التصوير الحراري النشط

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

التصوير الحراري النشط هو إجراء اختبار غير متلف متطور ، يستخدم قياسًا حراريًا للاستجابة الحرارية للمادة المختبرة بعد تعرضها لتحفيز خارجي. ويمكن استخدام هذا المبدأ أيضًا في الاختبار غير المتلف بالأشعة تحت الحمراء (IRNDT) للمواد دون تلامس [ 1 ] . [ 2 ]

تعتمد طريقة اختبار التلف الحراري بالأشعة تحت الحمراء (IRNDT) على إثارة المادة المختبرة بواسطة مصدر خارجي، مما يمنحها طاقة. يمكن استخدام مصابيح الهالوجين ، أو مصابيح الوميض ، أو أبواق الموجات فوق الصوتية ، أو مصادر أخرى كمصدر إثارة لهذه الطريقة. تُحدث الإثارة استجابة حرارية للمادة المختبرة، تُقاس بواسطة كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء . من الممكن الحصول على معلومات حول عيوب سطح المادة المختبرة وطبقاتها الداخلية، أو عدم تجانسها، باستخدام توليفة مناسبة من مصدر الإثارة، وإجراءات الإثارة، وكاميرا الأشعة تحت الحمراء، وطريقة التقييم. [ 3 ]

تُوسّع أنظمة التصوير الحراري الحديثة المزودة بكاميرات الأشعة تحت الحمراء عالية السرعة والحساسية من إمكانيات أسلوب الفحص. كما تسمح مرونة هذه الأنظمة باستخدامها في تطبيقات البحث والتطوير، فضلاً عن استخدامها في خطوط الإنتاج الصناعية الحديثة .

يمكن إجراء اختبارات التصوير الحراري غير المتلفة للمكونات على نطاق واسع من المواد المختلفة. يُعدّ الفحص الحراري للمواد طريقةً لكشف العيوب بالأشعة تحت الحمراء، حيث يُمكنه إظهار عيوب المواد مثل الشقوق، والتشوهات، والفراغات، والتجاويف، وغيرها من أوجه عدم التجانس. [ 1 ] يُمكن إجراء الاختبار الحراري على المكونات الفردية في المختبر أو مباشرةً على المنشآت التقنية قيد التشغيل.

نظرية

مخطط مبدأ التصوير الحراري النشط.

تستخدم تقنية التصوير الحراري النشط مصدرًا خارجيًا لتحفيز الجسم المراد قياسه، أي إدخال طاقة إليه. ويمكن تصنيف مصادر التحفيز وفقًا للمبادئ التالية:

يمكن استخدام مصادر إثارة متنوعة للتصوير الحراري النشط والاختبارات غير المتلفة، مثل التسخين بالليزر، ومصابيح الوميض، ومصابيح الهالوجين، والتسخين الكهربائي ، وبوق الموجات فوق الصوتية ، والتيارات الدوامية ، والموجات الدقيقة ، وغيرها. يمكن تسخين الجسم المراد قياسه مباشرةً بواسطة مصدر خارجي، كمصابيح الهالوجين أو الهواء الساخن. تتسبب عدم تجانس المادة أو عيوبها في تشوه مجال درجة الحرارة، ويُكتشف هذا التشوه على شكل فروق في درجات الحرارة على سطح المادة. ثمة إمكانية أخرى تتمثل في استخدام العمليات الفيزيائية الحرارية داخل المادة، حيث تتحول الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية إلى طاقة حرارية نتيجةً للعيوب وعدم التجانس. ينتج عن ذلك مصادر حرارة موضعية، تُسبب بدورها فروقًا في درجات الحرارة تُكتشف على سطح الجسم بتقنيات الأشعة تحت الحمراء، كما هو الحال عند استخدام الإثارة بالموجات فوق الصوتية .

