ICS 49.020 V 04
HB 8571-2020
航空复合材料主动式红外热成像
检测方法
Active thermography test method for aviation composite material
2020-09-14 发布 2021-01-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国航空综合技术研究所、哈尔滨工业大学、沈阳飞机设计研究所、北京嘉盛智检科技有限公司。
本标准主要起草人：李慧娟、石亮、王俊涛、王池权、刘俊岩、刘雨生、帅家盛。
航空复合材料主动式红外热成像
检测方法
1 范围
本标准规定了针对航空领域所用复合材料进行主动式红外热成像检测的激励方式、设备要求、影响因素、检测程序、检测记录与报告的要求。
本标准适用于利用不同激励加载方式对复合材料产品进行检测，包括外场及在役产品检测，也适用于对航空领域所用复合材料内部分层、夹杂、脱粘、积水、积油、冲击损伤等缺陷或损伤进行检测。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本 (包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 12604.9 无损检测术语红外检测
GB/T 26643 无损检测闪光灯激励红外热像法导则
GB/T 36439 无损检测航空无损检测人员资格鉴定与认证
HB 8428 航空复合材料闪光灯激励红外热成像检测方法
3 术语和定义
GB/T 12604.9 和 GB/T 26643 界定的术语和定义适用于本文件。
4 红外热成像技术
4.1 主动式红外热成像检测
通过对待测物体或对象施加外部能量产生热辐射或红外辐射分布变化而进行检测的一种红外热成像检测方法。需要对物体施加一个以红外热成像检测为目的的外部激励，使物体产生温度变化。
4.2 被动式红外热成像检测
不施加外部能量而直接通过探测物体热辐射或红外辐射分布变化而进行检测的一种红外热成像检测方法。不需要对待测物体施加外部激励，待测物体自身会产生温度变化或温度梯度。
5 主动式红外热成像激励方式
5.1 按施加外部能量类型可分为光激励 (如红外灯、卤素灯、闪光灯、激光等)、机械激励 (如振动、超声等)、电磁感应激励 (如电涡流感应等)及其他激励 (如微波、热辐射、热传导、热对流等)多种形式。
5.2 按外部激励注入能量时域波形与温度响应变化状态可分为脉冲激励、阶跃或长脉冲激励、周期调制激励等多种形式。
5.3 脉冲激励注入能量时域波形为短脉冲形式，如图 1 所示。阶跃或长脉冲激励注入能量时域波形为
矩形，如图 2 所示。周期调制激励注入能量时域波形为周期性变化形式，如正弦波、方波及三角波等，正弦波激励波形如图 3 所示。
图 1 脉冲激励波形
图 2 阶跃或长脉冲激励波形
图 3 正弦波激励波形
5.4 常见的检测对象适用的热源类型和热源波形参见附录 A。
6 人员要求
从事红外热成像检测的人员应满足以下要求：
a) 掌握红外辐射测量及热传导相关理论知识;
b) 应按 GB/T 36439 完成培训和人员资格鉴定;
c) 视力及辨色能力应满足 GB/T 36439 的要求。
7 环境要求
7.1 检测环境应满足包括热像仪在内全部检测设备所需的温度、湿度要求。
7.2 应尽可能排除周围环境背景的干扰影响。
7.3 应关注待测物体与热像仪之间的其他物体对热辐射或红外辐射的吸收、散射与反射作用(例如水蒸气、二氧化碳氧化物、玻璃材料等)。
8 检测系统
8.1 红外热像仪
8.1.1 红外热像仪具有的参数与功能主要包括：制冷/非制冷、光谱响应范围、探测单元尺寸、空间分辨率、温度测量范围、噪声等效温差、温度分辨率、温度测量精度、帧频、曝光时间或积分时间、图像显示与存储记录等。
8.1.2 必要时，可以采用加滤波片、衰减片、红外反射镜等辅助设备或更换镜头 (复合材料推荐使用广角镜头)等方式进行检测。
8.1.3 必要时，可以编写数据采集与处理的计算机软件程序进行检测。
8.1.4 根据待测物体可能产生的温度变化范围来选取合适的红外热像仪测量范围。应有充足的采集信号便于数据分析。热像仪温度分辨率随测温范围的增大而减小。
8.1.5 应定期进行校准和维护。
8.2 热激励系统
8.2.1 依据检测环境、待测物体状况 (尺寸、形状、表面发射率、材料种类及自身温度等)、热像仪的参数与性能指标，选择适当的加热与制冷装置进行激励，形成温度梯度或温度变化，最高能量不应影响复合材料性能。
8.2.2 采用加热方式形成温度变化或温度梯度，可选择红外灯、卤素灯、闪光灯、激光等光辐射加热，涡流等电磁感应加热，加热毯等热传导加热，热风等热对流加热，振动、超声波等机械加载方式加热。
8.2.3 采用制冷方式形成温度变化或温度梯度，可选择喷水器、喷雾器、冷风机等。
8.3 数据采集与分析系统
8.3.1 能触发热激励加载单元，发出数据采集指令，采集数据并实现数据存储。
8.3.2 保证激励加载单元触发与热像仪数据采集同步。
8.3.3 允许在激励前、激励过程中与激励完成后持续工作。
8.3.4 能对采集到的数据序列进行分析。
