[发明专利]一种窗扫描热成像缺陷检测和层析成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于装备无损检测、材料表征评估、结构健康监测和产品质量控制等技术领域，特别是涉及一种热成像检测方法及系统。

背景技术

随着现代科学和工业技术的发展，无损检测技术已成为保证产品质量和设备运行安全的必要手段。目前具有代表性的无损检测技术主要有射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测以及热成像检测等技术。

热成像检测技术采用热源对被检对象进行加热，采用热像仪观测和记录被检对象表面的温度变化信息，以对被检对象表面及内部的缺陷（裂纹、分层等）进行检测和评估。热成像检测技术具有非接触、非破坏、无需耦合、检测面积大、速度快等优点，已广泛应用于航空、航天、石油、化工、电力、核能等领域。

热成像检测技术采用的热源多种多样，从物理角度而言，有闪光灯、超声波、涡流、激光等。根据热源物理性质的不同，热成像检测技术可以细分为闪光灯热成像检测技术、超声波热成像检测技术、涡流热成像检测技术和激光热成像检测技术等。

根据热像仪和被检对象相对位置的不同，热成像检测系统可配置为不同的检测方式：1）静止检测方式，即热像仪和被检对象的相对位置是固定的，该方式每次只能检测一定区域；2）移动检测方式，即热像仪以固定速度连续扫描被检对象，该方式检测面积大。

热成像检测技术的检测效率与热像仪的像素大小密切相关，简单而言，像素越大，检测效率越高。同时，热成像检测技术的检测效率也受制于热源的形状。从外形角度而言，热源可分为点源、线源和面源。根据热源形状的不同，热成像检测技术的静止检测方式有以下实施方式：1）采用点源，需要移动点源直至完全覆盖热像仪视场，检测效率最低；2）采用线源，需要移动线源直至完全覆盖热像仪视场，检测效率较低；3）采用面源，可直接覆盖热像仪视场，检测效率较高。专利CN103234953公开的激光扫描热波层析成像系统与方法，即采用了点源和线源加热被检对象；专利CN103245668公开了一种激光扫描热波成像方法，即属于采用线源的静止检测方式。静止检测方式的主要不足是：1）检测大型对象需要多次配置热像仪位置，检测效率低，检测时间长；2）热源加热不均匀，导致成像与缺陷检测效果差。

移动检测方式则通常采用线源或面源，使热源和热像仪以固定速度扫描被检对象，热像仪记录和显示被检对象表面加热之后的温度变化信息。相对于静止检测方式，移动检测方式具有以下优点：1）可连续检测大面积区域，无需重复配置热像仪位置，检测效率高，检测时间短，适用于大型被检对象；2）热源匀速经过被检对象，加热均匀。但是，现有热成像移动检测方式具有一定不足：1）采用某一列像素的温度值进行成像，只能显示某一时刻的温度信息，无法进行层析成像；2）采用热像仪采集的温度值进行成像和缺陷检测，检测效果差；3）无法获得被检对象每个点的温度变化信息，很难采用热波理论和先进数字信号处理方法进行深入分析。

发明内容

本发明目的是针对上述不足，提供一种窗扫描热成像缺陷检测和层析成像方法及系统。热源和热像仪以固定速度扫描被检对象，在扫描过程中，热源对被检对象进行加热，热像仪记录被检对象表面加热之后随时间变化的温度信息作为原始数据；对原始数据进行重构，获得被检对象每个点的温度变化序列作为检测信号；采用或产生特定信号作为参考信号；对检测信号与参考信号进行时域、频域和互相关处理，提取每个点的时域特征值、频域特征值、互相关幅值特征值和互相关相位特征值等特征值，实现缺陷检测和层析成像。

一种窗扫描热成像缺陷检测和层析成像系统，主要包括：

1)控制器，用于触发热源控制模块、扫描模块和热像仪同时工作；

2)热源控制模块，用于驱动热源工作；

3)热源，用于对被检对象进行加热，可以是热风、闪光灯源、红外光源、激光源、电磁源、微波源等，通常是线源或面源；

4)扫描模块，用于控制热源和热像仪以固定速度运动；或者，控制被检对象以固定速度经过热源和热像仪；热像仪也可以更换为其它阵列温度传感器或多个线温度传感器；

5)热像仪，用于记录被检对象表面随时间变化的温度信息作为原始数据，并把原始数据传输给计算机；

6)被检对象，被检测的对象，其表面或内部可能含有裂纹、气泡、脱层、腐蚀等缺陷；

7)计算机，用于存储、显示、处理和分析原始数据，并执行以下算法；

8)数据重构模块，用于把原始数据重构为检测数据；

9)检测信号提取模块，用于从检测数据中提取被检对象每个点的温度变化序列作为检测信号；