專利名稱：一種基于優(yōu)選法的涂層界面結(jié)合狀況快速檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明裝置涉及激光檢測與材料性能檢測技術(shù)領(lǐng)域，特指一種利用優(yōu)選法快速檢 測涂層界面結(jié)合強度的激光劃痕裝置，屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
涂層技術(shù)是一種重要的表面處理和材料復(fù)合的先進技術(shù)，其核心是保證涂層在壽 命期內(nèi)與基體具有良好的結(jié)合性能。針對涂層一基體結(jié)合強度的測量問題，國內(nèi)外學(xué)者展 開一系列研究，并提出劃痕法、壓痕法、激光層裂法等多種結(jié)合強度檢測方法，縱觀這些方 法尚存在檢測結(jié)果不穩(wěn)定或不同方法檢測結(jié)果差別較大等問題。激光劃痕法綜合了傳統(tǒng)的劃痕法和激光測量技術(shù)的優(yōu)點，是一種新型的薄膜測量 技術(shù)。江蘇大學(xué)的張永康，馮愛新，周明等申請專利界面結(jié)合強度的遠紫外激光劃痕測 量方法及裝置，申請?zhí)?2138512其特征在于以連續(xù)加載的脈沖遠紫外激光束通過入射激 光束光路系統(tǒng)直接加載于試件的薄膜表面，通過光離解、光致變價、形成晶格缺陷、等離子 化等作用實現(xiàn)對材料的剝蝕加工，使薄膜材料產(chǎn)生剝落。同時，進給系統(tǒng)使試件作進給運 動，激光束在薄膜表面形成深度逐漸增加的劃痕，直至膜-基體界面破壞。檢測信號經(jīng)檢 測光束光路系統(tǒng)傳輸?shù)脚c控制系統(tǒng)相連的信號采集檢測系統(tǒng)、信號分析處理系統(tǒng)進行檢測 判斷，用膜基界面破壞時的激光束能量經(jīng)一定數(shù)學(xué)模型處理后來表征膜基體界面的結(jié)合強 度。但該方法所產(chǎn)生的劃痕路徑較長使檢測后的工件無法使用，而且激光對涂層表面的單 點重復(fù)加載，測試結(jié)果的處理變得復(fù)雜。所謂優(yōu)選法，是華羅庚發(fā)明的一種可以盡可能減少試驗次數(shù)、盡快地找到最優(yōu)方 案的方法。本專利借用單因素方法中黃金分割規(guī)律來簡化試驗次數(shù)找到最佳的數(shù)值。優(yōu)選 法基本步驟1)、選定優(yōu)化判據(jù)(試驗指標)，確定影響因素，優(yōu)選數(shù)據(jù)是用來判斷優(yōu)選程度 的依據(jù)；2)、優(yōu)化判據(jù)與影響因素直接的關(guān)系稱為目標函數(shù)；3)、優(yōu)化計算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要提供一種基于優(yōu)選法的激光劃痕界面結(jié)合狀況快速檢測方法及 裝置。通過優(yōu)選法快速獲得了涂層失效的激光功率密度范圍，在該范圍內(nèi)通過采用脈沖激 光對涂層進行單點單次加載，形成了深度逐漸增加的點狀離散劃痕，以較短的劃痕長度即 可確定涂層失效臨界點(失效閾值)，建立一種快速檢測涂層結(jié)合強度的方法；針對該方法 設(shè)計了一種實現(xiàn)離散劃痕的自動化裝置，通過檢測典型涂層失效建立失效數(shù)據(jù)庫、激光器 系統(tǒng)采用優(yōu)選算法逼近使涂層失效的激光功率密度范圍、檢測系統(tǒng)通過功率計檢測涂層表 面紅外光束反射得出涂層表面形貌的特征參數(shù)、將檢測系統(tǒng)得出的參數(shù)與失效數(shù)據(jù)庫進行 比較，得出激光器下一點激光輸出功率。逐步逼近，最終實現(xiàn)對涂層失效閾值的確定，智能 化的實現(xiàn)了離散劃痕任務(wù)。該方法采用激光器激作為外部驅(qū)動源，涂層在低功率激光能量作用下，材料局部 瞬時升溫導(dǎo)致熱膨脹效應(yīng)并產(chǎn)生熱應(yīng)力；隨著激光能量的增加，在涂層表面形成了等離子體沖擊波，導(dǎo)致涂層發(fā)生塑性變形，同時熱應(yīng)力在涂層塑性變形過程中也起著重要作用一 因為脈沖激光單點單次加載使等離子體流向外噴射的能量受到限制；激光能量繼續(xù)增大 后，涂層表面出現(xiàn)了明顯的燒蝕現(xiàn)象。