طُرق

طُوِّرت العديد من الطرق للتصوير الحراري النشط لتقييم قياسات الاختبارات غير المتلفة. يعتمد اختيار طريقة التقييم على التطبيق، ومصدر الإثارة المستخدم، ونوع الإثارة (نبضية، دورية، مستمرة). في أبسط الحالات، تكون الاستجابة واضحة من الصورة الحرارية مباشرةً. مع ذلك، من الضروري استخدام تقنيات تحليل متقدمة في معظم الحالات. تشمل الطرق الأكثر شيوعًا تقنيات التقييم المتزامن، والنبضي، والعابر (التصوير الحراري المتدرج)، مع استخدام الإثارة المستمرة في بعض الحالات: [ 4 ]

  • التصوير الحراري بتقنية التزامن [ 5 ] [ 6 ] (طريقة الإثارة الدورية). يُستخدم مصدر دوري مُعدَّل للإثارة. يتم تقييم إزاحة الطور والسعة للإشارة المقاسة، ويمكن إجراء التحليل باستخدام تقنيات متنوعة. تُعد مصابيح الهالوجين، ومصابيح LED ، والموجات فوق الصوتية، والليزر [ 7 ]، أو التيار الكهربائي مصادر إثارة مناسبة. تتميز هذه التقنية بإمكانية استخدامها على أسطح كبيرة، وتُسلط طاقة حرارية منخفضة على الجزء المراد فحصه. أما عيوبها فتتمثل في طول مدة القياس، واعتماد قدرات الكشف على التوجه الهندسي للعيوب (باستثناء الإثارة غير المباشرة كالموجات فوق الصوتية). تُعد طريقة التزامن مناسبة لاختبار المكونات ذات الانتشار الحراري المنخفض ، ولها العديد من التعديلات لتطبيقات محددة متنوعة (مثل التزامن المرجعي، والتزامن المباشر، إلخ).
  • التصوير الحراري النبضي (طريقة النبض). [ 6 ] تُستخدم نبضة قصيرة جدًا - عادةً ما تكون بالمللي ثانية - لتحفيز الجسم. ثم تُحلل عملية التبريد. ويُستخدم مصباح وميضي عادةً كمصدر للتحفيز. تتميز هذه الطريقة بسرعة التحليل وإمكانية تقدير عمق العيوب. أما عيوبها فتتمثل في محدودية عمق التحليل، ومحدودية المساحة التي يمكن فحصها (بالنظر إلى القدرة المتاحة لمصادر التحفيز)، واعتماد قدرات الكشف على التوجه الهندسي للعيوب.
  • التصوير الحراري العابر (التصوير الحراري المتدرج، طريقة الموجة الحرارية). من حيث المبدأ، تتشابه عملية الإثارة والتقييم مع التصوير الحراري النبضي، إلا أن طول النبضة أطول بكثير. ويتطلب هذا النوع من التصوير مصادر إثارة أقل قوة مقارنةً بالتصوير الحراري النبضي. وبالتالي، يُمكن تحليل مساحات أكبر، ويكون زمن القياس أقصر من زمن التصوير الحراري المتزامن. وكما هو الحال في التصوير الحراري النبضي، فإن حساسية هذه الطريقة محدودة بالاتجاه الهندسي للعيوب. وتُعد مصابيح الهالوجين مصدر الإثارة المناسب لهذا النوع من التقييم.
  • الإثارة المستمرة. أبسط طريقة قابلة للاستخدام فقط في تطبيقات خاصة.

تُستخدم عادةً كاميرا الأشعة تحت الحمراء المبردة عالية السرعة ذات الحساسية العالية في تطبيقات اختبار الأشعة تحت الحمراء غير المتلفة. مع ذلك، يمكن استخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء البولومترية غير المبردة في تطبيقات محددة، مما يُسهم في خفض تكاليف نظام القياس بشكل ملحوظ.

تتميز أنظمة الاختبار غير المتلف بالأشعة تحت الحمراء عادةً بتصميمها المعياري. وهذا يعني إمكانية دمج مصادر إثارة متنوعة مع كاميرات الأشعة تحت الحمراء المختلفة وطرق التقييم المتنوعة، وذلك تبعاً للتطبيق، والمادة المختبرة، ومتطلبات وقت القياس، وحجم المنطقة المختبرة، وما إلى ذلك. وتتيح هذه المعيارية استخدام النظام على نطاق واسع في مختلف التطبيقات الصناعية والعلمية والبحثية.

التطبيقات

عرض للعينة المختبرة ونتائج تحليل IRNDT.

