紅外無損評估方法和設備的制造方法
【專利說明】紅外無損評估方法和設備
[0001]關于聯邦政府資助開發的聲明
[0002]本發明的開發部分地由美國能源部授予的合同N0.DE-FC26-05NT42644支持。相應地，美國政府可具有本發明的一些權利。
技術領域
[0003]本發明涉及試件的無損評估。特別地，本發明涉及來自由熱流體流加熱的試件的紅外發射信息的熱校準。
【背景技術】
[0004]熱空氣紅外熱成像法是無損評估零件的一種形式。在該方法中，熱空氣可以一個或多個脈沖引導通過試件中的內部通道。在該脈沖期間或之后，紅外傳感器捕獲來自試件外表面的紅外發射信息。紅外傳感器能夠檢測指示試件外表面上的不同溫度的紅外發射信息中的小變化。紅外發射信息可用于產生試件的熱圖像，在熱圖像中，可看見試件表面上的熱變化。外表面的更靠近內部通道的區域一般會更熱，因此在熱成像圖像中以更高的強度可見。結果，熱成像圖像可用于評估試件的內部通道，以在不需要破壞試件的情況下確定例如其冷卻效率。
[0005]測試條件的變化可導致相同試件的熱成像圖像之間的差別。例如，通常，單個試件受到若干熱空氣脈沖，以獲得足夠的數據用于精確的讀數。對于每個脈沖，由于軟管的長度、外部溫度和壓縮器等，熱空氣的溫度可改變。另外，通過每個脈沖，試件加熱，隨著脈沖之間的每個延遲，試件冷卻，由此，試件的發射強度可隨著每個脈沖而改變。同時試件的相對溫度分布會顯示出，在每個熱成像圖像中，圖像的強度級可從圖像至圖像而變化。該強度變化在冷卻通道附近特別普遍，冷卻通道會比周圍材料更快地加熱。結果，冷卻通道關于周圍材料的強度會從一個圖像到下一個圖像變化。該強度變化使得難以檢測某些部分堵塞通道和測量壁厚度等。另外，不太精確的圖像數據使得難以比較不同葉片設計的熱效率。
[0006]此外，沒有考慮到輸入空氣溫度，在相同溫標上比較多個試件是困難的。因此，本領域有改進的空間。
【附圖說明】
[0007]在下面的描述中參考附圖解釋本發明，附圖中:
[0008]圖1示出無損測試設備的夾具(fixture)的示例性實施例。
[0009]圖2示出無損測試設備的夾具的替代示例性實施例。
[0010]圖3示出包括定位在紅外傳感器視場中的夾具的無損測試設備的示例性實施例。
[0011]圖4示出無損測試設備的替代示例性實施例。
[0012]圖5示出無損測試設備的另一替代示例性實施例。
【具體實施方式】
[0013]本發明人設想了一種校準試件的紅外發射信息的方法和設備，其克服了與變化的測試條件相關的問題。該方法提供了熱校準器，其產生完全與熱空氣流的溫度范圍相關聯的紅外信息，對于每個熱成像數據捕獲，試件的紅外發射的強度針對來自熱校準器的紅外發射的強度而標準化。對于每個紅外發射信息的捕獲，熱校準器暴露于源自相同熱空氣流的流體(作為試件中使用的流體)，所以對于給定捕獲，熱校準器的紅外發射強度與在給定捕獲期間使用的熱空氣流的溫度相關聯。因此，當來自試件的紅外發射強度針對在捕獲期間來自熱校準器的紅外發射強度標準化時，那么來自試件的紅外發射強度又針對用于捕獲的熱空氣流的溫度標準化。這不僅提供了遍及試件的相對溫度分布的精確表示，而且還允許用于任何捕獲的強度針對熱校準器標準化，由此針對捕獲期間的熱空氣流的溫度標準化。結果，對于所有捕獲，在輸入空氣溫度變化的情況下，標準化的紅外圖像強度不會有強度變化。因此，在輸入空氣溫度變化的情況下，從單個捕獲或從多個捕獲中產生的熱成像圖像類似地不會有強度變化。特別地，冷卻通道(最易經受輸入空氣溫度變化影響)的強度會針對輸入空氣溫度標準化。本文所述改進的方法的重復研究已表明，標準化過程會將從一個捕獲到下一個捕獲的變化性從20%多減小到5%以下，因此，該過程借助本領域的顯著改進。然而，重要的是，本文所述的示例性實施例可產生熱成像圖像，紅外發射信息不必轉換為圖像，但是可替代地如所公開的那樣以前像數據形式操縱，然后在仍處于數據形式時進行評估。
