[发明专利]一种涂层固化状态在线非接触监测方法及装置

说明书

本发明属于材料固化监测技术领域，具体涉及一种涂层固化状态在线非接触监测方法，根据固化材料的固化工艺要求，将待固化材料放置于合适的恒温环境中，向待固化材料发射激发激光，激发激光在待固化材料表面激发产生超声波并在待固化材料表面及内部传播，向待固化材料发射接收激光，通过接收激光接收待固化材料表面的超声波，分析接收到的超声波的幅值和到达时间，并利用超声波的幅值和到达时间计算待固化材料固化过程中的超声波声速和声衰减系数的变化来表征待固化材料的固化过程和不同固化状态；本发明通过向待固化材料发射激发激光在待固化材料表面激发产生超声波，通过接收激光对超声波进行接收，从而实现对待固化材料的非接触性远程监测。

技术领域

本发明属于材料固化监测技术领域，具体涉及一种涂层固化状态在线非接触监测方法及装置。

背景技术

复合材料的固化特征和材料的最终性能主要取决于基体的热动力学和化学流变特性。固化过程中的失控将导致基体网格结构缺陷、微观畸变以及诸如孔隙、气泡、脱粘及纤维损伤等宏观缺陷，如固体火箭发动机中涂覆层的固化状态最终决定了发动机壳体与推进剂之间的粘接质量，因此，复合材料固化周期中的有效监控将直接决定材料的最终力学性能和产品质量。

复合材料的固化操作存在着复杂的内部过程，如何确定最佳工艺条件使生产质量最好，并且生产成本最少，这是很困难的，目前在固体火箭发动机的生产工艺中，主要是靠技术员凭经验判断半固化状态。在申请号为“200810047228.0”的专利中，提出了超声波检测系统，在检测时系统中的探头需要与待固化材料进行接触，但是现实中待固化材料的固化大部分需要在高温情况下进行，高温会对探头的检测产生较大的误差，甚至会损坏探头，因此系统在高温的固化环境中并不适用，同时探头与待固化材料相接触，也会将部分待固化材料粘接到探头上。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种涂层固化状态在线非接触监测方法及装置。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种涂层固化状态在线非接触监测方法，根据固化材料的固化工艺要求，将待固化材料放置于合适的恒温环境中，向待固化材料发射激发激光，激发激光在待固化材料表面激发产生超声波并在待固化材料表面及内部传播，向待固化材料发射接收激光，通过接收激光接收待固化材料表面的超声波，分析接收到的超声波的幅值和到达时间，并利用超声波的幅值和到达时间计算待固化材料固化过程中的超声波声速和声衰减系数的变化来表征待固化材料的固化过程和不同固化状态；

式中c为声速；α为声衰减系数；X为待固化材料的厚度；t为声波在待固化材料中传播的往返时间；A_n、A_n+1分别为第n次、n+1次回波幅值。

一种涂层固化状态在线非接触监测装置，包括激发模块、接收模块、一号振镜、二号振镜、恒温箱、信号采集卡、计算机、运动控制卡、柱面透镜和点聚焦透镜，所述激发模块发射出的激发激光经柱面透镜聚焦和一号振镜调整角度后，穿过恒温箱上的透明玻璃照射至恒温箱内的待固化材料上，激发激光在待固化材料表面激发产生超声波，超声波在待固化材料表面及内部传播，所述接收模块发射的接收激光经点聚焦透镜聚焦和二号振镜调整角度后，穿过恒温箱上的透明玻璃照射至恒温箱内的待固化材料上，所述接收模块通过接收激光接收待固化材料表面的超声波，信号采集卡通过光纤采集接收模块接收到的超声波，并将采集到的超声波转化为数字信号传递至计算机，计算机对数字信号进行分析得到所需要的数据，从而通过得到的数据表征待固化材料的固化过程和不同固化状态，所述运动控制卡与计算机、一号振镜和二号振镜连接，所述运动控制卡接收到计算机发出的控制指令后，控制一号振镜和二号振镜进行角度调整，从而使激发激光和接收激光辐照在待固化材料表面的相应位置。

进一步，所述激发模块为高能脉冲Nd:YAG固体激光器。