ESERCITAZIONE TERMOGRAFIA PULSATA (PT)

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1 ESERCITAZIONE TERMOGRAFIA PULSATA (PT) PROCEDURA DI ISPEZIONE E POST-ELABORAZIONE IN AMBIENTE MATLAB SU STRINGER ASSY ( CAP ZONE) 1. Scelta del layout (Riflessione o trasmissione) 2. Creare la directory (file\new project)per il salvataggio delle acquisizioni 3. SET UP/CALIBRAZIONE Termocamera (FLIR 7500M con sensore in InSb raffreddato) 4. Registrazione delle mappe termiche (riscaldamento &raffreddamento) 5. Analisi preliminare (screening) della registrazione delle mappe termiche acquisite variando la scala di temperatura in maniera opportuna 6. Salvataggio acquisizione (.ptw ) in formato (.asc) 7. Utilizzo delle routine matlab (caricamento del file.asc, elaborazione, determinazione dei contrasti termici normalizzato e assoluto (Cn e Ca) 8. Risultati sperimentali 1

2 2. SCELTA DEL LAYOUT Il layout che adottiamo è quello in riflessione. Esso prevede l accensione simultanea di 4 lampade alogene da 1000 W ciascuna fissate su un supporto di alluminio di forma rettangolare. La distanza delle lampade dal componente (STRINGER ASSY) è di circa 74 cm e la termocamera posta ad una distanza di circa 42 cm. Il layout deve essere tale da ridurre quanto più possibile eventuali fonti di disturbo esterne. 2

3 CARATTERISTICHE DEL COMPONENTE ESAMINATO WEB ZONE 30 ply-5,20mmm CAP ZONE 15 ply-2,76mm 3

4 3. SET UP/CALIBRAZIONE Consiste in una correzione della non uniformità delle immagini (NUC) ed in una sostituzione del segnale dei pixel «morti» con quello proveniente dal pixel vicino (BAD pixel Replacement-BPR). Tali funzioni sono disponibili dal software CIRRUS ED ALTAIR. Si inizia scegliendo di effettuare una «correzione a due punti» con la quale vengono aggiornate entrambe le matrici di guadagno e di offset, oppure una «correzione ad un punto», con la quale viene aggiornata la sola matrice degli offset. E possibile scegliere fra il «metodo del tempo di integrazione», con la quale i due punti richiesti per il calcolo della correzione sono ottenuti cambiando il tempo di integrazione, ed il «metodo del corpo nero», con il quale i due punti sono ottenuti ponendo un corpo nero di fronte all obiettivo della termocamera. Ad ogni NUC è associata una lista di «bad pixel». Pertanto ogni volta che si pianifica una NUC, è possibile contestualmente procedere ad un BPR. In particolare, il software offre la possibilità di resettare la corrente lista di bad pixel, prima di procedere ad una BPR o di mantenere in memoria la stessa, aggiornandola con ulteriori bad pixel individuati. 4

5 SET UP/CALIBRAZIONE (Cont.) Nel corso delle prove optiamo per una NUC ad un punto implementata con il metodo del corpo nero, mentre il BPR viene effettuato dapprima resettando gli old pixel, selezionando il metodo del rumore (Noisy Method) e poi aggiornandoli selezionando tutte 3 le opzioni: Responsivity Method Offset Method Noisy Method 5

6 Responsivity method: Il sistema considera i pixel come anomali se il guadagno risulta inferiore o superiore alla percentuale predefinita. Per esempio se la soglia è del 25% il sistema stabilisce il pixel come cattivo se il guadagno è <0,75 e guadagno >1,25. Offset method: Il sistema considera i pixel come anomali «morti» se il coefficiente di offset risulta inferiore o superiore ad una determinata soglia predefinita. Se ad esempio la soglia è del 30% ed il range di digitalizzazione è 16384DL il sistema determina i pixel come anomali se l offset è<-4915dl e offset >4915DL. Noisy method: Con il metodo del rumore il sistema considera i pixel come anomali se il rumore è inferiore o superiore ad una soglia predefinita. Accumulated frame sono l ammontare dei frame processati per calcolare il rumore. 6

7 4. REGISTRAZIONE DELLE MAPPE TERMICHE Sono state effettuate due acquisizioni sulla parte esterna dello stringer (W.O ) impiegando il layout in riflessione e due differenti tempi di riscaldamento (3s e 5s) e sempre 30 secondi per il raffreddamento. In tutti e due i casi si sono registrate le mappe termiche con un frame rate di 5 immagini al secondo. L acquisizione dei termogrammi comprende sia la fase di riscaldamento che quella di raffreddamento. N Prove frame rate [Hz] tacq. [s] trisc. [s] Total frame # #

8 6. SALVATAGGIO ACQUISIZIONE (.PTW) IN FORMATO (.ASC) La sequenza delle immagini registrate con una frequenza di acquisizione di 5 frame rate al secondo nel corso di una prova (#1) vengono registrate in formato PTW leggibile dal software Altair. Ciascuna acquisizione è stata esportata in formato ASCII in modo da renderla gestibile in MATLAB, dove è stato effettuato il postprocessing delle mappe termiche registrate. 8

