[发明专利]一种热防护结构脱粘缺陷检测方法及其检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速飞行器刚性隔热瓦热防护系统脱粘缺陷的检测方法，尤其涉及一种利用激光错位散斑技术对高速飞行器刚性隔热瓦热防护系统脱粘缺陷进行检测的方法。

背景技术

刚性隔热瓦热防护系统是一种由隔热瓦、应变隔离垫、基体粘接形成的多层粘接结构，此类结构广泛应用于高超声速飞行器，其可承受的最高温度为1260℃。为有效发挥其防热作用，以保障飞行器的安全可靠性，此类结构的粘接质量和完整性有较高要求。在此类结构的制造过程中容易产生脱粘缺陷，脱粘缺陷的存在将影响热防护系统的性能，最终可能导致严重后果。无损检测是发现此类结构脱粘缺陷的关键手段，开展有效准确的无损检测工作是保证胶接结构质量的关键。

隔热瓦/毡多层胶接结构的特殊性对无损检测技术提出了非接触检测要求。目前广泛采用的无损检测技术在此类结构检测方面存在若干问题，如常规超声检测技术会因耦合剂而污染结构表面，并且难以检出深层界面脱粘；射线检测技术在使用过程中需要进行特殊的辐射防护；渗透检测、磁粉检测和涡流检测等技术也都不适用于隔热瓦/毡多层胶接结构脱粘缺陷的检测。因此，需要选用一种新型的无损检测技术，为保证隔热瓦/毡结构的粘接质量提供有效的手段。

激光错位散斑检测技术是一种新型的无损检测技术，具有完全非接触、检测效率高等特点。上世纪90年代，美国已将其用于航天飞机外挂燃料箱喷射泡沫绝热材料粘接结构中脱粘缺陷的检测。目前国内在激光错位散斑检测技术研究方面仅局限于实验室阶段，中航工业北京航空材料研究院引进美国LTI-5100HD激光错位散斑检测系统，并将其用于金属蜂窝结构中蒙皮脱粘缺陷的检测；上海市应用数学和力学研究所将激光错位散斑检测技术用于橡胶与钢板之间粘接质量的检测，成功检测出其中的脱粘缺陷，以及胶层的不均匀性。

目前，检测隔热瓦与应变隔离垫之间脱粘缺陷的方法主要有两种：1.超声检测，在隔热瓦表面涂抹液态耦合剂，之后使用超声换能器在隔热瓦表面逐点扫描，由于应变隔离垫对声波的吸收衰减作用很强，当隔热瓦与应变隔离垫粘接良好时，超声换能器传入隔热瓦的超声波大多透过粘接界面传入应变隔离垫并逐渐衰减，超声换能器接收到的反射波信号非常微弱；当隔热瓦与应变隔离垫之间存在脱粘缺陷时，脱粘间隙中的空气层与隔热瓦声阻抗差异很大，超声换能器传入隔热瓦的超声波大多被反射回来，超声换能器接收到的反射信号较强，以此作为判断脱粘缺陷存在与否的标志。由于隔热瓦检测不允许使用耦合剂，因此超声检测技术不适用。2.太赫兹检测，从隔热瓦外侧照射太赫兹波，利用脱粘界面对太赫兹波较强的反射作用可实现多隔热瓦与应变隔离垫之间脱粘缺陷的检测。由于太赫兹检测系统非常昂贵，并且技术很不成熟，因此太赫兹检测技术不适用。

发明内容

为了解决现有无损检测技术不能检测高速飞行器隔热瓦与应变隔离垫之间脱粘缺陷的技术问题，本发明提供了一种基于激光错位散斑的热防护结构脱粘缺陷检测方法，该方法利用激光错位散斑技术来检测热防护结构脱粘缺陷，不需要使用耦合剂，造价较低，而且能够精准的检测出脱粘缺陷，非常适合检测热防护结构脱粘缺陷。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热防护结构脱粘缺陷检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，在试块的表面标识出相距为δx的P₁和P₂两点；

步骤2，用迈克尔逊干涉光路实现P₁和P₂两点图像错位使得P₁和P₂两点在CCD相机成像平面上照射到同一个点P；

步骤3，获得试块初始状态的散斑场相位分布图φ(x,y)

用激光照射在试块表面上，P₁和P₂两点在CCD相机成像平面相互干涉并产生散斑图，散斑图中任意像素点的光强表示为：

I₁(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)]

式中，a(x,y)是背景光强，b(x,y)是散斑图调制幅值；

光强I₁可通过CCD相机获得，上式中仍然有a、b和相位φ三个量未知，因此分别使参考光光程变化90°、180°和270°，得到三副新的散斑图，分别得到这三幅新的散斑图中任意像素点的光强表示为：