用于通過熱流熱成像法檢查樣品的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于通過熱流熱成像法無損的、非接觸的并且形成圖像來檢查樣品的方法，其中所述檢查包括評價樣品表面下的任何熱流速度轉(zhuǎn)變的存在和/或深度距離值，其中所述樣品被至少一個激發(fā)源的熱脈沖激發(fā)，并且源于那里的熱流被至少一個紅外傳感器以熱圖像的圖像序列捕獲，并且其中，通過信號和圖像處理來評價從所述圖像序列獲得的熱圖像，并且以時間和空間分辨率描述熱流。所述方法包括：通過來自所述激發(fā)源的熱脈沖相互獨立地至少兩次激發(fā)樣品，其中第二次激發(fā)以及任何隨后的激發(fā)相對于前一次激發(fā)被延遲一個時延，由此被捕獲的序列的起點發(fā)生在一個圖像序列內(nèi)的兩個圖像之間的時間內(nèi)的另一個限定的時間點；通過紅外傳感器以獨立的圖像序列檢測由所述樣品的至少兩次激發(fā)過程產(chǎn)生的相應的整個熱流過程，所述圖像序列含有所述激發(fā)以及來自樣品的熱應答信號，將所有被捕獲的圖像序列組合為一個總的圖像序列，其中所有的圖像以相對于脈沖狀激發(fā)的時間點在時間上是正確的順序排列，并且以本質(zhì)上已知的方式從所述總的圖像序列中提取來自所述樣品表面的熱流速度轉(zhuǎn)變的深度距離的指示。在那里，所述熱流速度轉(zhuǎn)變可以是層狀材料的一個較寬層，或者是基底中或低于工件表面的缺陷。
【專利說明】用于通過熱流熱成像法檢查樣品的方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于通過熱流熱成像法（thermography)無損、非接觸的、形成圖像來 檢查樣品的方法，其中，所述檢查包括評價樣品表面下的任何熱流速度轉(zhuǎn)變的存在和/或 深度距離值，其中所述樣品被至少一個激發(fā)源的熱脈沖激發(fā)，并且源于那里的熱流被至少 一個紅外傳感器以圖像序列捕獲，并且其中，通過信號和圖像處理來評價從所述圖像序列 獲得的熱圖像，并且以時間和空間分辨率描述熱流。
[0002] 無損的非接觸的測量層狀材料的物理熱特性可以例如借助于點狀激光激發(fā)以及 多個點狀探測器進行（RU 2343465 C1)。其中，激光光束以及探測器將沿著待檢測材料的表 面移動，以確保表面覆蓋測量。然而，這種方法也不適合與工業(yè)制造保持同步。
[0003] 此外，已知的用于評價層狀材料的層結(jié)構(gòu)的無損方法例如利用超聲、磁場和渦流 的方法，當前的熱流熱成像法在最近幾年中已經(jīng)被建立，以用于成像測量方法。采用該方法 執(zhí)行的步驟基于評價傳輸通過待檢材料的熱作為透射或反射時的表面溫度的函數(shù)。產(chǎn)生的 熱流被單能量脈沖或者周期性地重復的能量脈沖激發(fā)，并且隨后通過紅外傳感器以圖像序 列捕獲。從像素相關的轉(zhuǎn)變的分析中提取特征值（例如通過傅立葉變換或者同步相關），所 述特征值描述了熱波通過層系統(tǒng)的時間行為，并且與由其它損壞性的或接觸的方法評價的 層厚度值相關（''Theory and Practice of Infrared 5 Technology for Non-destructive Testing"，Xavier P.V.Maldague，John Wiles&Sons，Inc.，2001)。在這種方法中作為脈 沖狀激發(fā)，可以分別使用閃光（EP 1 203 224 Bl)或者短時間應用加熱或冷卻氣體（DE 10 2006 043 339 B4)。
[0004] 在過去的幾年中已經(jīng)建立了熱流熱成像法，作為一種非接觸的并且無損的檢查方 法。根據(jù)該方法，樣品被至少一個源激發(fā)以產(chǎn)生熱流。直接來自樣品的熱輻射被至少一個紅 外傳感器以圖像序列捕獲，并且傳遞到計算單元。在計算單元中可以產(chǎn)生各種類型的最終 圖像，由此分別重新獲得熱圖像或者幅度或相位圖像（Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing, Xavier P. V. Maldague-John Wiley&Sons, Incl.，2001) 〇
