背景技術(shù)：

當生產(chǎn)零件時，特別是生產(chǎn)具有小壁厚的零件時，遵守限定的壁厚對于穩(wěn)定性及因此對于質(zhì)量是重要的。特別地，使用例如具有相對大量的散布(dispersion)的方法，例如，如層壓、精確模具鑄造(dead-moldcasting)或離心鑄造，需要在連續(xù)基礎(chǔ)上度量地驗證所得到的值，以能夠識別近表面缺陷，如脫層(層壓過程)、氣體夾雜(精確模具鑄造)或壁厚不足(離心鑄造)。置于測量裝置上的需求包括：根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域，用于過程集成的短測量時間，對待測試對象的少量應(yīng)力，這是由于例如在照射的情況下的熱輸入以及長生命和低成本所造成的。

由計算機斷層攝影術(shù)表示對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維檢測的建立方法，其中x射線從不同的方向?qū)y量的對象進行照射，其中從個別x射線圖像重建三維對象。

存在不同大小、分辨率和速度的計算機斷層成像。如果期望高測量速度，技術(shù)支出及因此的成本非常高，以至于在很多情況下都不能經(jīng)濟地應(yīng)用此測量方法。

通過熱成像方法提供一種用以降低成本的方法。借助于熱成像方法(熱像法)，有可能對靠近表面的試樣且特別地具有薄壁厚的試樣進行檢驗。

在一些熱成像方法中，借助于以二維方式表現(xiàn)的熱源或冷源使試樣的表面遭受短期加熱和/或冷卻，以及借助于熱成像攝像機(紅外攝像機)對表面溫度的后續(xù)時間輪廓進行記錄并隨后進行評價。當使用熱方程時考慮如熱導率、特定熱容量及密度的材料參數(shù)，可隨后從表面溫度的時間輪廓得到如氣體夾雜的深度或最頂層的厚度的幾何性質(zhì)。在此，重要的是，被檢驗的區(qū)域充分平行于表面而延伸，并要確定關(guān)于結(jié)構(gòu)特征的熱性質(zhì)的差異。從參考文獻[1]已知如熱成像方法的示例。

此外，從現(xiàn)有技術(shù)已知解決方案，其中例如借助于激光點實現(xiàn)表面的局部加熱，且由點檢測器對熱成像系統(tǒng)進行光學跟蹤。基于點檢測器，甚至在慢掃描系統(tǒng)中，此解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)照明和熱檢測之間的固定時間常數(shù)。可在參考文獻[2]、[3]、[4]及[5]中找到其示例。

從參考文獻[6]已知一種簡化的方法，其中對特定時間點處的表面溫度進行檢測，而不是檢測表面溫度的時間輪廓。

參考文獻[7]提供了熱成像方法的通用概述。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供用于測試對象處的近表面結(jié)構(gòu)的無損檢驗的改進的熱成像檢驗工具以及改進的熱成像方法。

通過用于測試對象處的近表面結(jié)構(gòu)的無損檢驗的熱成像檢驗工具實現(xiàn)此目的，該熱成像檢驗工具包括：

用于將熱能施加至測試對象的待加熱的表面區(qū)域的加熱裝置；

用于在熱能的施加之后對測試對象的待測量的表面區(qū)域上的空間溫度分布的時間輪廓進行檢測的熱傳感器工具，待測量的表面區(qū)域包括待加熱的表面區(qū)域以及與待加熱的表面區(qū)域鄰近的待測量的外部表面區(qū)域；以及

用于對空間溫度分布的時間輪廓進行評估以對待測量的表面區(qū)域處的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)進行檢測的評估工具。

在從參考文獻[1]至[7]已知的解決方案中，將熱量施加至試樣的待加熱的表面區(qū)域，并對此恰好的待加熱的表面區(qū)域的表面溫度進行測量。借助于垂直于表面區(qū)域的熱傳播，確定試樣的待加熱的表面區(qū)域處的熱性質(zhì)或待加熱的且被逐一測量的表面區(qū)域的熱性質(zhì)的差異，其中差異將隨后形成用于確定試樣的近表面結(jié)構(gòu)的參數(shù)的基礎(chǔ)。

與此相反，根據(jù)本發(fā)明，為確定空間溫度分布作準備，不僅針對待加熱的表面區(qū)域還針對與待加熱的表面區(qū)域鄰近的待測量的外部表面區(qū)域確定所述溫度分布。待加熱的表面區(qū)域和待測量的外部表面區(qū)域形成待測量的整個表面區(qū)域。

為了確定有意義的空間溫度分布，特別地，對在待測量的表面區(qū)域的至少兩個不同的測量點處呈現(xiàn)的各自溫度進行檢測是有必要的。然而，考慮到實現(xiàn)改進的且更準確的可評估性的目標，可提供明顯更多的不同的測量點。例如可提供10-500個不同的測量點。

