[發明專利]一種熱柵格掃描熱成像無損檢測方法

有效

• 申請號: 201910325240.1
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110044963B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 張偉旭;曲直;張家宬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/72
• 分類號: G01N25/72
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種熱柵格掃描熱成像無損檢測方法，通過熱像儀記錄柵格熱源在薄膜表面形成的穩態熱波的溫度信號，對薄膜內部的水平和豎直方向的裂紋進行檢測；本發明的檢測方法，降低了對熱像儀采樣頻率和信號靈敏度的要求，受薄膜表面的各種缺陷干擾少，比如表面顏色、表面元素分布等，對熱像儀信號的靈敏度要求低，尤其適用于對可以承受高溫的薄膜。

技術領域

本發明屬于紅外無損檢測技術領域，具體涉及一種適用于薄膜的熱柵格掃描熱成像無損檢測方法。

背景技術

薄膜結構在工業、科研、生活等各方面有廣泛應用，是一種十分重要的基本結構。半導體行業，比如芯片中含有大量的膜結構；顯示屏主要是薄膜結構，當今快速發展的柔性電子概念，也主要由柔性薄膜組成；航空發動機、燃氣輪機高溫葉片等關鍵部件都由熱障涂層進行熱防護，此外還有各種環境障礙涂層等都是典型的薄膜結構。生活中空氣凈化，水凈化等都由有各種滲透膜結構，此外家具的油漆，以及建筑的墻皮等都是典型的薄膜結構。

在影響材料和構件質量及安全性的諸多因素中，表面裂紋的危害性極大，而隱藏在材料內部的近表面裂紋往往又是致命裂紋的起點，具有極大的危險性和隱蔽性。在不損傷材料的前提下，常規的無損檢測方法一般只能檢測水平方向上的裂紋(如脫粘)，而對檢測豎直方向上的裂紋(如開裂)則無能為力。而且，熱波檢測中，探測深度與波長相關，要想探測更小的缺陷，就要提高探測頻率，這對于大多數紅外熱像儀來說，超出了其有效采樣頻率。因此如何檢測深度極淺的近表面裂紋一直是各領域共同關注的重要問題。

目前的常規無損檢測方法主要有電渦流、超聲波、X射線等方法。但由于各種膜結構材料性質，應用環境的差異，導致這些方法在技術上有很多限制，普遍存在技術通用性差，精度低，對設備要求高等特點。電渦流檢測，靈敏度高，但是只能用于檢測導電基體上的薄膜，而且需要長時間逐點掃描，效率低，應用范圍有限。超聲波方法通用性強，但是檢測薄膜材料時精度低，仍然需要逐點掃描，效率低。X射線方法檢測精度高，但設備龐大，通用性極差。相比其他檢測方法，熱波檢測方法具有通用性強的特點。熱波可以在各種材料中傳播，熱波遇缺陷和界面后，會在缺陷或者界面處反射，最終對入射面的熱信號形成影響，通過熱像儀檢出。通過分析熱像儀的拾取信號，最終分析出缺陷的存在和位置，這是熱波檢測的基本原理。在各種檢測方法中，紅外熱波檢測方法具有的諸多優點，使其在薄膜裂紋檢測中可以發揮重要作用。

常用的熱波檢測方法中，產生熱源的方法可以分為面熱源，線熱源、和點熱源。面熱源通過加熱燈對整個薄膜加熱，控制光源的亮暗可以在表面形成均勻熱波，熱波垂直薄膜表面向內傳播。線熱源，主要通過激光在薄膜表面形成一束光斑，光斑在表面移動，形成一個水平移動的熱波，通過熱像儀檢測延遲信號，來進行厚度測量。點熱源方法也類似。目前已有的熱波檢測方法，大多要求熱像儀采樣頻率較高，以實現對時間信號的精確區分。面熱源方法面臨同樣的對熱像儀性能的嚴格要求。而點熱源方法單次探測面積小，檢測耗時長。激光線掃描方法雖然對熱像儀要求相對較低，但對信號的靈敏度反而提出了更高要求。雖然可以通過提高激光功率的辦法增強信號，但是高功率的激光有可能造成表面損傷，在很多材料上不能應用。以上方法共同面臨的技術問題是，當薄膜厚度很薄時，對熱像儀采樣頻率或者信號靈敏度有極高的要求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于，提供一種熱柵格掃描熱成像無損檢測方法及其應用，克服現有熱波檢測方法對熱像儀的采樣頻率或信號靈敏度有極高的要求的缺陷及對于豎直方向裂紋無法有效檢測的難題。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種熱柵格掃描熱成像無損檢測方法，，通過熱像儀記錄柵格熱源在薄膜表面形成的穩態熱波的溫度信號，對薄膜內部的水平和豎直方向的裂紋進行檢測；

該方法具體包括以下步驟：