[0005] 在DE 10 2001 120 808. 2中描述了用于通過熱成像法檢測接合點連接的方法， 其中提供了成像的、時間和局部高分辨率，這在出自這種熱薄層的接合點連接（例如阻抗 焊點或者激光焊縫）的兩種參數(shù)檢查中是可量測的。從而，例如在阻抗焊點中待檢的焊接 鏡頭可以從其附近的環(huán)境（焊接粘合劑）中區(qū)分出來。在本文中，假設激發(fā)源的強度變化、 材料表面的狀態(tài)和特性以及材料的厚度不應該影響測量結(jié)果。因此，最終的圖像將被使用， 該圖像不分別代表通過待檢焊接的熱流的絕對值或其速度，而是代表熱流的相應的局部速 度差。這種最終圖像能夠例如通過紅外同步熱成像法產(chǎn)生，其中產(chǎn)生了所謂的相位圖像 (Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing, Xavier P. V. Maldague，John Wiley&Sons，Inc. ,2001)。這種相位圖像顯示出熱波在材料組件中的 傳播時間（run time)。從而，待檢的材料連接的不同圖像點之間的熱傳導差異變?yōu)榭梢姷摹?br> [0006] 其中，分別通過高分辨率相機和相應的物鏡可以幾乎任意地擴展測量系統(tǒng)的幾何 分辨率。然而，最大的時間分辨率被相機系統(tǒng)固定地定義。當利用所有當前可利用的解碼 器元件時（全圖像模式），由現(xiàn)代探測器矩陣可實現(xiàn)的圖像重復速度處于每秒鐘100-200幅 圖像的范圍內(nèi)。這對于解析較薄層或出自形成所謂的熱薄層的熱快材料的層的熱應答信號 是不夠的。
[0007] 當前，試圖通過大大限制敏感探測器的表面（局部圖像模式）例如16X16像素來 實現(xiàn)，然而其結(jié)果是幾何分辨率損失，并且盡管如此也不能確保足夠的時間分辨率?，F(xiàn)代層 狀材料幾乎由這種所謂的熱薄層組成。因此，以高的時間和局部分辨率檢查層狀材料的整 個層結(jié)構(gòu)是異常經(jīng)濟的，并且具有技術上的重要性。
[0008] 從這開始，本發(fā)明的目的是提供一種用于通過熱流熱成像法無損的非接觸的并且 形成圖像來檢查樣品的方法，其中所述檢查由以高的時間和局部分辨率評價來自樣品表面 的任何熱流速度轉(zhuǎn)變的深度距離值構(gòu)成，其中可以在工業(yè)條件下靈活地、快速地并且有力 地重建/檢查熱材料參數(shù)。
[0009] 為此，本發(fā)明的方法包括通過來自激發(fā)源的熱脈沖相互獨立地至少兩次激發(fā)樣 品，其中，第二次激發(fā)以及任何隨后的激發(fā)相對于前一次激發(fā)被延遲一個時延，由此被捕獲 序列的起點發(fā)生在一個圖像序列中的兩個圖像之間的時間內(nèi)的另一個限定的時間點；通過 紅外傳感器以獨立的圖像序列檢測由樣品的至少兩次激發(fā)過程產(chǎn)生的相應的整個熱流過 程，所述獨立的圖像序列含有激發(fā)過程以及來自樣品的熱應答信號，將所有被捕獲的圖像 序列組合為一個總的圖像序列，其中所有的圖像按相對于脈沖狀激發(fā)的時間點在時間上是 正確的順序排列，并且以本質(zhì)上已知的方式從總的圖像序列中提取來自樣品表面的熱流速 度轉(zhuǎn)變的深度距離的指示。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施方式，通過至少一個脈沖狀激發(fā)源激發(fā)所述樣品。所 述激發(fā)相互獨立地發(fā)生至少兩次。層狀材料的相應的整個熱流過程被至少一個紅外傳感器 以獨立的圖像序列檢測。每個圖像序列其中包含激發(fā)步驟以及層狀材料的待評價的每層的 熱應答信號，直到熱平衡的時間點。此外，相對于脈沖狀激發(fā)的時間點以延遲At捕獲每個 圖像序列，使得每個被捕獲的圖像序列的起點處于一個圖像序列中的兩個圖像之間的時間 h內(nèi)的另一個限定的時間點h。從而，確保了被檢表面透射或者反射時的強度函數(shù)的大體 上任意的按時間掃描。此后，所有被捕獲的圖像序列被組合成一個總的圖像序列，其中，所 有的圖像按相對于脈沖狀激發(fā)的時間點在時間上是正確的順序排列。例如，這可以被實現(xiàn)， 從而來自總的圖像序列的像素相關的強度曲線因此被平滑。