在此上下文中，在待加熱的表面區(qū)域處提供至少一個測量點并在待測量的外部表面區(qū)域處提供至少一個另一測量點是必要的。

根據(jù)本發(fā)明，為在不同時間點處對空間溫度分布進行重復檢測作準備，以因此對用于待測量的表面區(qū)域的空間溫度分布的時間輪廓進行檢測。例如，隨后可借助于熱方程對空間溫度分布的時間輪廓進行分析，所述分析隨后用于確定測試對象的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)。

在熱輸入之后的特定的時間內(nèi)或特定時間點處，例如可借助于矩陣熱成像攝像機對周圍環(huán)境進行測量。此涉及對除了熱輸入的位置之外的外表熱分布的時間輪廓的記錄。可由合適的函數(shù)對在熱輸入的位置周圍的環(huán)境的個別點處的空間溫度增長進行擬合，例如，通過對熱方程進行求解。因此，可甚至在非常有缺陷的或嘈雜的圖像和熱成像視頻序列的情況下或在例如歸因于加熱或冷卻而未處于熱平衡狀態(tài)下的測量的對象的情況下對熱性質(zhì)進行推斷。通過考慮關(guān)于未通過熱輸入直接加熱的環(huán)境的相對行為，可改進結(jié)果。

所述貢獻可被用來得出關(guān)于熱的傳播以及因此的恒定的熱材料參數(shù)的鄰接區(qū)域的深度的結(jié)論。

通過確定比待加熱的區(qū)域大的區(qū)域內(nèi)的空間溫度分布的時間輪廓，可對例如疊加的獨立的外部影響(如環(huán)境溫度的變化)或疊加的獨立的內(nèi)部影響(如歸因于噪音或有缺陷的校準的測量系統(tǒng)的缺陷)進行補償，與之前已知的解決方案不同，其中僅確定待加熱的區(qū)域處的溫度的時間輪廓。因此，可以比至今已可能更準確地對試樣的近表面結(jié)構(gòu)的興趣參數(shù)進行檢測。

特別地對于在熱傳感器工具的分辨率的數(shù)量級下的非常小的溫度變化，噪聲對系統(tǒng)的測量準確性的影響相當大。在現(xiàn)有技術(shù)中，可借助于改進的且因此成本更高的測量技術(shù)或借助于增加的熱輸入，即借助于待加熱的表面的更高起始溫度來嘗試解決此問題。然而，對于例如食品工業(yè)中的大量的應(yīng)用，需要對熱輸入進行限制從而維持冷鏈。由于使用所發(fā)明的解決方案，可對噪聲進行比現(xiàn)有技術(shù)已可能的更好的補償，也可相對于現(xiàn)有技術(shù)減少熱輸入的量，從而使得檢驗工具的應(yīng)用領(lǐng)域增加。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，參數(shù)為測試對象的壁的厚度。實踐中，在很多情況下能夠以無損的方式對測試對象的壁的厚度進行識別是可取的。確實如此，特別是對于例如所有種類的中空體，例如對于工藝的中空體(如容器或?qū)Ч?或?qū)τ诒惶峁┳鳛槭称返闹锌阵w(如中空的巧克力)。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，參數(shù)為測試對象的壁的密度。此外，在實踐中能夠以無損的方式對測試對象的壁的密度進行識別常常是可取的。確實如此，特別是對于鑄造體，其中密度的變化是包含雜質(zhì)的象征。特別地，可因此識別在鑄造體中存在的氣體雜質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)，將待加熱的表面區(qū)域配置為點形、開放曲線形式的線形、閉合曲線形式的線形、圓形或橢圓形?？梢砸愿叨葷饪s和/或集中的方式實現(xiàn)熱量的輸入，以使得熱量可保持為小的。實驗已示出當待加熱的表面區(qū)域具有線性閉合曲線的形式時可以達到尤其精確的結(jié)果。在此情況下，具體地，可能對發(fā)生在被曲線包圍的區(qū)域之中及其外部的表面處的空間溫度分布進行評估。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，待加熱的表面區(qū)域包括至少兩個隔開的待加熱的表面子區(qū)域，其是同一待測量的表面區(qū)域的部分。在此上下文中，可關(guān)于空間溫度分布對位于待加熱的表面子區(qū)域之間的表面的部分以及不位于待加熱的表面子區(qū)域之間的表面的部分進行檢驗，其可進一步增加測量的準確度等級。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，加熱工具用于借助于電磁波將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域。電磁波可以例如是微波、光波或激光波。在此尤其有益的是，可將加熱工具布置在距試樣一定距離處，以使得加熱工具將不損害熱傳感器工具的檢測區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)，加熱工具用于借助于機械激勵將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域。所述機械激勵可以進行接觸或可以以非接觸方式實現(xiàn)，例如借助于超聲波。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，加熱工具用于借助于熱傳導將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域。以此方式，可實現(xiàn)集中熱輸入，以使得熱量可以是特別小的。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)，加熱工具用于通過在待加熱的表面區(qū)域處生成電流將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域。以此方式，可以以幾乎無損耗的方式將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，熱傳感器工具包括一維傳感器，例如數(shù)字線路傳感器。例如，傳感器可以是ccd線路傳感器、cmos線路傳感器或模擬線路傳感器。此類線路傳感器在低成本下是可用的，并且尤其適用于以一維(如線性)方式確定空間溫度分布的情況。然而，原則上，還有可能在使用線路傳感器的同時借助于多個線性鏡頭生成二維熱圖像。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)，熱傳感器工具包括二維傳感器，例如數(shù)字圖像傳感器。所述傳感器可以(例如)是ccd矩陣傳感器、cmos矩陣傳感器或模擬矩陣傳感器。此類傳感器在低成本下也是可用的。然而，其能夠通過使用僅一個鏡頭捕捉二維熱圖像。