[0014]另外，當相同熱校準器用于不同試件時，不同試件的捕獲信息以及由此產生的任何熱成像圖像可以在同一標度上進行比較，因為對于每個相應捕獲，熱空氣流的溫度可從熱校準器的已知的紅外發射信息中確定。這允許更精確地比較一個試件和另一個試件，仿佛它們在相同測試條件下測試一樣。使用相同熱校準器的要求基于熱校準器本身的熱響應特性。更特別地，不同熱校準器可不同地響應加熱空氣脈沖，這會對于相同脈沖導致不同的對照強度。例如，比較薄的熱校準器可比較厚的熱校準器更快地加熱，由此與使用較厚的熱校準器相比，比較薄的熱校準器可導致不太強烈的試件熱成像圖像。在相同熱校準器用于測試第一和第二試件的情況下，紅外發射信息以及由此產生的任何熱成像圖像可簡單地通過將第一和第二對照強度調節為標度上的公值而比較。這會產生與相同標度上的試件有關的試件強度信息。
[0015]本文公開的現有技術熱空氣熱成像過程和方法產生與試件內的相對溫度分布有關的信息。這可用于確定試件在單個通道中是否具有例如堵塞。在這種情況下，該通道的剩余部分在熱圖像中會呈現更冷，操作者會警惕這種缺陷。然而，在現有技術熱空氣熱成像過程中，不可能發現例如供給所有其它通路的主冷卻通路是否部分地堵塞。確切地，如果第一試件在主供給通路中不具有堵塞，則在給定溫度下使用第一熱空氣流發展的第一熱圖像會在熱圖像上以第一強度顯示出內部通路。然而，如果第二試件在主供給通路中具有微小堵塞，則在第二熱空氣流比第一熱空氣流稍微更熱的情況下，第二熱圖像會以與第一熱圖像相同的第一強度顯示出內部通路。第二熱空氣流的增加的溫度會有效地補償穿過主要供給通路的減小的流量，由此，盡管存在第二試件具有主要供給通路的部分堵塞的事實，第一熱圖像和第二熱圖像看上去相同。
[0016]然而，在本文提出的創造性方法下，現在可使用上述溫度的絕對確定來檢測該部分堵塞。當使用熱校準器時，冷卻通道的強度會針對熱空氣流的溫度標準化，第一和第二圖像通過例如第二標準化進行比較，在第二標準化，每個圖像的對照強度被調節為一個或多個圖像中的公值。如此，或者以本領域技術人員已知的類似方式，第二試件的冷卻通路以更低的強度顯示。結果，明顯的是，第二試件在與第一試件相比時具有降低的冷卻效率，這會表明主供給通路中的堵塞。
[0017]圖1示出無損測試設備的夾具10的示例性實施例。該夾具10顯示為保持熱校準器12和具有表面15的試件14。在該示例性實施例中，試件14是葉片。夾具10構造成將試件14和熱校準器12定位在紅外傳感器(未示出)的視場中。該夾具還構造成使加熱流體的供給16和試件14的內部通道18之間流體連通(示意性示出)，并使加熱流體的供給16和熱校準器12之間流體連通。在圖1所示示例性實施例中，流體連通由夾層空間(plenum) 20確立，夾層空間接收加熱流體的供給16，并將其分為第一流動通道22和第二流動通道26，第一流動通道將第一流24引導至內部通路18，第二流動通道將第二流28引導至熱校準器12的內部通道30。如此，來自加熱流體的供給16的流體被引導至熱校準器12和試件14兩者。夾具10構造成熱校準器12和試件14暴露于來自加熱空氣的供給16的空氣的事實允許熱校準器12的紅外發射強度之間的關系表明試件14所暴露于其中的空氣流的溫度。因此，加熱流體的供給16的任何溫度變化會反映在熱校準器12中。
[0018]圖2示出圖1的夾具10的示例性實施例的變型。在該示例性實施例中，夾層空間20接收加熱流體的供給16，將來自夾層空間20的第一流24直接引導通過第一開口 32到達試件14，并將第二流28直接引導通過第二開口 34到達熱校準器12。第一開口 32和第二開口 34之間的區域36的材料至少足以維持夾具10的結構整體性，但是不必更加堅固。這種構造無需單獨的第一流動通道22和第二流動通道26，允許第一流24和第二流28具有相同或近似相同的溫度。
[0019]圖3示出包括夾具10的無損測試設備40，夾具10保持熱校準器12(具有內部通道30)和試件14在紅外傳感器44 (比如紅外相機)的視場42中。如此，從熱校準器12和試件14輻射的紅外發射信息可捕獲在相同圖像上。這消除了紅外傳感器44的響應率的任何可變性等。
[0020]來自熱校準器12的紅外發射信息包括紅外發射強度信息。對照強度可從熱校準器的發射強度信息中選擇。對照強度可從表面46上的給定位置獲取，給定位置可以是具有最高強度的位置。
[0021]來自試件14的紅外發射信息包括紅外發射強度信息。為了標準化試件紅外強度信息，其可由選擇的對照強度分割。