隨后，總的圖像序列被用于重 建層狀材料的整個層結(jié)構(gòu)的至少一層。為此，從總的圖像序列的相應熱流過程中以增加的 局部（完整圖像模式）和時間分辨率提取與像素相關的參數(shù)。從中計算的相應的層厚度值 d隨后被組合為覆蓋整個區(qū)域的圖像。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施方式，來自樣品表面的熱流速度轉(zhuǎn)變的深度距 離的指示包括傳播時間參數(shù)τ，該參數(shù)與樣品的表面區(qū)域以像素相關的方式相關，所述參 數(shù)為用于評價缺陷位置的一個有利起點。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，總的圖像序列被校正，使得像素相 關的強度曲線包括在待評價的區(qū)域中的嚴格單調(diào)行為。該總的圖像序列被校正，使得總的 圖像序列的像素相關的強度曲線包括待檢區(qū)域內(nèi)的嚴格單調(diào)行為，并且從而可以以明確的 方式進行數(shù)學處理。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，任何圖像序列擴展到相對于在樣品 激發(fā)期間應用的熱的損耗達到平衡條件時的時間點，以覆蓋全部的熱流過程。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，使用了層狀材料的周期性激發(fā)，其 中相應的獨立圖像序列的成像起點相對于周期性激發(fā)的起點位移到另一個時間限定點。其 中，相應的獨立圖像序列的成像起點相對于周期性激發(fā)的起點位移。從而，通過同步相關 (lock-in-correlation)使得以空間和時間高分辨率分析像素相關的強度曲線成為可能， 從中提取描述熱波通過層系統(tǒng)的時間行為的特征值。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，在相同的時間部分中執(zhí)行獨立的圖 像序列的延遲。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，獨立的圖像序列的延遲At位于相同的 時間部分中。這允許均勻建立總的圖像序列，所述總的圖像序列被用于重建層狀材料的整 個層結(jié)構(gòu)的至少一層。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，獨立的圖像序列的時間延遲At的 等同部分的長度被定義為一個圖像序列中的兩個圖像之間的時間h除以獨立被捕獲的圖 像序列的數(shù)目η的商。從而，檢查的時間分辨率的增加按比例地與被捕獲的圖像序列的數(shù) 目連在一起。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，每個被捕獲的圖像序列的圖像強度 被校正，使得所有被捕獲的圖像序列具有相同的強度偏移。這確保了局部地從相同位置但 從不同的圖像序列中得出的強度值被組合成相應的像素相關的強度曲線，該曲線在待評價 的區(qū)域中具有嚴格單調(diào)行為，并且因此能夠被明確地進行數(shù)學處理。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，被捕獲的圖像序列之一被用于校正 其余的被捕獲的圖像序列的圖像強度的參考序列。從而，確保了對于所有被捕獲的圖像序 列所述圖像序列的強度相同。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，第一次被捕獲的圖像序列充當用于 校正其余的被捕獲的圖像序列的圖像強度的參考序列。從而，可以使用已經(jīng)被校正的其余 的圖像序列，用于進一步的處理。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個方面，所述樣品包括層狀材料，所述層狀材料包括底 層和至少一層附加層，其中從總的圖像序列的相應熱流過程中提取與像素有關的傳播時 間參數(shù)，并且從傳播時間參數(shù)中計算來自層狀結(jié)構(gòu)表面的熱流速度轉(zhuǎn)變的相應的深度距離 值，所述距離值被放在一起形成覆蓋樣品的層狀結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域的圖像。