根據(jù)本發(fā)明的尤其有益的另一開發(fā)，加熱工具用于以同時的或時間重疊的方式將熱能施加至多個待加熱的表面區(qū)域，熱傳感器工具用于以同時的或時間重疊的方式在測試對象的多個待測量的表面區(qū)域上對在熱能的施加之后的空間溫度分布的那些時間輪廓進行檢測，待測量的表面區(qū)域各自包括待加熱的表面區(qū)域中的一個以及鄰近于各個待加熱的表面區(qū)域的一個外部表面區(qū)域；以及其中評估工具用于以同時的或時間重疊的方式對空間溫度分布的時間輪廓進行評估，從而以同時的或時間重疊的方式對多個待測量的表面區(qū)域處的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)進行檢測。

“同時”在此應(yīng)該意味著各個事件開始于相同的時間點且結(jié)束于相同的時間點。此外，“時間重疊”被理解為意味著后一事件開始于前一事件的開始和結(jié)束之間。

在本發(fā)明的此另一開發(fā)的上下文中，可能在短時間內(nèi)對多個表面區(qū)域進行檢驗。

如果加熱工具用于發(fā)出電磁波，加熱工具可包括光學器件，其將生成的電磁波聚焦于多個待加熱的表面區(qū)域上。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，評估工具用于在對空間溫度分布的時間輪廓進行評估時考慮待測量的表面區(qū)域關(guān)于熱傳感器工具的光軸的傾角的空間輪廓。

為了測試對象內(nèi)的熱流量的準確評估，沿表面確定溫度分布是必要的。然而，由于透視變形，例如由于熱傳感器工具的光學性質(zhì)，不可能直接沿表面確定溫度分布。特別地，當熱傳感器工具的視線(即光軸)不垂直地入射至各個測量點時此適用，這(特別地)對于關(guān)于垂直于光軸布置的平面而傾斜的測試對象的平面表面或?qū)τ谥辽僭谝恍﹨^(qū)域中關(guān)于垂直于光軸布置的平面而明顯地傾斜的測試對象的彎曲表面是如此。

此外，利用傾斜的以及特別地利用彎曲的表面，產(chǎn)生的問題在于待加熱的表面區(qū)域的大小及形狀可取決于表面的傾斜度和/或曲率，以使得針對各個表面區(qū)域的熱量也改變。

通過考慮待測量的表面區(qū)域相對于熱傳感工具的光軸的傾角的空間輪廓，可對歸因于透視變形的誤差以及歸因于針對表面區(qū)域的熱量的變化的誤差進行補償。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，對加熱裝置進行配置以使得熱能至測試對象的待加熱的表面區(qū)域的施加可依據(jù)傾角的空間輪廓而實現(xiàn)。

因此，可能根據(jù)傾角的空間輪廓使得熱量的輸入遭受開環(huán)或閉環(huán)控制。例如，加熱裝置的功率或加熱裝置的運行持續(xù)時間可能遭受開環(huán)或閉環(huán)控制。以此方式，可以避免的是，在待加熱的表面區(qū)域幾乎垂直于熱施加的方向的情況下的測試對象的局部過熱以及在待加熱的表面區(qū)域幾乎平行于熱施加的方向的情況下的測試對象的不可估計的小的熱量。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，熱成像檢驗工具包括用于對傾角的空間輪廓進行檢測的傾角檢測工具。例如，傾角檢測工具可包括激光區(qū)段攝像機。借助于光學激光區(qū)段攝像機，歸因于借助于加熱工具的已知光路的三角測量，可輕易地確定測試對象的入射點的位置以及表面的曲率和定向。

為此，待加熱的表面區(qū)域的位置可被用來實現(xiàn)其在傾角的空間輪廓中的準確定位。如果需要，可借助于用來加熱的激光或借助于單獨的激光生成附加線，從而增加覆蓋面積并因此增加分辨率。換言之，可首先以高分辨率從加熱過程單獨地對傾角的空間輪廓進行檢測，在此情況下，待加熱的表面區(qū)域可作為用于使得傾角的空間輪廓及空間溫度分布相一致的參考。

