本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，強脈沖激光束經(jīng)過光學(xué)掩模板或微陣列透鏡照射到被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)表面形成周期分布的微小柵狀激光光斑，在被測區(qū)域激發(fā)固定波長的超聲波，當(dāng)被測區(qū)域無脫粘缺陷時，激發(fā)的超聲波為瑞利波，而當(dāng)被測區(qū)域存在脫粘缺陷時，則會產(chǎn)生蘭姆波；在波長一定的情況下，由于兩種波的波速不同，其對應(yīng)的頻率也會不同，采用激光超聲檢測單元在被測區(qū)域附近接收所產(chǎn)生的超聲波信號，獲取其中心頻率，根據(jù)被測信號中心頻率值即可判斷是否存在脫粘缺陷，還可以通過掃描檢測判斷脫粘缺陷的大小并對其進(jìn)行成像。測判斷脫粘缺陷的大小并對其進(jìn)行成像。測判斷脫粘缺陷的大小并對其進(jìn)行成像。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法
[0001]本專利技術(shù)涉及到涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，具體涉及到一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法。
技術(shù)介紹
[0002]涂層是一種為達(dá)到防護(hù)、隔熱、耐磨等目的噴涂在基底材料表面的固態(tài)連續(xù)薄膜結(jié)構(gòu)，其被廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動機、重型燃?xì)廨啓C等高溫結(jié)構(gòu)部件中，它沉積在耐高溫合金基底材料的表面，降低部件工作溫度，延長其服役壽命。然而在長期服役過程中，涂層系統(tǒng)(涂層+基底)內(nèi)部脫粘缺陷是導(dǎo)致涂層失效的重要原因。隨著涂層工作時間的增長，涂層系統(tǒng)內(nèi)部會萌生脫粘缺陷并擴展，當(dāng)缺陷擴展到超過一定值時將會引發(fā)涂層系統(tǒng)內(nèi)部開裂，導(dǎo)致表面涂層剝落，致使涂層失效。因此，涂層脫粘缺陷是影響涂層使用壽命的關(guān)鍵因素。
[0003]超聲檢測作為目前主要的無損檢測方法之一，具有易操作、檢測能力強、適用范圍廣等優(yōu)點。傳統(tǒng)超聲檢測方法在對于涂層脫粘缺陷檢測時，一般利用體波來檢測脫粘缺陷，該方法在涂層較薄時會出現(xiàn)始波和反射波發(fā)生信號混淆的現(xiàn)象，在時域信號上難以區(qū)分，造成涂層脫粘缺陷檢測出現(xiàn)表面盲區(qū)，對薄膜涂層的脫粘缺陷不能實現(xiàn)有效檢測，同時存在無法做到完全非接觸式測量、無法實現(xiàn)在高溫等惡劣環(huán)境下檢測等若干不足，致使其在目前的涂層脫粘缺陷檢測過程中受到諸多限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)目的在于提出一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，通過一定的光束整形技術(shù)對激勵激光源進(jìn)行空間周期排布，可以激發(fā)出窄頻帶超聲表面波。利用表面波的高靈敏度和高空間分辨率，通過超聲聲譜實現(xiàn)對波速的精確測量，從而精確地判斷涂層是否存在脫粘缺陷，該方法避免傳統(tǒng)超聲方法針對薄膜涂層可能會出現(xiàn)的信號混淆現(xiàn)象，有效克服傳統(tǒng)超聲方法的表面盲區(qū)問題，此外還可以通過掃描檢測判斷脫粘缺陷的大小并對其進(jìn)行成像。
[0005]為達(dá)到以上目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