[0021] 本發(fā)明的方法在層狀材料結(jié)構(gòu)上的應用僅為本發(fā)明的方法的許多種可能的應用 之一。在層狀材料結(jié)構(gòu)的情況下，至少兩層中的一層和相鄰層之間的界面組成在層之一中 的熱流速度和在其它層中的熱流速度之間的熱流速度轉(zhuǎn)變。由于存在兩層，熱流速度按照 定義在兩層中是不同的。因此，可以通過分析導致激發(fā)期間拍攝的熱圖像以及輸入樣品中 的熱的損耗來確定該熱流速度轉(zhuǎn)變的深度距離。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，基于層狀材料的物理模型進行層狀 材料的整個層結(jié)構(gòu)的至少一層的重建，其中通過使層狀材料的相應熱應答信號與先前為具 有適當長度的不同傳播時間計算的脈沖應答信號相關來提取總的圖像序列的相應的與像 素相關的熱流過程的傳播時間參數(shù)，并且其中，當層狀結(jié)構(gòu)的對應層的擴散率數(shù)值已知時， 從被測的傳播時間參數(shù)中計算所有層的厚度值。本發(fā)明的方法的這種有利實施方式包括一 種省時并且準確的方法，涉及如何評價邊界表面或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的至少兩層之間的界面的深度 距離。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個更優(yōu)選的實施方式，基于層狀材料的物理模型進行層狀 材料的整個層結(jié)構(gòu)的一層的重建，即該層和下面的層之間的界面的重建，其中通過將層狀 材料的相應熱應答信號與先前為具有適當長度的不同傳播時間計算的脈沖應答信號相關 來提取總的圖像序列的相應的與像素相關的熱流過程的傳播時間參數(shù)，并且其中，在層狀 結(jié)構(gòu)的對應層的擴散率數(shù)值已知時，從被測的傳播時間參數(shù)中計算所有層的厚度值。其中， 事先計算具有適當長度的各種傳播時間τ的脈沖應答h(T)。之后，利用層狀材料的相應 熱應答信號均衡這些脈沖應答，使得可以從總的圖像序列的相應的與像素相關的熱流過程 中提取層狀材料的至少一層的最佳傳播時間參數(shù)τ。以這種方式確保了快速的、靈活的并 且準確的計算傳播時間參數(shù)τ。之后，通過利用這些層的擴散率數(shù)值α的先前知識從被 評價的傳播時間參數(shù)τ計算相應的層厚度數(shù)值d。從而，能夠省略用于計算所需的層厚度 值d的評價參數(shù)的所謂的校準標準的非常廣義的或者甚至不可能的定義。從而，確保了無 校準的并且定量的重建層狀材料的整個層結(jié)構(gòu)的至少一層。
[0024] 特別是，本發(fā)明涉及一種層狀材料的整個層結(jié)構(gòu)的無損的、非接觸的并且成像的 測量方法。從而，能夠分別測量或者控制層狀材料的各個層的如傳播時間τ的參數(shù)以及例 如厚度d或擴散率α的特性，并且能夠在工業(yè)的序列生產(chǎn)過程中評價材料中的各種內(nèi)部缺 陷。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個方面，所述樣品包括基底或者工件，其包括接近基底 表面的缺陷，該缺陷為從樣品表面流入樣品本體內(nèi)的熱所經(jīng)歷的熱流速度轉(zhuǎn)變，其中特定 缺陷的存在和深度距離的指示為圖像序列的相應圖像中的熱點，所述相應的圖像取自離樣 品激發(fā)具有一定的時間距離處，與來自樣品表面的缺陷的深度距離相關。
[0026] 從以上說明中顯而易見的是，本發(fā)明的方法可應用在其中樣品或基底中的熱流速 度轉(zhuǎn)變將被檢測的情形中，其中熱成像曲線的熱流損耗曲線或強度曲線的時間變化改變得 如此之快，使得全范圍相機例如具有640X514像素全幀的相機不能記錄熱流圖像中的強 度變化。換句話說，本發(fā)明的方法可應用在相機的速度即每秒能夠獲取的幀數(shù)被減慢以捕 獲熱流圖像中的強度變化的情形中。例如，具有640X514像素全幀的相機具有每秒200幀 的速度，而在檢查層狀結(jié)構(gòu)或具有接近其表面的缺陷的基底的情形中，每秒2000幀的幀速 度是需要的。在這些情況下，兩個或更多個圖像序列可以被交叉存?。╥nterleave)，以相應 地提高熱流記錄的時間分辨率。