以此方式，也可以檢驗具有復雜的外部形狀的測試對象而無需明確已知所述形狀。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，熱成像檢驗工具包括用于生產(chǎn)校準體(calibrationbody)(特別地，楔形的校準體)的鑄造模具。借助于照射輸入的熱依賴于功率的譜和空間分布且依賴于源所照射的表面面積以及依賴于表面的反射和/或吸收系數(shù)。歸因于許多影響因素且歸因于其幅值有時是變化的或難以識別的事實，布置的校準先于對近表面結(jié)構(gòu)進行檢驗是有益的。為此，可使用具有可被識別的具有從較低到較高的值變化的已知厚度的楔形形狀且已從與測量的對象相同的材料生產(chǎn)的校準體。所提供的鑄造模具能夠容易地生產(chǎn)與各個測試對象對應(yīng)的校準體。

在另一方面中，通過用于測試對象處的近表面結(jié)構(gòu)的無損檢驗的方法實現(xiàn)此目的。該方法包括以下步驟：

借助于加熱工具將熱能施加至測試對象的待加熱的表面區(qū)域；

在熱能的施加之后借助于熱傳感器工具檢測在測試對象處的待測量的表面區(qū)域上的空間溫度分布的時間輪廓，待測量的表面區(qū)域包括待加熱的表面區(qū)域以及與待加熱的表面區(qū)域鄰近的外部表面區(qū)域；以及

借助于評估工具對空間溫度分布的時間輪廓進行評估，從而對在待測量的表面區(qū)域處的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)進行檢測。

在所發(fā)明的熱成像檢驗工具結(jié)果的上下文中論述優(yōu)點。應(yīng)理解的是，所發(fā)明的方法可包括在所發(fā)明的熱成像檢驗工具的上下文中描述的其他方法步驟。

附圖說明

下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明及其優(yōu)點，其中：

圖1展示所發(fā)明的熱成像檢驗工具的第一實施例的示意性俯視圖以及放大表示的測試對象的相關(guān)示意性主視圖；

圖2展示測試對象的示例性熱圖像以及以暫時偏移(offset)方式在測試對象的待測量的表面區(qū)域的區(qū)域內(nèi)捕捉的熱圖像形式的空間溫度分布的放大的示例性時間輪廓；

圖3展示暫時偏移位置/溫度輪廓形式的空間溫度分布的示例性時間輪廓；

圖4展示在具有大的壁厚的測試對象的局部俯視圖中的示例性溫度分布以及在具有較小壁厚的測試對象的局部俯視圖中的示例性溫度分布；

圖5展示所發(fā)明的熱成像檢驗工具的第二實施例的示意性俯視圖以及放大表示的測試對象的相關(guān)示意性主視圖；

圖6展示所發(fā)明的熱成像檢驗工具的第三實施例的示意性俯視圖以及放大表示的測試對象的相關(guān)示意性主視圖；以及

圖7展示用于生產(chǎn)校準體的鑄造模具的示意性三維表示以及借助于鑄造模具生產(chǎn)的校準體的示意性三維表示。

具體實施方式

下文中，將以相同或相似的附圖標記表示相同或相似的元件或具有相同的或等同功能的元件。

在下面的描述中，將更加詳細地描述具有本發(fā)明的多數(shù)特征的實施例，從而提供本發(fā)明的增進的理解。然而，應(yīng)當注意的是，也可在忽略所描述的個別特征的情況下實施本發(fā)明。還應(yīng)當注意的是，也可以以不同的方式對在各種實施例中展示的特征進行組合，除非這被明確否認或?qū)е聸_突。

圖1展示所發(fā)明的熱成像檢驗工具1的第一實施例的示意性俯視圖以及放大表示的測試對象po的相關(guān)示意性主視圖。

熱成像檢驗工具1包括：

用于將熱能施加至測試對象po的待加熱的表面區(qū)域bo的加熱裝置2；

用于在施加熱能之后對測試對象po的待測量的表面區(qū)域vo上的空間溫度分布的時間輪廓進行檢測的熱傳感器工具3，其中待測量的表面區(qū)域vo包括待加熱的表面區(qū)域bo以及與待加熱的表面區(qū)域bo鄰近的待測量的外部表面區(qū)域ao；以及

用于對空間溫度分布的時間輪廓進行評估從而對待測量的表面區(qū)域vo處的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)dw進行檢測的評估工具4。

從參考文獻[1]至[7]已知的解決方案中，熱量被施加至試樣的待加熱的表面區(qū)域，并對此恰好的待加熱的表面區(qū)域的表面溫度進行測量。借助于垂直于表面區(qū)域的熱傳播，將對試樣的待加熱的表面區(qū)域處的熱性質(zhì)或待加熱的且被逐一測量的表面區(qū)域的熱性質(zhì)的差異進行確定，其中差異將隨后形成用于確定試樣的近表面結(jié)構(gòu)的參數(shù)的基礎(chǔ)。