接近失效閾值時，等離子體繼續(xù)吸收激光能量，開始 推動周圍的介質(zhì)沿徑向?qū)ν鈹U張，有慣性的離子經(jīng)過一定延時后跟隨自由電子運動，形成 了由被壓縮的高密度介質(zhì)構(gòu)成的高壓區(qū)。最終，高壓區(qū)發(fā)生爆炸式膨脹形成沖擊壓力。通 過對脈沖激光加載過程及涂層失效機理的分析可知，中間部分激光能量分布較高，涂層在 沖擊應(yīng)力的作用下呈氣態(tài)粉末和碎片噴射出表面；加載點周圍激光能量分布較低，涂層在 熱應(yīng)力作用下出現(xiàn)脫粘。如圖13所示，通過功率計檢測離散劃痕激光加載點處反射光強度的變化，結(jié)合涂 層失效機理分析可知涂層失效前，激光加載點Q處的涂層表面因形貌變化，使得粗糙度增 大且反射光強度降低；達到失效閾值P1時，涂層在沖擊應(yīng)力、熱應(yīng)力的作用下剝離，由基體 反射的反射光強度增大；超過失效閾值P1達到P2時，涂層被激光燒蝕，基體的部分區(qū)域在 沖擊應(yīng)力作用下光滑度提高反射光強度增大。綜合上述分析可知涂層失效臨界點為P1，可 以用該方法判別涂層失效臨界點。1、優(yōu)選法快速獲得涂層失效的激光功率密度范圍的具體步驟為根據(jù)上述分析結(jié)合優(yōu)選法思想，如圖4所示，估計包含涂層失效的激光功率密度 點的試驗范圍(一般采用激光器的最低功率為下限，最高功率為上限)，假設(shè)a表示下限， b表示上限，試驗范圍為[a，b]；從激光器電壓范圍黃金分割點所對應(yīng)值對應(yīng)的激光功率密 度gl作為第一檢測點開始，判斷gl點單脈沖激光加載后涂層是否失效，如果該點涂層被破 壞則下一次試驗范圍為[a，gl]，如果該點涂層沒有被破壞則下一次試驗范圍為[gl，b]，從 該電壓范圍黃金分割點所對應(yīng)值對應(yīng)的第二點激光功率密度g2 ；如此循環(huán)反復(fù)可以得出 涂層失效的激光功率密度范圍，并將該涂層的失效功率密度范圍存入數(shù)據(jù)庫。同一種涂層 材料至少做5次以上，每次循環(huán)反復(fù)4次以上，即取4個黃金分割點以上。對于任意一種涂 層材料來說，同一種涂層不同的試樣失效點不同但卻都收斂于相同或相近的失效范圍。結(jié) 合優(yōu)選算法可將涂層失效的激光功率密度范圍收斂于極小區(qū)間，在該范圍內(nèi)所進行的單脈 沖激光離散劃痕使路徑長度得以縮短，從而有效的提高劃痕效率和減少涂層破壞。2、獲得涂層失效的激光功率密度的具體步驟為在涂層失效的激光功率密度范圍通過采用單脈沖激光對涂層進行單點單次加載， 隨著激光能量的增加形成了深度逐漸增加的點狀離散劃痕，通過檢測系統(tǒng)中的功率計在線 檢測單脈沖激光加載后涂層的形貌得出反射光采樣功率密度圖(如圖14)，當(dāng)檢測點功率 密度圖在一個下凹第一次連續(xù)呈現(xiàn)三個拐點時，則認為該下凹為涂層失效閾值點Pi，判斷 涂層的以較短的劃痕長度即可確定涂層失效臨界點(失效閾值)。根據(jù)精度要求，在閾值點 P及之前接近失效的點Q3(Pi之前第一個點)可以在Q3 Pi中再次細分(在Q3 Pi之間 再次細分成5個下凹點)，采用同樣的方法獲得失效閾值。本方法的優(yōu)點在于通過優(yōu)選法迅速逼近涂層失效的激光功率密度范圍，提出涂層 失效臨界點判別方法獲得失效閾值，從而提高了劃痕效率、減少了涂層的破壞。通過對該方 法實驗結(jié)果進行的分析對比，這一涂層失效臨界點判別方法準確可靠，同時單點加載不會 對表面涂層產(chǎn)生實質(zhì)破壞，可以實現(xiàn)無損檢測。對于大批量涂層快速無損檢測具有重要意 義。
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該裝置由激光器系統(tǒng)、工作平移臺系統(tǒng)、界面結(jié)合狀況檢測診析系統(tǒng)組成，如圖3 所示。其中界面結(jié)合狀況檢測診析系統(tǒng)由檢測系統(tǒng)、人工監(jiān)控與失效數(shù)據(jù)庫組成。失效數(shù) 據(jù)庫是一種事先編好的表征各種涂層失效的各種征兆的數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫是通過檢測典型 涂層失效，并提取其特征信息、確立各類失效的樣板模式，從而建立起失效數(shù)據(jù)庫。