تُعد طريقة IRNDT (الاختبار غير المدمر بالأشعة تحت الحمراء) مناسبة للكشف عن الشقوق والعيوب والتجاويف والفراغات وعدم التجانس في المواد وفحصها، كما يمكن استخدام هذه الطريقة لفحص الوصلات الملحومة للأجزاء المعدنية والبلاستيكية، وفحص الخلايا الشمسية والألواح الشمسية ، وتحديد البنية الداخلية للمواد، وما إلى ذلك.

تتمثل الميزة الرئيسية لطريقة الفحص بالأشعة تحت الحمراء غير المتلفة (IRNDT) في إمكانية استخدامها لفحص مواد متنوعة في نطاق واسع من التطبيقات الصناعية والبحثية. يتميز قياس IRNDT بالسرعة، وعدم الإتلاف، وعدم التلامس. أما الشرط المحدد لاستخدام هذه الطريقة فهو عمق الفحص، بالإضافة إلى أبعاد واتجاه العيب/الشقوق/عدم التجانس في المادة.

فحص الأجزاء البلاستيكية الملحومة بالليزر

تحليل IRNDT لجزء بلاستيكي ملحوم بالليزر مع لحام معيب ومع لحام صحيح.

يُعدّ لحام البلاستيك بالليزر تقنية متطورة لربط المواد ذات الخصائص البصرية المختلفة. لا تُناسب الطرق التقليدية لاختبار أداء اللحام وجودة وصلات اللحام - مثل التحليل المجهري للقطع المعدني أو التصوير المقطعي بالأشعة السينية - القياسات الروتينية. ويمكن استخدام تحليل الأشعة تحت الحمراء النبضية بنجاح لفحص اللحام في العديد من الحالات.

تُظهر الصور مثالاً على فحص الأجزاء البلاستيكية مع وجود لحام معيب وآخر مع لحام سليم. وتظهر الفجوات في اللحام المعيب وخط اللحام السليم المتصل بوضوح في نتائج تحليل نبضات الوميض بتقنية IRNDT.

فحص الوصلات الملحومة بالليزر

تقييم IRNDT مع بيان عيوب اللحام ولحام صحيح لوصلة التراكب.

تُعدّ لحام شعاع الليزر تقنية حديثة في مجال اللحام الانصهاري . ويُستخدم حاليًا على نطاق واسع ليس فقط في مجال البحث العلمي، بل أيضًا في العديد من الصناعات. ومن بين أكثر القطاعات استخدامًا لهذه التقنية صناعة السيارات ، التي تُمكّنها ابتكاراتها المستمرة من تطبيق التقنيات المتقدمة بسرعة في عمليات الإنتاج. ومن الواضح أن لحام الليزر يُحسّن بشكل كبير التصاميم الهندسية، مما يُتيح إنتاج عدد من المنتجات الجديدة التي لم يكن من الممكن تصنيعها سابقًا بالطرق التقليدية.

تُتيح تقنية اللحام بالليزر إنتاج لحامات عالية الجودة من أنواع مختلفة، سواءً للقطع الرقيقة جدًا أو السميكة. وتشمل المواد القابلة للحام الفولاذ الكربوني الشائع ، والفولاذ المقاوم للصدأ ، والألومنيوم وسبائكه، والنحاس ، والتيتانيوم ، بالإضافة إلى مواد خاصة ومزيج منها.

يُعدّ ضبط الجودة جزءًا لا يتجزأ من عملية إنتاج اللحام . وعلى عكس طرق الاختبار غير المتلفة التقليدية، يُستخدم اختبار الأشعة تحت الحمراء غير المتلفة (IRNDT) ليس فقط بعد عملية اللحام بالليزر، بل وأثناءها أيضًا. وهذا يُتيح تحديد ما إذا كان اللحام يفي بمعايير الجودة المُحددة أم لا أثناء عملية التصنيع.