[0027] 參照附圖解釋說明了本發(fā)明的實施方式以及其它的特征、應用和優(yōu)勢。
[0028] 圖1示意性地示出了作為本發(fā)明的一個應用實例的、當由上層位于底層上而形成 的層狀材料發(fā)生反射時、用于捕獲相應的整個熱流過程的裝置。
[0029] 圖2示意性地示出了捕獲五個圖像序列的計時，每個圖像序列相對于前一個圖像 序列均具有延遲At。
[0030] 圖3示意性地示出了代表來自五個圖像序列并且尚未被校正的圖像點的強度值 的曲線。
[0031] 圖4示意性地示出了代表源于五個圖像序列的圖像點的校正后的強度值的曲線。
[0032] 圖5示出了來自圖像點的校正后的整個序列的特征曲線，用于評價兩層材料的傳 播時間參數(shù)τ。
[0033] 圖6示意性地示出了作為本發(fā)明的方法的另一個應用實例的、當具有缺陷的基底 發(fā)生反射時、用于捕獲相應的整個熱流過程的裝置。
[0034] 第一應用實例
[0035] 在第一個實例中，形成了一個兩層的材料1，從而上層2位于底層3上（圖1A)。通 過熱成像系統(tǒng)檢查材料1。閃光被用作激發(fā)源4,利用該激發(fā)源五重激發(fā)待檢材料1。在每 次脈沖狀激發(fā)時，由紅外傳感器5以反射方式捕獲獨立的圖像序列（圖2)，其中捕獲層狀材 料1的相應的像素相關的整個熱流過程。相對于脈沖狀激發(fā)的時間點以延遲At捕獲每個 圖像序列，從而使第一圖像序列的起始點緊接激發(fā)，以圖像序列內(nèi)的兩個圖像之間的時間 tQ的五分之一的延遲Λ t捕獲第二圖像序列，并且以時間h的五分之二的延遲Λ t捕獲第 三圖像序列，依此類推。在每個圖像序列內(nèi)，所有的圖像相對于脈沖狀激發(fā)的時間點以正確 的時間序列被分類。其中，每個圖像序列包含激發(fā)過程以及層狀材料1的每個待檢層的熱 應答信號，直到熱平衡的時間點。
[0036] 只要被捕獲的圖像序列的相應強度值未被校正（圖3)，它們顯示出表面強度的被 評價的像素相關函數(shù)的增加的時間分辨率，但它們組成整個序列的像素相關的強度曲線， 在待評價的區(qū)域中不包括嚴格單調(diào)的行為。因此，它們不能以明確的方式進行數(shù)學處理。在 校正之后，第一圖像序列在該實例中充當參考序列，所有被捕獲的圖像序列經(jīng)歷相同的強 度偏移。因此，在待評價的區(qū)域中（在激發(fā)后）所有相應的被組合的像素相關的強度曲線 是嚴格單調(diào)的（圖4)。
[0037] 總的圖像序列現(xiàn)在用于從層狀材料1的物理模型以及激發(fā)源4的已知激發(fā)信號 開始重建層狀材料1的整個層結(jié)構(gòu)。為此，用于具有適當長度的不同傳播時間τ的整個 系統(tǒng)的脈沖應答h(T)事先從待檢材料1的物理模型中計算出來，例如借助于逆拉普拉 斯變換（''Conduction of Heat in Solids, 2nd Edition, Carslaw H. S. and Jaeger J. C., Clearendon Press Oxford，1959，pages 297 to 326)。此后，層狀材料 1 的相應熱應答信 號進行數(shù)學平衡，例如米用最小二乘法（Taschenbuch der Mathematik，I.N.Bronstein， K. A. Semendjajew. , 25thedition, B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, Leipzig and Verlag Nauka，oskau，1991)。從而，最佳的傳播時間參數(shù)i：uppOT和Tbase可以從總的圖 像序列的強度曲線的相應區(qū)域中提?。▓D5)。其中，T uppCT為上層2的傳播時間參數(shù)，并且 τ base為兩層材料1的底層2的傳播時間參數(shù)。
