[发明专利]一种基于面阵脉冲激光激励检测热障涂层面的装置及方法

说明书

本发明公开的是一种基于面阵脉冲激光激励检测热障涂层面的装置及方法，该装置包括面阵脉冲激光、红外热像仪、工控计算机、丝杆、滑轨、板材夹持器、红外热像仪夹持器、人机交互界面、散热风箱和开关。该方法采用低功率的面阵脉冲激光对待测涂层零件进行热激励，对象为小尺寸涂层零件，通过红外热像仪采集待测涂层零件的温度信息，在计算机中拟合表面温度变化函数，进而计算得到涂层厚度及缺陷情况，同时利用人机交互界面控制丝杆和滑轨实现红外热像仪在三维方向的自由移动和精准定位，大大提高无损检测精确度。本发明采取面阵脉冲激光激励，在热障涂层面表面形成短周期的脉冲加热，以不会损伤材料表面的方式进行检测。同时具有非接触，扫描速度快、效率高，散角小，提离值调节更精准，红外热像仪定位拍摄更精准，操作更便捷，安全性更高，价格便宜等优点。

技术领域

本发明属于红外热波无损检测技术领域，具体涉及一种基于面阵脉冲激光激励检测热障涂层面的装置及方法。

背景技术

热障涂层，(Thermal Barrier Coating简称TBCs)是目前最为先进的高温防护涂层之一，具有良好的隔热效果和抗氧化性能，被广泛应用于燃气轮机热通道部件如透平叶片，燃烧室等表面防护中。热障涂层一般为双层结构，由表层陶瓷层和里层金属粘结层组成，其中厚度是表征热障涂层质量的关键技术指标，它关系到涂层的使用寿命、结合强度、不均匀内应力和制造成本等的评估和计算。因此，厚度检测是热障涂层制造和使用过程中的关键技术环节，目前，热障涂层厚度检测多采用抽样破坏检验，破坏后部件无法继续使用，且检测数据较片面，不能有效反映所有部位的涂层厚度水平。

随着国防工业的快速发展，工业界对膜厚的测量与质量控制提出了更高的要求，比如要求在线、动态、非接触、实时的进行检测等。涂层厚度红外热波检测的热激励源主要有闪光灯、红外灯管、热风、电磁、超声、微波。目前国际上主流的热激励源为闪光灯，如美国TWI、德国InfraTEC，都有成套的闪光灯激励红外无损检测设备。但这种设备不仅功能有很多局限性（例如不能远距离投射，只能近距离检测物体缺陷，闪光灯均匀性不好、能量密度较低，对物体近表面缺陷检测带来误判），而且价格很高。

最新出现的线状连续激光束在试件表面进行扫描，形成高功率密度的脉冲热激励，实现试件表面的热激励，并且在检测垂直裂纹、精密零件细小裂纹、涂层或者薄膜材料层厚有很大的突破，具有占地面积小，价格便宜等优势，但是存在控制激励过程误差大，加热不均匀，检测速度慢，效率低等问题，亟需改进。

当前半导体激光器的发展非常迅速，由于其功率高、价格低、体积小，在工业领域得到了广泛的应用。半导体激光器功率可以达到很高，但半导体激光器的输出一般是点光源，功率密度很高，容易损伤材料表面，不适合直接作为红外热波无损检测技术的热激励源。

综上所述，现有的热障涂层无损检测技术存在诸多问题，不能很好提高检测速度，亟待科技工作者研究开发出一种热障涂层无损检测智能化程度更高、操作更便捷，安全性得到保障，检测速度更快，价格更便宜的装置。

发明内容

针对现有热障图层无损检测技术的现状与不足，本发明的目的在于提出一种基于面阵脉冲激光激励检测热障涂层面的装置及方法，目前国际上主流采用高功率闪光灯进行热激励，此方法电源体积庞大而且笨重、热均匀性差、只能近距离进行热激励；最新检测方式利用线状连续激光通过扫描进行热激励，加热不均匀，检测速度慢，效率低；并且传统半导体激光器功率密度过高，容易损伤材料表面，且不适合直接作为红外热波无损检测技术的热激励源，其光斑重叠又会造成扫描不到的盲区。本发明很好的克服了以上的缺点，采取功率密度更低的面阵脉冲激光束扫描方式，在材料表面形成短周期的脉冲加热，以不会损伤材料表面的方式进行检测。同时具有非接触，扫描速度快、效率高，散角小，提离值调节更精准，红外热像仪定位拍摄更精准，操作更便捷，安全性更高，价格便宜等优点。