[0006]一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，首先利用等間距光學(xué)掩模板或微透鏡陣列2使照射到被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)3表面的高能脈沖激光束1形成周期為d的柵狀激光光斑4，被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)表面在周期熱膨脹激勵下激發(fā)出對應(yīng)波長為λ(λ＝d)的超聲波，當(dāng)被測區(qū)域無脫粘缺陷時，所激發(fā)的超聲波為瑞利波5；當(dāng)被測區(qū)域存在脫粘缺陷7時，所激發(fā)超聲波能量被限制在一個僅涂層深度非常小的區(qū)域內(nèi)，從而產(chǎn)生蘭姆波6；在波長一定的情況下，由于瑞利波5和蘭姆波6的波速不同，其對應(yīng)的頻率也會不同；由激光超聲檢測單元8在被測區(qū)域附近接收所激發(fā)的超聲波信號9，通過快速傅里葉變換獲取其頻域信號10并測定其中心頻率，根據(jù)被測信號中心頻率的大小即可判斷是否存在脫粘缺陷7；或通過既定掃描路徑11對被測區(qū)域進(jìn)行掃查，判斷脫粘缺陷的大小并對其進(jìn)行掃描成像12。
[0007]所述高能脈沖激光束1為脈沖長度為納秒級的準(zhǔn)直激光束，基于熱彈模式下實現(xiàn)超聲波的激發(fā)；所述柵狀激光光斑4的周期d應(yīng)大于被測涂層的厚度。
[0008]當(dāng)被測涂層區(qū)域內(nèi)無脫粘缺陷時，所激發(fā)超聲波的能量分布在涂層和基底中，由于涂層和基底的整體厚度大于所激發(fā)超聲波的波長λ一個數(shù)量級以上，激發(fā)的超聲波主要為瑞利波5，而當(dāng)被測涂層區(qū)域內(nèi)存在脫粘缺陷時，所激發(fā)的超聲波能量被限制在涂層中，由于超聲波波長λ大于涂層厚度，因此主要產(chǎn)生蘭姆波6。
[0009]周期為d的柵狀激光光斑4在無脫粘缺陷和有脫粘缺陷7的被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)3表面分別激發(fā)出相同波長λ、不同傳播速度v的瑞利波5和蘭姆波6，由于超聲波波速v、波長λ和頻率f三者之間存在關(guān)系v＝λf，因此兩種波的頻率會不同，根據(jù)被測信號中心頻率10相對于瑞利波信號中心頻率是否出現(xiàn)偏移即可判斷涂層內(nèi)部是否存在脫粘缺陷。
[0010]上述方法可以通過配合二維步進(jìn)式掃描臺按照既定掃描路徑11對一定范圍的被測區(qū)域進(jìn)行掃查，利用激光超聲檢測單元8在被測區(qū)域附近接收所激發(fā)的超聲波信號9，最后由信號處理單元對所接收的超聲波信號9進(jìn)行分析和處理，判斷脫粘缺陷的大小并獲取被測區(qū)域的掃描圖像12。
[0011]本專利技術(shù)通過激光誘導(dǎo)瞬態(tài)光柵激發(fā)已知波長的窄頻帶超聲波，并通過頻譜分析確定其波速來判斷涂層是否存在脫粘缺陷，與傳統(tǒng)超聲檢測通過時域信號確定缺陷位置的方法相比，該方法有效解決表面盲區(qū)問題，具有更高的靈敏度和空間分辨率。同時，該方法相對于傳統(tǒng)超聲檢測手段還具有完全非接觸式和可實現(xiàn)在高溫等惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點。
附圖說明
[0012]圖1為本專利技術(shù)基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷無損檢測方法總體示意圖。
[0013]圖2為本專利技術(shù)用于在有脫粘缺陷下薄膜涂層檢測的超聲聲譜信號。
[0014]圖3為本專利技術(shù)用于薄膜涂層脫粘缺陷的掃描圖像。
具體實施方式
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]本專利技術(shù)提出一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，如圖1所示。首先利用等間距光學(xué)掩模板或微透鏡陣列2使照射到被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)3表面的高能脈沖激光束1形成周期為d的柵狀激光光斑4，被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)表面在周期熱膨脹激勵下激發(fā)出對應(yīng)波長為λ(λ＝d)的超聲波，當(dāng)被測區(qū)域無脫粘缺陷時，所激發(fā)的超聲波為瑞利波5；當(dāng)被測區(qū)域存在脫粘缺陷7時，所激發(fā)超聲波能量被限制在一個僅涂層深度非常小的區(qū)域內(nèi)，從而產(chǎn)生蘭姆波6。在波長一定的情況下，由于兩種波的波速不同，其對應(yīng)的頻率也會不同。由激光超聲檢測單元8在被測區(qū)域附近接收所激發(fā)的超聲波信號9，通過快速傅里葉變換獲取其頻域信號10并測定其中心頻率，根據(jù)被測信號中心頻率的大小即可判斷是否存在脫粘缺陷7，如圖2所示。