[0038] 隨后，根據(jù)已知的評價方法計算待檢層狀材料的相應的層厚度數(shù)值duppe,和d base， 同時利用擴散率數(shù)值ct uppel·和ctbase的先前知識（Theory and Practice of Infrared 5 Technology for Nondestructive Testing, Xavier P. V. Maldague, John ffiley&Sons, Inc. ,2001，pages 527-536)作為 d = V α τ。
[0039] 此后，這些數(shù)值被組合為覆蓋整個區(qū)域的圖像?？傊?，可以實現(xiàn)評價層狀材料1的 整個層結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^成像進行評價，具有高時間和空間分辨率，并且相對于兩種參數(shù)是可 量測的。從而，可以在工業(yè)條件下靈活、快速并且有力地進行免校準的并且定量的重建熱材 料參數(shù)。
[0040] 第二應用實例
[0041] 圖6示出了本發(fā)明的方法應用到其中樣品為具有缺陷11的基底10的情形，缺陷 在此情形中通常為含有空氣的氣孔?；卓梢允墙饘倩?、半導體基底或者結(jié)構(gòu)部件的頂 表面，如具有高熱流速度的金屬活塞。由加熱源（未示出）例如由如用箭頭Η所指示的閃 光以脈沖方式加熱基底10。如果基底以此方式被加熱，則氣孔11成為基底中從基底的表面 12開始并且被引入基底內(nèi)（在圖6中為從頂部到底部）的熱流的障礙。
[0042] 由于熱流速度從基底10到氣孔11發(fā)生轉(zhuǎn)變，氣孔11成為熱流的障礙。在氣孔11 處，熱流再次被向上引導（如在圖6中所看到的）并且產(chǎn)生了熱點13,該熱點的形狀反映了 氣孔11的形狀，增加了基底10中的熱向側(cè)面損耗的效應，如在圖6中所看到的。氣孔11 下面的區(qū)域14(如在圖6中所看到的）處于氣孔的"陰影"中，并因此受熱不同于基底的其 余部分。
[0043] 沿著箭頭線Ρ由相機15捕獲熱點13和基底表面的其余部分的圖像。相機15產(chǎn) 生了圖像16,在該圖像中由氣孔11產(chǎn)生的熱點13是清晰可見的。
[0044] 由于當從氣孔11反射的熱流產(chǎn)生熱點13時的時間實例取決于氣孔11的上邊界 和基底10的表面12之間的距離，氣孔11的圖像出現(xiàn)在相對于激發(fā)閃光而被延遲氣孔11 和表面12之間的熱流傳播時間的圖像中。因此，如同氣孔11的各種缺陷處于基底的不同 深度的情況將出現(xiàn)在圖像中位于離激發(fā)閃光不同的時間距離處。通過以上述方式評價圖像 序列，不但能夠通過將它們的相應圖像離激發(fā)閃光的時延相關而核實基底10中任何氣孔 的存在，而且能夠核實相應缺陷的深度位置。從以上說明很明顯的是，本發(fā)明并非局限于作 為實例被公開的兩種情形中的應用。而是，本發(fā)明的方法可應用在其中相機的速度（幀/ 秒）不足以產(chǎn)生用于基于單個的圖像序列定位任何熱流速度轉(zhuǎn)變的存在和/或深度位置所 需的圖像序列的所有情形中，諸如在層狀結(jié)構(gòu)中具有不同的流動速度特性的層之間的邊界 表面，或者在基底或工件中如同洞、氣孔和切口的缺陷，例如用于車輛發(fā)動機的活塞。
【權利要求】
1. 一種用于通過熱流熱成像法無損、非接觸的并且形成圖像來檢查樣品的方法，其中 所述檢查由評價樣品表面下的任何熱流速度轉(zhuǎn)變的存在和/或深度距離值構(gòu)成，其中所述 樣品被至少一個激發(fā)源的熱脈沖激發(fā)，并且源于那里的熱流被至少一個紅外傳感器以熱圖 像的圖像序列捕獲，并且其中，通過信號和圖像處理來評價從所述圖像序列獲得的熱圖像， 并且以時間和空間分辨率描述熱流，所述方法包括： 通過來自于所述激發(fā)源的熱脈沖相互獨立地至少兩次激發(fā)所述樣品，其中第二次激發(fā) 以及任何隨后的激發(fā)相對于前次激發(fā)被延遲一個時延，由此被捕獲的序列的起點發(fā)生在位 于圖像序列中的兩個圖像之間的時間內(nèi)的另一個限定的時間點； 通過紅外傳感器以含有所述激發(fā)以及來自所述樣品的熱應答信號的獨立的圖像序列 檢測由所述樣品的至少兩次激發(fā)過程產(chǎn)生的相應的整個熱流過程； 將所有被捕獲的圖像序列組合成一個總的圖像序列，其中所有的圖像按相對于所述脈 沖狀激發(fā)的時間點在時間上是正確的順序排列，并且以本身已知的方式從所述總的圖像序 列中提取來自所述樣品表面的熱流速度轉(zhuǎn)變的深度距離的指示。