اختبار الخلايا الشمسية

تُستخدم تقنية التصوير الحراري النشط، وخاصةً التصوير الحراري المتزامن، على نطاق واسع لفحص الخلايا الشمسية. [ 6 ] [ 8 ] ورغم فعاليتها، تتطلب هذه التقنية غالبًا تلامسًا مباشرًا مع الخلية الشمسية لتحفيزها. في المقابل، تسمح التقنيات التي تعتمد على التحفيز الدوري باستخدام مصادر ضوئية بإجراء اختبارات غير تلامسية للخلايا الخالية من الأقطاب الكهربائية. تُستخدم طرق شائعة مثل التصوير الحراري المتزامن المُضاء (ILIT) والتصوير الحراري المتزامن المُضاء بجهد الدائرة المفتوحة (VOC-ILIT) للكشف عن العيوب أو المشكلات مثل التوصيلات الأومية، والشقوق، والدوائر المفتوحة أو القصيرة، وتدهور المواد الكهروضوئية. يوفر التصوير الحراري النبضي، وهو طريقة أخرى قيد الدراسة، بديلاً غير تلامسي مع تقليل كبير في أوقات الفحص؛ إلا أنه عادةً ما يكون أقل قدرة على الكشف من طريقة ILIT.

مراجع

  1. 1 2 كوتوفشيكوف، آي أو (2019-11-01). "التصوير الحراري النشط كطريقة معاصرة لضمان جودة منتجات المواد المركبة" . سلسلة مؤتمرات IOP: علوم وهندسة المواد . 683 (1) 012076. doi : 10.1088/1757-899X/683/1/012076 . ISSN 1757-8981 . 
  2. ↑ سكالا، ج.؛ سفانتنر، م.؛ تيسار، ج.؛ فرانك، أ. (2016-12-01). "الفحص الحراري النشط لتلوث الزجاج الواقي على رؤوس المسح الليزري" . البصريات التطبيقية . 55 (34): D60. doi : 10.1364/AO.55.000D60 . ISSN 0003-6935 . 
  3. ↑ شفانتنر، ميخال؛ موزيكا، لوكاس؛ موسكوفشينكو، أليكسي؛ بيريرا، سيليست إم سي؛ داس، شوميت (نوفمبر 2022). "دراسة قابلية تكرار الفحص الحراري النبضي السريع لعينات مركبة من ألياف الكربون" . فيزياء وتكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء . 126 104350. doi : 10.1016/j.infrared.2022.104350 .
  4. ↑ بودزير، هيلموت؛ جيرلاخ، جيرالد (2018)، "التصوير الحراري النشط" ، في إيدا، ناثان؛ ميندورف، نوربرت (محرران)، دليل التقييم المتقدم غير المدمر ، تشام: دار نشر سبرينغر الدولية، ص 1-19 ، doi : 10.1007/978-3-319-30050-4_13-1 ، ISBN  978-3-319-30050-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2024
  5. ↑ تشوي، مانيونغ؛ كانغ، كيسو؛ بارك، جيونغهاك؛ كيم، وونتاي؛ كيم، كونغسوك (2008-03-01). "التحديد الكمي لعيب تحت سطحي في عينة مرجعية باستخدام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء بتقنية القفل" . مجلة NDT & E الدولية . 41 (2): 119-124 . doi : 10.1016/j.ndteint.2007.08.006 . ISSN 0963-8695 . 
  6. 1 2 3 موزيكا، ل.؛ شفانتنر، م.؛ كوتشيرا، م. (2018-06-20). "التصوير الحراري المتزامن والنبضي لاختبار الخلايا الشمسية" . البصريات التطبيقية . 57 (18): D90– D97. doi : 10.1364/AO.57.000D90 . hdl : 11025/29954 . ISSN 2155-3165 . 
  7. ↑ آن، يون كيو؛ مين كيم، جي؛ سون، هون (2014-07-01). "التصوير الحراري بالليزر للكشف عن تشققات الإجهاد السطحية في الهياكل الفولاذية غير المطلية" . مجلة NDT & E الدولية . 65 : 54-63 . doi : 10.1016/j.ndteint.2014.03.004 . ISSN 0963-8695 . 
  8. ↑ باور، يان؛ بريتنشتاين، أوتوين؛ فاغنر، يان-مارتن (1 أغسطس/آب 2009). "التصوير الحراري المتزامن: أداة متعددة الاستخدامات لتحليل أعطال الخلايا الشمسية" . مقالات EDFA التقنية . 11 (3): 6-12 . doi : 10.31399/asm.edfa.2009-3.p006 . ISSN 1537-0755 .