[發明專利]一種熱防護結構脫粘缺陷檢測方法及其檢測系統

在審

• 申請號: 201610184701.4
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105758868A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 楊揚;周正干;何偉
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高速飛行器剛性隔熱瓦熱防護系統脫粘缺陷的檢測方法，尤其涉及一種利用激光錯位散斑技術對高速飛行器剛性隔熱瓦熱防護系統脫粘缺陷進行檢測的方法。

背景技術

剛性隔熱瓦熱防護系統是一種由隔熱瓦、應變隔離墊、基體粘接形成的多層粘接結構，此類結構廣泛應用于高超聲速飛行器，其可承受的最高溫度為1260℃。為有效發揮其防熱作用，以保障飛行器的安全可靠性，此類結構的粘接質量和完整性有較高要求。在此類結構的制造過程中容易產生脫粘缺陷，脫粘缺陷的存在將影響熱防護系統的性能，最終可能導致嚴重后果。無損檢測是發現此類結構脫粘缺陷的關鍵手段，開展有效準確的無損檢測工作是保證膠接結構質量的關鍵。

隔熱瓦/氈多層膠接結構的特殊性對無損檢測技術提出了非接觸檢測要求。目前廣泛采用的無損檢測技術在此類結構檢測方面存在若干問題，如常規超聲檢測技術會因耦合劑而污染結構表面，并且難以檢出深層界面脫粘；射線檢測技術在使用過程中需要進行特殊的輻射防護；滲透檢測、磁粉檢測和渦流檢測等技術也都不適用于隔熱瓦/氈多層膠接結構脫粘缺陷的檢測。因此，需要選用一種新型的無損檢測技術，為保證隔熱瓦/氈結構的粘接質量提供有效的手段。

激光錯位散斑檢測技術是一種新型的無損檢測技術，具有完全非接觸、檢測效率高等特點。上世紀90年代，美國已將其用于航天飛機外掛燃料箱噴射泡沫絕熱材料粘接結構中脫粘缺陷的檢測。目前國內在激光錯位散斑檢測技術研究方面僅局限于實驗室階段，中航工業北京航空材料研究院引進美國LTI-5100HD激光錯位散斑檢測系統，并將其用于金屬蜂窩結構中蒙皮脫粘缺陷的檢測；上海市應用數學和力學研究所將激光錯位散斑檢測技術用于橡膠與鋼板之間粘接質量的檢測，成功檢測出其中的脫粘缺陷，以及膠層的不均勻性。

目前，檢測隔熱瓦與應變隔離墊之間脫粘缺陷的方法主要有兩種：1.超聲檢測，在隔熱瓦表面涂抹液態耦合劑，之后使用超聲換能器在隔熱瓦表面逐點掃描，由于應變隔離墊對聲波的吸收衰減作用很強，當隔熱瓦與應變隔離墊粘接良好時，超聲換能器傳入隔熱瓦的超聲波大多透過粘接界面傳入應變隔離墊并逐漸衰減，超聲換能器接收到的反射波信號非常微弱；當隔熱瓦與應變隔離墊之間存在脫粘缺陷時，脫粘間隙中的空氣層與隔熱瓦聲阻抗差異很大，超聲換能器傳入隔熱瓦的超聲波大多被反射回來，超聲換能器接收到的反射信號較強，以此作為判斷脫粘缺陷存在與否的標志。由于隔熱瓦檢測不允許使用耦合劑，因此超聲檢測技術不適用。2.太赫茲檢測，從隔熱瓦外側照射太赫茲波，利用脫粘界面對太赫茲波較強的反射作用可實現多隔熱瓦與應變隔離墊之間脫粘缺陷的檢測。由于太赫茲檢測系統非常昂貴，并且技術很不成熟，因此太赫茲檢測技術不適用。

發明內容

為了解決現有無損檢測技術不能檢測高速飛行器隔熱瓦與應變隔離墊之間脫粘缺陷的技術問題，本發明提供了一種基于激光錯位散斑的熱防護結構脫粘缺陷檢測方法，該方法利用激光錯位散斑技術來檢測熱防護結構脫粘缺陷，不需要使用耦合劑，造價較低，而且能夠精準的檢測出脫粘缺陷，非常適合檢測熱防護結構脫粘缺陷。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種熱防護結構脫粘缺陷檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，在試塊的表面標識出相距為δx的P₁和P₂兩點；

步驟2，用邁克爾遜干涉光路實現P₁和P₂兩點圖像錯位使得P₁和P₂兩點在CCD相機成像平面上照射到同一個點P；

步驟3，獲得試塊初始狀態的散斑場相位分布圖φ(x,y)

用激光照射在試塊表面上，P₁和P₂兩點在CCD相機成像平面相互干涉并產生散斑圖，散斑圖中任意像素點的光強表示為：

I₁(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)]

式中，a(x,y)是背景光強，b(x,y)是散斑圖調制幅值；

光強I₁可通過CCD相機獲得，上式中仍然有a、b和相位φ三個量未知，因此分別使參考光光程變化90°、180°和270°，得到三副新的散斑圖，分別得到這三幅新的散斑圖中任意像素點的光強表示為：