與之相反，根據(jù)本發(fā)明，為確定空間溫度分布作準備，不僅針對待加熱的表面區(qū)域bo還針對與待加熱的表面區(qū)域bo鄰近的待測量的外部表面區(qū)域ao而對所述溫度分布進行確定。待加熱的表面區(qū)域bo和待測量的外部表面區(qū)域ao形成待測量的整個表面區(qū)域vo。

為了確定有意義的空間溫度分布，特別地，對在待測量的表面區(qū)域vo的至少兩個不同的測量點處呈現(xiàn)的各自溫度進行檢測是有必要的。然而，考慮到實現(xiàn)改進的且更準確的可評估性的目標，可提供明顯更多的不同的測量點。例如可提供10-500個不同的測量點。

在此上下文中，在待加熱的表面區(qū)域bo處提供至少一個測量點并在待測量的外部表面區(qū)域ao處提供至少一個另一測量點是必要的。

根據(jù)本發(fā)明，為在不同時間點處對空間溫度分布進行重復檢測作準備，以因此對用于待測量的表面區(qū)域vo的空間溫度分布的時間輪廓進行檢測。例如，隨后可借助于熱方程對空間溫度分布的時間輪廓進行分析，隨后所述分析用于確定測試對象po的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)dw。

在熱輸入之后的特定的時間內(nèi)或特定時間點處，例如可借助于矩陣熱成像攝像機3對周圍環(huán)境vo進行測量。矩陣熱成像攝像機3包括位于檢測區(qū)域eb中心的光軸oa。上文涉及對除了熱輸入的位置bo之外的待測量的表面區(qū)域vo內(nèi)的外表熱分布的時間輪廓的記錄?？捎珊线m的函數(shù)對在熱輸入的位置周圍的環(huán)境的個別點處的空間溫度增長進行擬合，例如，通過對熱方程進行求解。因此，可甚至在非常有缺陷的或嘈雜的圖像和熱成像視頻序列的情況下或在例如歸因于加熱或冷卻而未處于熱平衡狀態(tài)下的測量的對象的情況下對熱性質(zhì)進行推斷。通過考慮關(guān)于未通過熱輸入直接加熱的環(huán)境ao的相對行為，可改進結(jié)果。

所述貢獻可被用來得出關(guān)于熱的二維傳播以及因此的恒定的熱材料參數(shù)的鄰接區(qū)域的深度dw的結(jié)論。

通過確定比待加熱的區(qū)域ob大的區(qū)域vo內(nèi)的空間溫度分布的時間輪廓，可對例如疊加的獨立的外部影響(如環(huán)境溫度的變化)或疊加的獨立的內(nèi)部影響(如歸因于噪音或有缺陷的校準的測量系統(tǒng)3的缺陷)進行補償，與之前已知的解決方案不同，其中僅確定待加熱的區(qū)域處的溫度的時間輪廓。因此，可以比至今已可能更準確地對試樣po的近表面結(jié)構(gòu)的興趣參數(shù)dw進行檢測。

特別地在具有以熱傳感器工具3的分辨率的數(shù)量級的非常小的溫度變化的情況下，噪聲對系統(tǒng)1的測量準確性的影響相當大。在現(xiàn)有技術(shù)中，可借助于改進的且因此成本更高的測量技術(shù)或借助于增加的熱輸入，即借助于待加熱的表面的更高起始溫度來嘗試解決此問題。然而，對于例如食品工業(yè)中的大量的應(yīng)用，需要對熱輸入進行限制從而維持冷鏈。由于使用所發(fā)明的解決方案，可對噪聲進行比現(xiàn)有技術(shù)已可能的更好的補償，也可相對于現(xiàn)有技術(shù)減少熱輸入的量，從而使得檢驗工具1的應(yīng)用領(lǐng)域增加。

