精度差的缺点，提出了一种基于红外热波无损检测技术和三维激光扫描技术相结合的新型无损检测系统与方法。

红外热波无损检测技术作为一种主动式红外检测技术，由于其具有非接触、直观、探测面积大及无损伤等优点，广泛地应用于各类材料缺陷检测领域。三维激光扫描技术又被称之为实景复制技术，可以快速的建立物体的三维影像模型。此技术突破了传统单点测量方法，具有高效率、高精度的独特特性。三维激光扫描技术提供扫描物体表面的三维点云数据进行三维重构。将红外热波无损检测技术与三维激光扫描技术相结合可以较为容易的解决缺陷的三维定位问题。

本发明的三维红外热成像检测方法，首先采用调制激光对试验样件进行主动式热激励加载。红外热像仪对试件热图像序列进行采集与记录，通过相关算法提取热波特征信息，进而获取带有缺陷特征的二维特征图像。采用三维激光扫描仪对试件进行扫描成像，获取试件的三维结构。最终采用图像融合技术将红外特征图像与三维结构图像进行融合，进而实现试件的缺陷定位。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种三维红外热成像检测系统，所述系统由808nm半导体激光器、系统框架、激光光纤、激光器准直镜架、激光器准直镜、相机滑动导轨、三维扫描仪滑动导轨、红外热像仪、以太网线、相机触发控制线、三维激光扫描仪、载物台、三维图像传输线、伺服电机一、伺服电机二、电机控制线一、电机控制线二、图像采集卡、USB控制线一、运动控制卡、USB控制线二、计算机、USB控制线三、数据采集卡、BNC线、激光器电源、电源线及光学平台组成；

所述系统框架固定在光学平台上表面，所述808nm半导体激光器、及激光器准直镜架、载物台、数据采集卡及激光器电源均设置在光学平台上表面，所述808nm半导体激光器通过激光光纤与激光器准直镜相连，所述激光器准直镜安装在激光器准直镜架上，所述计算机信号输出端通过USB控制线二与运动控制卡信号输入端相连，所述运动控制卡信号输出端通过电机控制线一及电机控制线二分别与伺服电机一及伺服电机二信号输入端相连，所述伺服电机一及伺服电机二固定在系统框架上，伺服电机一及伺服电机二信号输出端分别与三维扫描仪滑动导轨及相机滑动导轨一端传动连接，所述三维扫描仪滑动导轨及相机滑动导轨上分别设置有三维激光扫描仪及红外热像仪，所述计算机信号输入端通过USB控制线一与图像采集卡信号输出端连接，所述图像采集卡信号输入端通过三维图像传输线与三维激光扫描仪信号输出端连接，所述计算机信号输入端通过以太网线与红外热像仪信号输出端连接，所述计算机信号输出端通过USB控制线三与数据采集卡信号输入端连接，所述数据采集卡信号输出端通过相机触发控制线与红外热像仪信号输入端连接，所述数据采集卡信号输出端通过BNC线与激光器电源信号输入端连接，所述激光器电源信号输出端通过电源线与808半导体激光器信号输入端连接，载物台用于承载检测试件。

一种利用所述系统实现三维红外热成像检测的方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：确定要测量的检测试件，将其固定在载物台上，检测试件能够随载物台做水平移动，在检测试件表面喷涂标记点以便后续定位；

步骤二：开启所述三维红外热成像检测系统，此步骤包括计算机、红外热像仪、三维激光扫描仪、数据采集卡设备的开启；

步骤三：设置激光器峰值功率为30W，调整激光器准直镜的位置实现光路的校准，同时保证激光可以均匀地照射到检测试件的检测表面；

步骤四：通过实时观察计算机的显示器判断红外热像仪对焦是否合理，通过调节红外热像仪焦距使图像成像清晰；