8.3.5 能实时显示热像仪采集到的数据序列，能对数据序列进行逐帧播放。
8.3.6 对于脉冲、阶跃或长脉冲激励方式， 宜采用适当的数据处理方法以提高检测灵敏度 (如进行一阶微分和二阶微分处理等)。
8.3.7 对于周期调制激励方式，宜能够对温度信号进行锁相处理，获得温度信号的幅值与相位信息，提高信噪比和缺陷检测能力。
8.3.8 可对检测到的缺陷尺寸、深度进行测量。
9 对比试块
9.1 对比试块的制作要求与方法可参照 HB 8428 中检测能力试件的要求。
9.2 材料、结构和工艺应与待测物相同，已知缺陷可以是真实缺陷或人工缺陷，人工缺陷需能模拟待测物体的结构内部典型缺陷所产生的热物理特性。
9.3 人工模拟缺陷可利用在相同材料平板背面加工平底孔的方法制造试块。平底孔试件可被认为是最容易检测的缺陷，系统对实际缺陷的检测能力一般低于对平底孔试件的检测能力。不对最小可检测缺陷尺寸作要求时，检测能力试件中宜至少包括一种类型的 5 个已知缺陷，宽深比应在 0.5～10之间。
9.4 需检测不同类型缺陷时，宜针对不同缺陷分别制作 5 个不同宽深比缺陷。两相邻缺陷边缘间距应大于较大缺陷直径，每个缺陷边缘距试块边缘距离应大于缺陷直径。
10 检测程序
10.1 检测准备
10.1.1 应采用适当方法使物体表面的发射率均匀。
10.1.2 可采取适当的措施提高待测物体表面发射率、降低表面反射率。待测物体的发射率较低、不均匀或表面反射率高时，可在待测表面施加一层可去除的不光滑黑色材料，涂覆层应薄而均匀。也可选择高发射率的薄膜材料紧贴于待测物体表面，以确保检测过程中发射率保持均匀。
10.1.3 检测前，应对待测物体表面状况进行详细检查，以排除表面油污、记号等可能导致的伪缺陷的显示。
10.2 检测设置
10.2.1 调节视场与空间分辨率
将待检区域放在红外热像仪视野范围与激励范围内，镜头及探测器组合应能满足所需检测最小缺陷在探测器上占有至少 9 个相邻像元，可以通过改变或调整光学镜头进行检测视场调整来解决空间分辨率不足的问题。
10.2.2 红外热像仪非均匀性与测量热辐射强度范围校正
在检测前，应保证红外热像仪的每个探测器单元均按灵敏度校正功能执行正确的校正，若光学系统中有滤波片、替换镜头、红外反射镜等设备，应对红外热像仪测量热辐射强度值的范围进行适当校正。
10.2.3 设置角度
热像仪光学系统轴线方向与垂直待测物体表面的直线间夹角应小于 45˚, 如不能满足，角度应最大不能超过 60˚。如果角度超过 60˚或检测面在背面，应按规定使用红外反射镜。
10.2.4 焦距调节
检测过程中红外热像仪应在待测物体表面进行聚焦。待测物体对比度较低时， 调节焦距时可在物体表面放置对比度差异金属刻度尺或相似物体，使其能够在红外热图中被识别。
10.2.5 帧频与积分时间
检测缺陷时应选择适当的帧频与积分时间，热像仪帧频应设置足够高，以便能够捕捉瞬时产生的温度变化。
10.2.6 图像处理
应对红外热像图的灰度等级与区间进行适当调节，避免出现信息丢失的情况。
10.2.7 设置确认
检测前，按 10.2.1 至 10.2.7 的顺序对检测所需设置进行详细检查。测温范围与焦距的设置在记录后不能随意调整。
10.3 激励加载
10.3.1 正式检测前，针对对比试块进行检测，确定检测工艺参数。
10.3.2 将待检区域放在红外热像仪视野范围内，触发外部激励装置对待测物表面进行激励，外部激励产生的热源或热流分布区域大于待检区域。
10.3.3 对于面光源激励，激励光源与红外热像仪宜平行放置，激励过程中应能保证热流在被检区域内
均匀分布。
10.3.4 利用热像仪进行检测数据同步采集、记录与储存。
10.4 数据分析
10.4.1 为减少检测错误，并突出、强调热图或特征图像的异常现象， 必要时应进行适当的图像处理操作。例如在必要时可运用阈值处理、均值滤波、背景降噪、插值处理、动态补偿等方法进行图像处理。
10.4.2 原始红外热像图中，空气隙或分层等阻碍热传导的缺陷显现出高温度，而水或金属夹杂等有助于热吸收的缺陷显现出低温度。如果是制冷源激励，则相反。
11 检测记录与报告
11.1 检测规程
进行主动式红外热成像检测时宜编写检测规程，宜包括以下内容：
a) 检测目的;
b) 检测人员;
c) 检测设备;
d) 检测环境;
e) 检测方法与条件;
f) 评估方法;
g) 记录与报告。
11.2 检测原始记录
能够影响检测结果的检测条件宜按以下列项进行记录：
a) 检测日期;
b) 检测人员;
c) 待测物及区域：零件名称、图号;
d) 检测设备：热像仪型号;
e) 检测方法及条件：为提高表面发射率所作的模拟黑体表面处理方法、主动式或被动式红外热成像方法等;
f) 检测参数：热激励方式、激励时间、积分时间、帧频等;
g) 检测结果。
11.3 报告
检测报告内容宜包括：检测日期、检测人员、待测物体信息、检测设备、检测条件、检测标准、验收标准、检测结果 (待测物体必要的照片、热图、曲线)等。
附录 A
(资料性附录)
常见检测对象 (缺陷)适用的热源类型和热源波形
常见检测对象 (缺陷)适用的热源类型和热源波形见表 A.1。
表 A.1 常见检测对象 (缺陷)适用的热源类型和热源波形