為了實現(xiàn)緊湊的布置以及加熱工具2相對于熱傳感工具3的容易定向的可能性，在加熱工具2的光路中可提供鏡子。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，參數(shù)dw為測試對象po的壁wa的厚度dw。實踐中，在很多情況下能夠以無損的方式對壁wa的厚度dw進行識別是可取的。確實如此，特別是對于例如所有種類的中空體po，例如對于工藝的中空體(如容器或?qū)Ч?或?qū)τ诒惶峁┳鳛槭称返闹锌阵w(如中空的巧克力po)。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，參數(shù)dw為測試對象po的壁的密度。此外，在實踐中能夠以無損的方式對測試對象po的壁wa的密度進行識別常常是可取的。確實如此，特別是對于鑄造體po，其中密度的變化是包含雜質(zhì)的象征。特別地，可因此識別在鑄造體po中存在的氣體雜質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)，將待加熱的表面區(qū)域bo配置為點形、開放曲線形式的線形、閉合曲線形式的線形、圓形或橢圓形?？梢砸愿叨葷饪s和/或集中的方式實現(xiàn)熱量的輸入，以使得熱量可保持為小的。實驗已示出當待加熱的表面區(qū)域bo具有線性閉合曲線的形式時可以達到尤其精確的結(jié)果。在此情況下，具體地，可能對發(fā)生在被曲線包圍的區(qū)域ob之中或其外部的表面of處的空間溫度分布otv進行評估。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，待加熱的表面區(qū)域bo包括至少兩個隔開的待加熱的表面子區(qū)域，其是相同的待測量的表面區(qū)域vo的部分。在此上下文中，可關(guān)于空間溫度分布otv對位于待加熱的表面子區(qū)域之間的表面of的部分以及不位于待加熱的表面子區(qū)域之間的表面of的部分進行檢驗，其可進一步增加測量的準確度等級。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，加熱工具3用于借助于電磁波ew將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域bo。電磁波ew可以例如是微波、光波或激光波。在此尤其有益的是，可將加熱工具2布置在距離試樣po一定距離處，以使得加熱工具2將不損害熱傳感器工具3的檢測區(qū)域eb。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)(未示出)，加熱工具2用于借助于機械激勵將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域ob。所述機械激勵可以進行接觸或可以以非接觸的方式實現(xiàn)，例如借助于超聲波。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)(未示出)，加熱工具2用于借助于熱傳導將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域ob。以此方式，可實現(xiàn)集中熱輸入，以使得熱量可以是特別小的。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)(未示出)，加熱工具2用于通過在待加熱的表面區(qū)域ob處生成電流將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域ob。以此方式，可以以幾乎無損耗的方式將熱能施加至待加熱的表面區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)(未示出)，熱傳感器工具3包括一維傳感器，例如數(shù)字線路傳感器。例如，傳感器可以是ccd線路傳感器、cmos線路傳感器或模擬線路傳感器。此類線路傳感器在低成本下是可用的，并且尤其適用于以一維(如線性)方式確定空間溫度分布的情況。然而，原則上，還有可能在使用線路傳感器的同時借助于多個線性鏡頭生成二維熱圖像。

根據(jù)本發(fā)明的方便的另一開發(fā)，熱傳感器工具3包括二維傳感器，例如數(shù)字圖像傳感器。所述傳感器可以(例如)是ccd矩陣傳感器、cmos矩陣傳感器或模擬矩陣傳感器。此類傳感器在低成本下也是可用的。然而，其能夠通過使用僅一個鏡頭捕捉二維熱圖像。

在另一方面中，本發(fā)明包括一種用于測試對象處的近表面結(jié)構(gòu)的無損檢驗的方法，該方法包括以下步驟：

借助于加熱工具2將熱能施加至測試對象po的待加熱的表面區(qū)域bo；

在熱能的施加之后借助于熱傳感器工具3對在測試對象po處的待測量的表面區(qū)域vo上的空間溫度分布otv的時間輪廓zv進行檢測，待測量的表面區(qū)域vo包括待加熱的表面區(qū)域bo以及與待加熱的表面區(qū)域bo鄰近的外部表面區(qū)域ao；以及

借助于評估工具4對空間溫度分布otv的時間輪廓zv進行評估，從而對在待測量的表面區(qū)域vo處的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)dw進行檢測。

圖2展示測試對象po的示例性熱圖像以及以暫時偏移方式在測試對象po的待測量的表面區(qū)域vo的區(qū)域內(nèi)捕捉的熱圖像形式的空間溫度分布otv的放大的示例性時間輪廓zv。

熱傳感工具3可用來隨著時間對在通過輻射加熱的點bo周圍的區(qū)域中的測量的對象po的表面溫度進行檢測。在圖2中，在左手邊使用已在特定點處被加熱的測量的對象po繪示此情況。

通過在時間t1、t2、t3、t4以及t5處以二維方式捕捉的熱圖像繪示空間溫度分布otv的時間輪廓zv，其繪示于圖2的右手邊。

特別是在具有相對于熱傳感器工具3的熱分辨率的非常小的溫度增長的情況下，存在如下問題：測量的熱分布被其噪聲疊加。借助于顏色編碼的溫度分布可在圖2中容易看出此情況。

代替點bo，借助于光學器件(衍射光學元件-doe)，可同時地或--由掃描儀所作出--逐一地將多個點bo映射至測量的對象上。隨后必須針對每個圖像單獨地執(zhí)行熱檢測，或在距熱的作用足夠小的時間距離處實現(xiàn)熱檢測。

圖3展示暫時偏移位置/溫度輪廓otv形式的空間溫度分布otv的示例性時間輪廓zv。位置/溫度輪廓otv指示以一維方式(即在x方向)在時間t1、t2、t3、t4以及t5處的溫度分布。

在左手邊，圖4展示在具有大的壁wa的厚度dw的測試對象po的局部俯視圖中的示例性溫度分布，以及在右手邊展示在具有較小的壁wa的厚度dw的測試對象po的局部俯視圖中的示例性溫度分布。在各種情況中以等溫線it1、it2、it3(即相同溫度的線)繪示溫度分布。