1、硬件組成如圖2所示，根據(jù)功能可以將硬件劃分為激光系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及人 工監(jiān)測系統(tǒng)。在激光系統(tǒng)中，通過通訊協(xié)議讓上位工控機26對其進行遠程自動控制。上位機與 激光器1通信采用RS232接口電纜，發(fā)送指令對其進行激光功率、電壓、頻率和波長等控制。 短脈沖激光束經(jīng)由反射鏡27和聚焦透鏡16組成的外光路直接作用在試樣13的涂層表面。在運動控制系統(tǒng)中，通過光柵傳感器23讀取工作平移臺11的位置模擬量信號，轉(zhuǎn) 換成電壓數(shù)字量信號后，傳送到數(shù)據(jù)采集卡24，上位機可以直接從數(shù)據(jù)采集卡中讀取到平 移臺的位置信息，形成全閉環(huán)位置控制，實現(xiàn)同一坐標系下的兩軸聯(lián)動。該系統(tǒng)以工控機26 為上位機，運動控制卡25為下位機，通過PCI總線實現(xiàn)工控機26與運動控制卡25之間的 通信。工控機26向運動控制卡25發(fā)出運動控制指令，并通過PCI總線獲取運動控制器的 當(dāng)前狀態(tài)和相關(guān)控制參數(shù)。在檢測系統(tǒng)中，功率計28與He-Ne激光器17配合起來一起使用，功率計28接收 從劃痕試樣表面反射過來的He-Ne激光束。功率計檢測波長范圍在400nm llOOnm之間， 可測功率范圍在50nW 50mW之間。功率計將涂層表面的變化以數(shù)值形式檢測得到且該數(shù) 值通過RS232接口與工控機實時通信。在人工監(jiān)測系統(tǒng)中，采用CCD相機7作為激光劃痕圖片采集系統(tǒng)的采集模塊，直接 輸出數(shù)字信號到上位機。本圖像采集系統(tǒng)總像素為795pixel X 596pixel (PAL制式)，掃描 系統(tǒng)為625線，50場/s (PAL制式)，信噪比為52dB (最小)/60dB (最大)。利用攝像機將拍 攝到的激光劃痕圖像通過數(shù)據(jù)線直接存儲到上位工控機。2、軟件開發(fā)針對激光劃痕裝置的硬件系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)出一套適用于激光劃痕檢測的自動控制 軟件系統(tǒng)。按照自動劃痕、自動檢測、方便控制等要求設(shè)計整個系統(tǒng)能，遵循了先模塊化后 集成化的設(shè)計開發(fā)思路。該激光劃痕薄膜檢測系統(tǒng)的軟件開發(fā)包括YAG激光器模塊、工作 臺控制模塊和界面結(jié)合狀況檢測診析系統(tǒng)模塊程序設(shè)計等三大部分。這三大部分集成統(tǒng)一 設(shè)計在上位工控機人機界面里?？刂栖浖捎肕icrosoft Visual C++平臺開發(fā)。2. 1 YAG激光器模塊根據(jù)集成化設(shè)計開發(fā)自動劃痕及檢測系統(tǒng)的思路，采用通訊協(xié)議自主開發(fā)控制軟 件實現(xiàn)對激光器的自動控制。該激光器電源帶有的通訊協(xié)議格式如下通信接口 485 ；波特率9600 ；奇偶校驗無；數(shù)據(jù)位8 ；停止位1 ；控制指令和數(shù)據(jù)為16進制1.01，2b，00，00.(聯(lián)機)2. 01，aa，00，55.(開預(yù)燃)3. 01，11，00，55.(預(yù)燃開成功上傳)4. 01，55，Vlh，VII (放電電壓)5. 01，a5，00，freq.(頻率)6. 01，ee，00，55.(開工作)7. 01，ee，00，aa (停工作)8. 01，aa，00，aa (關(guān)預(yù)燃)
