[发明专利]基于红外热成像的涂层厚度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于红外热成像的涂层厚度检测方法，收集一系列涂层厚度不同、基底厚度相同的标准试件，分别采用加热设备对每个标准试件涂层面进行持续加热，采集获得涂层面的红外热图像序列，从中提取出表面温度变化曲线，获取从开始加热至曲线斜率达到预设阈值K的时间，结合对应的涂层厚度拟合得到时间‑涂层厚度曲线，当需要对被测试件进行涂层厚度检测时，采用相同方法获取被测试件从开始加热至曲线斜率达到预设阈值K的时间，从时间‑涂层厚度曲线搜索得到待测试件的涂层厚度。本发明简单易行，对测试对象和测试设备要求较低，检测时所需时间较少，检测准确率较高。

技术领域

本发明属于涂层厚度检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于红外热成像的涂层厚度检测方法。

背景技术

目前国内外用于涂层厚度检测的检测技术可分为无损检测技术与有损检测技术。有损检测技术有扫描电镜观察法、金相法等，无损检测技术有超声检测法、红外热波检测法等。

扫描电镜观察法通过电镜对试件截面区域进行元素组成成分及含量的分析，金相法通过电子显微镜观察试件界面的厚度值，这两种方法都必须破坏试件本身，属于有损检测方法。

超声检测技术应用在涂层厚度检测上的主要原理是依据超声波的传播特性，经耦合剂传播到目标表面向内传播，遇到不同密度介质界面处会产生回波，分析回波并提取出与涂层厚度有关系的特征。超声检测法一般具有500μm的检测盲区，金属基底板层之间或层内部存在的锈蚀导致干扰回波，都是超声检测技术应用在涂层厚度检测上的难题。

红外无损检测技术兴起于20世纪80年代，通过主动对被测物品进行热激励，使用红外热像仪采集物品表面的热图像，通过对热图像的分析提取温度信息，辅以图像处理技术对热波信号进行解析，实现对物体厚度或缺陷进行定性或定量分析。

目前红外无损检测技术在涂层厚度检测的应用上主要是涡流测厚法，但该方法具有较大的局限性，要求基底为非铁磁性金属材料，涂层为非导电材料。S.Mezghani等在《Evaluation of paint coating thickness variations based on pulsed Infraredthermography laser technique》(Infrared PhysicsTechnology 76(2016)393–401)中通过对涂层结构试件进行激光脉冲激励，提取出与温度下降时间相关参数，该参数与涂层厚度的关系不受激励时间与基底厚度影响，但无法证明该关系的理论依据及是否适用于一般涂层结构物体。Jin-Yu Zhang等在《A new measurement method of coatingsthickness based on lock-in thermography》(Infrared PhysicsTechnology 76(2016)655–660)中通过对涂层结构试件进行锁相热波激励，发现在不同激励频率下，相位差与涂层厚度总是呈现某种趋势，以此趋势可用于测量厚度，但精度不高，且设备过于昂贵。唐庆菊等在专利《光脉冲红外热成像测量涂层厚度的方法》(申请号201310455288)中使用两种不同强度的脉冲激励对试件进行加热，将采集到的热图帧与相应计算公式结合以求出涂层厚度，但该方法基于热图帧处理，易受周围环境影响，且对激励源要求较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于红外热成像的涂层厚度检测方法，实现普适性较佳、成本较低且准确率较高的快速涂层厚度检测。

为实现上述发明目的，本发明基于红外热成像的涂层厚度检测方法包括以下步骤：

S1：收集一系列涂层厚度不同、基底厚度相同的标准试件，记每个标准试件的涂层厚度为d_n，n＝1,2,…,N，N表示标准试件数量；

S2：对于每个标准试件，分别采用加热设备对标准试件涂层面进行持续加热，同时采用红外热像仪对标准试件的涂层面采集从开始加热时刻至温度稳定上升阶段的红外热图像，获得红外热图像序列；