可從圖4中清晰地看出，除壁wa的厚度dw降低之外，其他所有保持不變，將導致等溫線在x方向(即與表面of平行)延伸跨越更大的區(qū)域。

歸因于熱傳導，熱能在測量的對象內(nèi)傳播，其可借助于在表面of處的變化的熱分布進行檢測。以在幾秒的范圍內(nèi)的溫度分布otv的時間輪廓在圖2的右手邊對此進行展示。對于厚的和薄的壁wa，在圖4中繪示兩種傳播變形。因此，考慮在深度方向上無限延伸的且具有高導熱性的體積(volume)，在深度的方向(即z方向)以及在橫向的方向(即x方向)上傳播，并且在扁平體積的情況下，實質(zhì)上是在橫向方向上傳播。借助于時間輪廓和/或在特定限定的時間點上的熱分布，可借助于一貫的高等級的熱傳導確定測量的對象po的壁wa的厚度dw和/或本體的形狀。

各種影響因素(測量的對象的溫度以及環(huán)境溫度、空氣流動和/或環(huán)境的輻射以及測量的對象的特定的熱容量和導熱性)確定初始熱輸入、測量開始處的溫度、測量的對象po內(nèi)的熱的傳播以及(因此)可在表面of上識別的空間溫度分布otv的時間輪廓之間的關(guān)聯(lián)。輻射率定義了實際表面溫度和在熱成像攝像機的波長范圍內(nèi)的識別的輻射之間的關(guān)聯(lián)。

圖5展示所發(fā)明的熱成像檢驗工具1的第二實施例的示意性俯視圖以及放大表示的測試對象po的相關(guān)示意性主視圖。

根據(jù)本發(fā)明的尤其有益的另一開發(fā)，加熱工具2用于以同時的或時間重疊的方式將熱能施加至多個待加熱的表面區(qū)域bo1、bo2，熱傳感器工具3用于以同時的或時間重疊的方式在測試對象po的多個待測量的表面區(qū)域vo1、vo2上對在熱能的施加之后的空間溫度分布的那些時間輪廓進行檢測，待測量的表面區(qū)域vo1、vo2各自包括待加熱的表面區(qū)域bo1、bo2中的一個以及鄰近于各個待加熱的表面區(qū)域bo1、bo2的一個外部表面區(qū)域ao1、ao2；以及其中評估工具4用于以同時的或時間重疊的方式對空間溫度分布的時間輪廓進行評估，從而以同時的或時間重疊的方式對多個待測量的表面區(qū)域vo1、vo2處的近表面結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)dw進行檢測。

“同時”在此應(yīng)意味著各個事件開始于相同的時間點且結(jié)束于相同的時間點。此外，“時間重疊”被理解為意味著后一事件開始于前一事件的開始和結(jié)束之間。

在本發(fā)明的此另一開發(fā)的上下文中，可能在短時間內(nèi)對多個表面區(qū)域vo1、vo2進行檢驗。

如果加熱工具2用于發(fā)出電磁波ew，加熱工具2可包括光學器件5，其將生成的電磁波ew聚焦于多個待加熱的表面區(qū)域bo1、bo2上。

圖6展示所發(fā)明的熱成像檢驗工具1的第三實施例的示意性俯視圖以及放大表示的測試對象po的相關(guān)示意性主視圖。在圖6中，將加熱裝置2、熱傳感器工具3以及傾角檢測工具6繪示于一個平面內(nèi)。此僅歸因于與繪圖相關(guān)的原因?，F(xiàn)實中，更有利的是(例如)加熱裝置2和熱傳感器工具3跨越第一平面，并且熱傳感器工具3和傾角檢測工具6跨越第二平面，這些平面相對于彼此以合適的角度布置。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，評估工具4用于在對空間溫度分布的時間輪廓進行評估時考慮待測量的表面區(qū)域vo關(guān)于熱傳感器工具3的光軸oa的傾角ne的空間輪廓。

為了測試對象po內(nèi)的熱流量的準確的評估，沿表面of確定溫度分布是必要的。然而，歸因于透視變形，例如由于熱傳感器工具3的光學性質(zhì)，不可能直接沿表面確定溫度分布。特別地，當熱傳感器工具3的視線(即光軸oa)不垂直地入射至各個測量點時此適用，這(特別地)在利用關(guān)于垂直于光軸oa布置的平面而傾斜的測試對象po的平面表面of的情況下，或在利用至少在一些區(qū)域中關(guān)于垂直于光軸oa布置的平面而明顯地傾斜的測試對象po的彎曲表面of的情況下是如此。

此外，使用傾斜的以及尤其使用彎曲的表面of，產(chǎn)生的問題在于待加熱的表面區(qū)域bo的大小及形狀可能取決于表面of的傾斜度和/或曲率，以使得針對各個表面區(qū)域的熱量也改變。

