[發(fā)明專利]基于紅外熱成像的涂層厚度檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810112679.1
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108413882B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白利兵;何棱云;于海超;程玉華;田露露;張睿恒;陳雪
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平;陳靚靚

本發(fā)明公開了一種基于紅外熱成像的涂層厚度檢測方法，收集一系列涂層厚度不同、基底厚度相同的標(biāo)準(zhǔn)試件，分別采用加熱設(shè)備對每個標(biāo)準(zhǔn)試件涂層面進(jìn)行持續(xù)加熱，采集獲得涂層面的紅外熱圖像序列，從中提取出表面溫度變化曲線，獲取從開始加熱至曲線斜率達(dá)到預(yù)設(shè)閾值K的時間，結(jié)合對應(yīng)的涂層厚度擬合得到時間?涂層厚度曲線，當(dāng)需要對被測試件進(jìn)行涂層厚度檢測時，采用相同方法獲取被測試件從開始加熱至曲線斜率達(dá)到預(yù)設(shè)閾值K的時間，從時間?涂層厚度曲線搜索得到待測試件的涂層厚度。本發(fā)明簡單易行，對測試對象和測試設(shè)備要求較低，檢測時所需時間較少，檢測準(zhǔn)確率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涂層厚度檢測技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于紅外熱成像的涂層厚度檢測方法。

背景技術(shù)

目前國內(nèi)外用于涂層厚度檢測的檢測技術(shù)可分為無損檢測技術(shù)與有損檢測技術(shù)。有損檢測技術(shù)有掃描電鏡觀察法、金相法等，無損檢測技術(shù)有超聲檢測法、紅外熱波檢測法等。

掃描電鏡觀察法通過電鏡對試件截面區(qū)域進(jìn)行元素組成成分及含量的分析，金相法通過電子顯微鏡觀察試件界面的厚度值，這兩種方法都必須破壞試件本身，屬于有損檢測方法。

超聲檢測技術(shù)應(yīng)用在涂層厚度檢測上的主要原理是依據(jù)超聲波的傳播特性，經(jīng)耦合劑傳播到目標(biāo)表面向內(nèi)傳播，遇到不同密度介質(zhì)界面處會產(chǎn)生回波，分析回波并提取出與涂層厚度有關(guān)系的特征。超聲檢測法一般具有500μm的檢測盲區(qū)，金屬基底板層之間或?qū)觾?nèi)部存在的銹蝕導(dǎo)致干擾回波，都是超聲檢測技術(shù)應(yīng)用在涂層厚度檢測上的難題。

紅外無損檢測技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，通過主動對被測物品進(jìn)行熱激勵，使用紅外熱像儀采集物品表面的熱圖像，通過對熱圖像的分析提取溫度信息，輔以圖像處理技術(shù)對熱波信號進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)對物體厚度或缺陷進(jìn)行定性或定量分析。

目前紅外無損檢測技術(shù)在涂層厚度檢測的應(yīng)用上主要是渦流測厚法，但該方法具有較大的局限性，要求基底為非鐵磁性金屬材料，涂層為非導(dǎo)電材料。S.Mezghani等在《Evaluation of paint coating thickness variations based on pulsed Infraredthermography laser technique》(Infrared PhysicsTechnology 76(2016)393–401)中通過對涂層結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行激光脈沖激勵，提取出與溫度下降時間相關(guān)參數(shù)，該參數(shù)與涂層厚度的關(guān)系不受激勵時間與基底厚度影響，但無法證明該關(guān)系的理論依據(jù)及是否適用于一般涂層結(jié)構(gòu)物體。Jin-Yu Zhang等在《A new measurement method of coatingsthickness based on lock-in thermography》(Infrared PhysicsTechnology 76(2016)655–660)中通過對涂層結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行鎖相熱波激勵，發(fā)現(xiàn)在不同激勵頻率下，相位差與涂層厚度總是呈現(xiàn)某種趨勢，以此趨勢可用于測量厚度，但精度不高，且設(shè)備過于昂貴。唐慶菊等在專利《光脈沖紅外熱成像測量涂層厚度的方法》(申請?zhí)?01310455288)中使用兩種不同強(qiáng)度的脈沖激勵對試件進(jìn)行加熱，將采集到的熱圖幀與相應(yīng)計(jì)算公式結(jié)合以求出涂層厚度，但該方法基于熱圖幀處理，易受周圍環(huán)境影響，且對激勵源要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于紅外熱成像的涂層厚度檢測方法，實(shí)現(xiàn)普適性較佳、成本較低且準(zhǔn)確率較高的快速涂層厚度檢測。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于紅外熱成像的涂層厚度檢測方法包括以下步驟：

S1：收集一系列涂層厚度不同、基底厚度相同的標(biāo)準(zhǔn)試件，記每個標(biāo)準(zhǔn)試件的涂層厚度為d_n，n＝1,2,…,N，N表示標(biāo)準(zhǔn)試件數(shù)量；

S2：對于每個標(biāo)準(zhǔn)試件，分別采用加熱設(shè)備對標(biāo)準(zhǔn)試件涂層面進(jìn)行持續(xù)加熱，同時采用紅外熱像儀對標(biāo)準(zhǔn)試件的涂層面采集從開始加熱時刻至溫度穩(wěn)定上升階段的紅外熱圖像，獲得紅外熱圖像序列；