Non-Destructive Testing of Composite Helmets Using Ultrasonic Thermography

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_258/15

send Waldemar Świderski Military Institute of Armament Technology, Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka

Download Article

Abstract

Due to the shape and material of composite helmets, ultrasonic thermography is the most effective method of detecting subsurface defects using non-destructive testing methods. This method was created by combining the ultrasonic method with infrared thermography. Ultrasonic waves flowing through the tested material cause vibrations at the edges of material discontinuities, which results in heat release. A thermal camera is used to locate places on the surface of the helmet with elevated temperature. Defects are located in these places. Since changes in temperature above defects often do not exceed the noise level, various methods of image processing (thermograms) are used to improve the effectiveness of detecting defects. The article presents the results of tests of composite helmets with intentionally introduced defects and helmets after many years of use. It also shows the possibilities of improving the results of defect detection using various image processing methods.

Keywords

aramid fibers, composite helmet, image processing, non-destructive testing, ultrasonic thermography

Badania nieniszczące hełmów kompozytowych z wykorzystaniem termografii ultradźwiękowej

Streszczenie

Ze względu na kształt i materiał, z którego wykonane są hełmy kompozytowe, termografia ultradźwiękowa jest najskuteczniejszą metodą wykrywania wad podpowierzchniowych przy użyciu metod badań nieniszczących. Metoda ta została stworzona poprzez połączenie metody ultradźwiękowej z termografią w podczerwieni. Fale ultradźwiękowe przepływające przez badany materiał powodują drgania na krawędziach nieciągłości materiału, co powoduje wydzielanie ciepła. Kamera termowizyjna służy do lokalizowania miejsc na powierzchni hełmu o podwyższonej temperaturze. W tych miejscach znajdują się wady. Ponieważ zmiany temperatury powyżej wad często nie przekraczają poziomu szumu, stosuje się różne metody przetwarzania obrazu (termogramu) w celu poprawy skuteczności wykrywania wad. Artykuł przedstawia wyniki badań hełmów kompozytowych z celowo wprowadzonymi wadami oraz hełmów po wieloletnim użytkowaniu. Pokazuje również możliwości poprawy wyników wykrywania wad przy użyciu różnych metod przetwarzania obrazu.

Słowa kluczowe

badania nieniszczące, hełmy kompozytowe, przetwarzanie obrazów, termografia ultradźwiękowa, włókna aramidowe

Bibliography

  1. Hong Y., Miao P., Zhang Z., Zhang Shu-yi., Ji X., Installation and application of ultrasonic infrared thermography, “Acoustical Science and Technology”, Vol. 25, No. 1, 2004, 77–80, DOI: 10.1250/ast.25.77.
  2. Favro L.D., Han X., Li L., Ouyang Z., Sun G., Thomas R.L., Richards A., Thermosonic imaging of cracks and delaminations, “Progress in Natural Sciences”, Vol. 11 (Suppl.), 2001, 133–136.
  3. Choi M., Kang K., Lee S., Fatigue Crack Detection by Ultrasound Infrared Thermography, 17th World Conference on Nondestructive Testing, Special Issue of “e-Journal of Nondestructive Testing”, Vol. 13, No. 11, 2008.
  4. Fernandes H., Ibarra-Castanedo C., Zhang H., Maldague X., Thermographic Non-destructive Evaluation of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Plates After Tensile Testing, “Journal of Nondestructive Evaluation”, Vol. 34, 2015, DOI: 10.1007/s10921-015-0303-y.
  5. Świderski W., Non-destructive testing of fibre-reinforced composites by infrared thermography methods, Monograph, Wydawnictwo Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia, Zielonka 2022, ISBN 978-83-962484-3-5.
  6. Pracht M., Świderski W., Non-destructive evaluation of composite helmets by ultrasonic IR thermography, Proceedings of 8th International Conference on Mechanics and Materials in Design, Bologna, 2019, 33–34.
  7. Świderski W., Pracht M., Non-Destructive Evaluation of Composite Helmets Using IR Thermography and Ultrasonic Excitation, “Pomiary Automatyka Robotyka”, Vol. 25, No. 4, 2021, 23–26, DOI: 10.14313/PAR_242/89.
  8. Hlosta P., Pracht M., Świderski W., Processing infrared (IR) images in non-destructive testing multilayer aramide composite by IR thermography methods, 12th ECNDT, Session: Thermography and Thermosonics Applications, Gothenburg, Sweden 2018.
  9. Cichocki A., Unbehauen R., Neural Networks for Optimization and Signal Processing, Wiley, New York, 1993
  10. Hermosilla-Lara S., Joubert P.-I., Placko D., Lepoutre F., Piriou M., Enhancement of open-cracks detection using a principal component analysis/wavelet technique in photothermal nondestructive testing, International Conference: 2002 Quantitative InfraRed Thermography, Dubrovnik (Croatia), 2002, 12–13, DOI: 10.21611/qirt.2002.002.
  11. Vavilov V.P., Burleigh D.D., Review of pulsed thermal NDT: Physical principles, theory and data processing, “NDT & E International”, Vol. 73, 2015, 28–52, DOI: 10.1016/j.ndteint.2015.03.003.
  12. Białoszewski J.T., Wavelets and approximations, WNT, Warszawa, 2000 (in Polish).