9 7. ROUTINE MATLAB La prima routine permette di caricare il file ascii desiderato e di salvare la sequenza dei frame acquisiti (immagini) come una variabile.m (matrice a tre dimensioni), le prime due si riferiscono alla rioluzione orizzontale e verticale mentre la terza si riferisce al numero di frame. La seconda routine (elaborazione_dif_rettangolari) è dedicata all elaborazione delle mappe termiche acquisite. La routine permette all utente di scegliere il frame dove i difetti sono maggiormente distinguibili. Il codice richiede all utente il numero di difetti visibili al frame scelto e sulla base del valore dichiarato, rende disponibile una procedura iterativa di analisi di ciascun difetto. Nello specifico la routine richiede di selezionare una area rettangolare rappresentativa del difetto e della zona integra mediante la scelta delle coordinate di 2 pixel posti agli estremi delle aree stesse che caratterizzano la larghezza del rettangolo ed inoltre richiede in input di inserire le altezze dei rettangoli per ciascuna zona. 9

10 ROUTINE MATLAB (Cont.) Il codice matlab calcola un valore medio di temperatura per ciascuna delle due zone selezionate (difettata ed integra) e permette di visualizzare il suo andamento in funzione dei frame (tempo). Questa routine permette inoltre di plottare sul frame scelto i «contour» delle isoterme all istante successivo allo spegnimento delle lampade per un agevole scelta della zona integra di confronto (Metodo SDI). La terza routine è dedicata al calcolo ed al diagramma dell andamento dei contrasti normalizzato ed assoluto (Cn_max e Ca_max) nonché dei rispettivi tempi di osservazione tn_max e ta_max. Td ( t ) Ti ( t ) Cn ( t ) Td ( to 1) Ti ( to 1) Ca( t) Td( i) Ti( t) I pedici d e i si riferiscono alla zona difettata e integra. to è l istante in cui termina il riscaldamento. 10

11 8. RISULTATI SPERIMENTALI Valutiamo (attraverso l utilizzo delle routine MATLAB) la mappa termica al frame 18, successivo allo spegnimento delle lampade, per valutare la «qualità» del riscaldamento e successivamente, nell analisi dei difetti, ci sarà d aiuto per determinare la zona integra di riferimento. La mappa termica evidenzia due zone in cui si è avuto un lieve pre-accumulo di calore. 11

12 RISULTATI SPERIMENTALI (Cont.) Tra tutti i frame registrati, si sceglie il quello in cui i difetti siano maggiormente distinguibili variando la scala termica. Dalla mappa termica acquisita durante il transitorio di raffreddamento (frame 20) è stato possibile individuare visivamente, variando più volte la scala termica, delle zone in cui sono presenti delle indicazioni (difettosità) che presentano un contrasto termico rispetto alle zone circostanti in cui è stato verificato che il calore «depositato» sia più o meno uniforme. 12

13 Zona difettata (d1) e zona integra di riferimento (I1) sulla prima difettosità (routine elaborazione_dif_rettangolari) RISULTATI SPERIMENTALI (ANALISI DEI DIFETTI) La scelta della zona integra si basa sull osservazione della mappa termica acquisita subito dopo lo spegnimento delle lampade (frame 18). Essa deve essere scelta nella zona che ha ricevuto la stessa quantità di calore della zona difettata per determinare i contrasti normalizzato (Cn) e assoluto (Ca) utilizzati per caratterizzare i difetti. 13

14 RISULTATI SPERIMENTALI SOURCE DISTRIBUTION IMAGE (SDI) La condizione ideale per il calcolo dei contrasti si verifica quando la zona integra riceve la stessa quantità di calore della zona difettata. Il metodo SDI (implementato nella routine MATLAB propone la scelta della zona integra analizzando il «contour plot» delle isoterme del primo diagramma acquisito subito dopo lo spegnimento delle lampade (frame 18) e il cui andamento descrive la disomogenea deposizione del calore sul componente. 14

15 RISULTATI SPERIMENTALI SOURCE DISTRIBUTION IMAGE (SDI) (Cont.) La scelta della zona integra (I1) di riferimento è facilitata in quanto sono state plottate sul frame 20 scelto i «contour» delle isoterme (sottodomini della SDI) all istante successivo di spegnimento delle lampade. La zona di selezione del difetto e la zona integra di confronto devono essere prese all interno della stessa isoterma. 15

16 Durante il transitorio di raffreddamento, il difetto si raffredda più lentamente rispetto alla zona integra fin quando la temperatura del difetto uguaglia quella della zona integra. In tale istante abbiamo il cosiddetto tempo di inversione (t_inv). RISULTATI SPERIMENTALI ANALISI DEI DIFETTI 16

17 RISULTATI SPERIMENTALI ANALISI DEI DIFETTI (Cont.) Si riportano in tabella i dati ottenuti nell elaborazione N Prova trisc= 3s, frame 20 Cn_Max tn_max Ca_Max ta_max t_inv #

18 RISULTATI SPERIMENTALI ANALISI DEI DIFETTI (Cont.) Cn_max è il valore massimo del contrasto normalizzato preso tra tutti i frame; tn_max è l intervallo di tempo tra l istante di spegnimento delle lampade e quello dove si registra il massimo di Cn, definito tempo di osservazione; Ca_max è il valore del contrasto assoluto massimo tra tutti i frame; Ta_max è l intervallo di tempo che intercorre tra l istante di spegnimento delle lampade e quello dove si registra il massimo di Ca, definito anch esso tempo di osservazione. 18