[0017]作為本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式，所述高能脈沖激光束1為脈沖長度納秒級的準(zhǔn)直激光束，基于熱彈模式下實現(xiàn)超聲波的激發(fā)；所述柵狀激光光斑4的周期d應(yīng)大于被測涂層的厚度。
[0018]本專利技術(shù)方法的基本檢測原理為：高能脈沖激光束1經(jīng)過等間距光學(xué)掩模板或微陣列透鏡2后照射在被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)3表面，形成周期為d的柵狀激光光斑4，周期為d的柵狀激光光斑4在無脫粘缺陷和有脫粘缺陷7的薄膜涂層結(jié)構(gòu)3表面由于周期熱彈力作用下分別激發(fā)出相同波長λ、不同傳播速度v的瑞利波5和蘭姆波6。當(dāng)被測涂層區(qū)域內(nèi)無脫粘缺陷時，所激發(fā)超聲波的能量分布在涂層和基底中，由于涂層和基底的整體厚度大于所激發(fā)超聲波的波長λ一個數(shù)量級以上，激發(fā)的超聲波主要為瑞利波5，而當(dāng)被測涂層區(qū)域內(nèi)存在脫粘缺陷時，所激發(fā)的超聲波能量被限制在涂層中，由于超聲波波長λ大于涂層厚度，因此主要產(chǎn)生蘭姆波6。由于超聲波波速v、波長λ和頻率f三者之間存在關(guān)系v＝λf，因此兩種波的頻率會不同，根據(jù)被測信號中心頻率即可判斷涂層內(nèi)部是否存在脫粘缺陷。
[0019]本專利技術(shù)方法通過配合二維步進(jìn)式掃描臺按照既定掃描路徑11對一定范圍的被測區(qū)域進(jìn)行掃查，利用激光超聲檢測單元8在被測區(qū)域附近接收所激發(fā)的超聲波信號9，最后由信號處理單元對所接收的超聲波信號9進(jìn)行分析和處理，判斷脫粘缺陷本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，其特征在于：首先利用等間距光學(xué)掩模板或微陣列透鏡(2)使照射到被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)(3)表面的高能脈沖激光束(1)形成周期為d的柵狀激光光斑(4)，被測薄膜涂層結(jié)構(gòu)表面在周期熱膨脹激勵下激發(fā)出對應(yīng)波長為λ的超聲波，其中λ＝d；當(dāng)被測區(qū)域無脫粘缺陷時，激發(fā)的超聲波為瑞利波(5)；當(dāng)被測區(qū)域存在脫粘缺陷(7)時，所激發(fā)超聲波能量被限制在僅涂層深度區(qū)域內(nèi)，從而產(chǎn)生蘭姆波(6)；在波長一定的情況下，由于瑞利波(5)和蘭姆波(6)的波速不同，其對應(yīng)的頻率也會不同；由激光超聲檢測單元(8)在被測區(qū)域附近接收所激發(fā)的超聲波信號(9)，通過快速傅里葉變換獲取其頻域信號(10)并測定其中心頻率，根據(jù)被測信號中心頻率的大小即判斷是否存在脫粘缺陷(7)；或通過既定掃描路徑(11)對被測區(qū)域進(jìn)行掃查，判斷脫粘缺陷的大小并對其進(jìn)行掃描成像(12)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光柵激光超聲聲譜的薄膜涂層脫粘缺陷的無損檢測方法，其特征在于：所述高能脈沖激光束(1)為脈沖長度為納秒級的準(zhǔn)直激光束，基于熱彈模式下實現(xiàn)超聲波的激發(fā)；所述柵狀激光光斑(4)的周期d應(yīng)大于被測涂層的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光柵激光超聲聲譜的薄...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：裴翠祥，錢程，寇興，
申請(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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