通過考慮待測量的表面區(qū)域vo相對于熱傳感工具3的光軸oa的傾角ne的空間輪廓，可對歸因于透視變形的誤差以及歸因于針對表面區(qū)域的熱量的變化的誤差進行補償。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，對加熱裝置2進行配置以使得熱能至測試對象po的待加熱的表面區(qū)域bo的施加可依據(jù)傾角ne的空間輪廓而實現(xiàn)。

因此，可能根據(jù)傾角ne的空間輪廓使得熱量的輸入遭受開環(huán)或閉環(huán)控制。例如，加熱裝置2的功率或加熱裝置2的運行持續(xù)時間可能遭受開環(huán)或閉環(huán)控制。以此方式，可以避免的是，在待加熱的表面區(qū)域bo幾乎垂直于熱施加的方向的情況下的測試對象po的局部過熱以及(另一方面)在待加熱的表面區(qū)域ob幾乎平行于熱施加的方向的情況下的測試對象po的不可估計的小的熱量。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，熱成像檢驗工具1包括用于對傾角ne的空間輪廓進行檢測的傾角檢測工具6。例如，傾角檢測工具6可包括激光區(qū)段攝像機6。借助于光學激光區(qū)段攝像機6，歸因于借助于加熱工具2的已知光路的三角測量，可輕易地確定測試對象po的入射點的位置和表面of的曲率以及定向。可將激光區(qū)段攝像機6調(diào)諧至加熱工具2的譜。

為此，待加熱的表面區(qū)域的位置可被用來實現(xiàn)其準確定位。如果需要，可借助于用來加熱的激光或借助于單獨的激光生成附加線，從而增加覆蓋面積并因此增加分辨率。換言之，可首先以高分辨率從加熱過程單獨地對傾角ne的空間輪廓進行檢測，在此情況下，待加熱的表面區(qū)域bo可作為用于使得傾角ne的空間輪廓及空間溫度分布otv相一致的參考。

以此方式，對具有復雜的外部形狀的測試對象進行檢驗也是有可能的而無需明確已知所述形狀。

圖7展示用于生產(chǎn)校準體的鑄造模具的示意性三維表示以及借助于鑄造模具生產(chǎn)的校準體的示意性三維表示。

根據(jù)本發(fā)明的有益的另一開發(fā)，熱成像檢驗工具1包括用于生產(chǎn)校準體8(特別是楔形的校準體8)的鑄造模具7。借助于照射輸入的熱依賴于功率的譜和空間分布且依賴于源所照射的表面面積以及依賴于表面的反射和/或吸收系數(shù)。歸因于許多影響因素且歸因于其幅值有時是變化的或難以識別的事實，布置1的校準先于對近表面結(jié)構(gòu)進行檢驗是有益的。為此，可使用具有可被識別的具有從較低到較高的值變化的已知厚度d1和d2的楔形形狀且已從與測量的對象po相同的材料生產(chǎn)的校準體8。所提供的鑄造模具7能夠容易地生產(chǎn)與各個測試對象po對應(yīng)的校準體8。

鑄造模具7包括底部9，底部9包含狹縫10并沿著校準體8的厚度d變化的方向延伸。此外，鑄造模具7具有四個側(cè)壁11以及用于狹縫10的封罩12。鑄造模具7在頂部開口，以使得當狹縫10被封罩12封閉時可填充以可鑄材料。一旦可鑄材料凝固，可移除封罩12，以使得校準體8的下側(cè)暴露于狹縫10的區(qū)域中。此時，仍位于鑄造模具7內(nèi)的校準體8可用來校準，因為在狹縫10的區(qū)域中的校準體8內(nèi)的溫度傳播實質(zhì)上不受鑄造模具7的影響。標記13用來在校準期間定位校準體8。

圖7中繪示的鑄造模具7用于從可鑄材料生產(chǎn)校準體8。對模具7進行配置，以使得封罩12是可移除的，從而使得校準體8暴露于狹縫10之上。借助于標記13，可沿著標記13之間的直連接線從外部讀出狹縫10的中心的位置以及校準體8的厚度，并在校準時對其進行考慮。為了識別光學參數(shù)，校準體8繞著合適的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。以此方式，可以確定表面性質(zhì)對測量過程的影響。

附圖標記：

1熱成像檢驗工具

2加熱裝置

3熱傳感器工具

4評估工具

5分束器

6傾角檢測工具

7鑄造模具

8校準體

9底部

10狹縫

11側(cè)壁

12封罩

13標記

po測試對象

of表面

bo待加熱的表面區(qū)域

vo待測量的表面區(qū)域

ao待測量的外部表面區(qū)域

dw測試對象的壁厚

eb檢測區(qū)域

oa光軸

wa壁

ew電磁波

zv空間溫度分布的時間輪廓

otv空間溫度分布

d校準體的厚度

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