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中來自所述樣品表面的熱流速度轉(zhuǎn)變的深度距離 的指示包括傳播時間參數(shù)，所述傳播時間參數(shù)以像素相關的方式與所述樣品的表面區(qū)域有 關。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述總的圖像序列被校正，使得像素相關的強度 曲線包括在待評價的區(qū)域中的嚴格單調(diào)行為。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中任何圖像序列擴展到相對于在激發(fā)所述樣品期間 應用的熱的損耗到達平衡條件時的時間點。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中利用了層狀材料的周期性激發(fā)，其中相應的獨立 圖像序列的成像起點相對于所述周期性激發(fā)的起點位移至另一個限定的時間點。
6. 根據(jù)權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中在相同的時間部分中執(zhí)行所述獨 立圖像序列的延遲。
7. 根據(jù)權利要求1至6所述的方法，其中所述獨立圖像序列的延遲的時間等同部分的 長度被定義為圖像序列中的兩個圖像之間的時間除以獨立被捕獲的圖像序列的數(shù)目η的 商。
8. 根據(jù)權利要求1至7所述的方法，其中每個被捕獲的圖像序列的圖像強度被校正，使 得所有被捕獲的圖像序列具有相同的強度偏移。
9. 根據(jù)權利要求1至8所述的方法，其中所述被捕獲的圖像序列之一被用作參考序列 以校正其余的被捕獲的圖像序列的圖像強度。
10. 根據(jù)權利要求1至9所述的方法，其中所述第一次被捕獲的圖像序列作為參考序列 用于校正其余的被捕獲的圖像序列的圖像強度。
11. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述樣品包括層狀材料結(jié)構(gòu)，所述層狀材料 包括底層和至少一層附加層，其中從所述總的圖像序列的相應熱流過程中提取與像素有關 的傳播時間參數(shù)，并且從所述傳播時間參數(shù)計算來自所述層狀結(jié)構(gòu)表面的熱流速度轉(zhuǎn)變的 對應深度距離值，所述深度距離值被放在一起形成覆蓋所述樣品的層狀結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域的 圖像。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，其中基于所述層狀材料的物理模型進行層狀材料的 整個層狀結(jié)構(gòu)的至少一層的重建，其中通過使所述層狀材料的相應熱應答信號與先前為具 有適當長度的不同傳播時間計算的脈沖應答信號相關而提取所述總的圖像序列的相應的 像素相關的熱流過程的傳播時間參數(shù)，并且其中，在已知所述層狀結(jié)構(gòu)的對應層的擴散率 數(shù)值時，從檢測的傳播時間參數(shù)計算所有的層厚度值。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述樣品包括基底或工件，包含接近所述基底表 面的缺陷，所述缺陷為由熱從所述樣品表面流入所述樣品本體內(nèi)經(jīng)歷的熱流速度轉(zhuǎn)變，其 中特定缺陷的存在和深度距離的指示為所述圖像序列的相應圖像中的熱點，所述相應圖像 取自離所述樣品的激發(fā)具有一定的時間距離處，與所述缺陷離所述樣品表面的深度距離有 關。
【文檔編號】G01N25/72GK104145184SQ201280060975
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權日:2011年12月10日
【發(fā)明者】H·朗, J·米耶爾克 申請人:Dcg系統(tǒng)有限公司