9.01，11，00，00.(預(yù)燃關(guān)成功上傳)10.01，2b，0a，0a，Vlh，VII(故障)11.09，99，00，00 (下位機請求)利用Remon Spekrei jise提供的免費串口類CSerialPort，搭好串口通信框架， 完成串口編程任務(wù)。本系統(tǒng)的流程圖如圖6所示。首先進行初始化(41)如果沒有進 行初始化則返回(43)并且結(jié)束(44)；如果已經(jīng)進行初始化，檢查輸入功率最大值Nmax 和最小值Nmin (45)。接著判斷Nmax-Nmin是否大于5 (46)如果值小于5采用for (n =Nmin ；n < = Nmax ；n++)進行循環(huán)(47)；如果值大于5則采用優(yōu)選算法Noutput = Nmin+0. 618* (Nmax-Nmin) (48)。然后與測試系統(tǒng)(52)進行通信(51)對比失效數(shù)據(jù)庫(50) 判斷涂層是否失效(49)如果沒有失效賦值Nmax = Nmax,Nmin = Noutput (52)；如果失效 則賦值 Nmax = Noutput、Nmin = Nmin (53)。系統(tǒng)的人機界面采用Visual C++開發(fā)，實現(xiàn)對象化設(shè)計，主要功能有控制單脈 沖激光輸出；根據(jù)檢測系統(tǒng)與庫文件的對比確定下一點激光的輸出功率；讀取激光器系統(tǒng) 的信息反饋；自動逼近涂層失效閾值。2.2工作臺控制模塊MAC-3002SSP4運動控制卡配備了功能強大、內(nèi)容豐富的運動控制函數(shù)庫，包括單 軸及多軸的點位運動，連續(xù)運動，回原點運動，直線、圓弧、螺旋線插補運動。其中所有插補 運算完全在控制卡子系統(tǒng)中完成，從插補算法和運動函數(shù)的執(zhí)行效率方面著手，提高了插 補精度、插補速度和實時性。使用支持Windows標準動態(tài)鏈接庫調(diào)用的開發(fā)工具Visual C++編制所需的用戶界面程序，并把它與運動控制卡的動態(tài)鏈接庫鏈接起來，開發(fā)出有自主 知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的主要功能有單軸運動、兩軸獨立運動、兩軸插補運動； x, y坐標顯示；單步運行，回零；讀取平移臺位置信息反饋，進行位移補償?shù)取?. 3界面結(jié)合狀況檢測診析系統(tǒng)模塊該模塊由檢測系統(tǒng)、人工監(jiān)測系統(tǒng)及失效檔案庫組成。檢測系統(tǒng)通過功率計采集 涂層特征與失效檔案庫對比，根據(jù)特征信息、確定涂層狀況。在試樣沒有被激光加載前， He-Ne激光器發(fā)出的光經(jīng)樣品表面反射全部由功率計接收；當(dāng)試樣被激光加載后，涂層表 面變得粗糙且凸凹不平、甚至涂層曲翹、開裂和脫落，照在其上的反射光方向和強度發(fā)生變 化。例如激光加載涂層，隨著激光功率密度逐步變化，功率計采集的光強度數(shù)值通過RS232 接口實時與計算機通訊，系統(tǒng)程序根據(jù)功率計采集的數(shù)據(jù)在窗口繪出曲線，如圖13所示。 圖13中所有P點涂層均從基體剝離，其中P1為涂層首次出現(xiàn)失效。圖13所示Q1為激光 對試樣1涂層加載后未剝離的點。由此可知，該涂層激光加載時的顯著特征為He-Ne激光 器發(fā)出的光在加載點處反射光功率值范圍和曲線的拐點數(shù)。讀PM120的檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)反 射光功率值和拐點個數(shù)判別涂層狀況。人工監(jiān)控是利用(XD拍攝激光劃痕圖像，對劃痕檢測過程實時監(jiān)控。由敏通公司 自帶圖像采集軟件WinFast PVR，實現(xiàn)對圖像的實時拍攝。而且圖像采集與處理軟件制作比 較復(fù)雜，本專利編寫的主控軟件就直接調(diào)用它的執(zhí)行文件，然后在主控軟件中對需要使用 的圖片進行圖像預(yù)處理。WinFast PVR不但可以拍攝圖片(50幀/秒)，而且可以拍攝視頻 文件，為實時監(jiān)控帶來方便。本發(fā)明裝置與界面結(jié)合強度的遠紫外激光劃痕測量裝置(圖1)進行對比有如下 變化在激光系統(tǒng)中將激光器由控制器控制改為由工控機直接控制；在運動控制系統(tǒng)中將由控制器和進給系統(tǒng)控制開環(huán)控制帶進給系統(tǒng)的工作臺改為由光柵傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和 運動控制卡組成的閉環(huán)系統(tǒng)；在檢測系統(tǒng)中采用功率計放在樣品被測區(qū)域(成像面)的一 側(cè)，對應(yīng)的另一側(cè)放置可見光源，利用功率計檢測涂層被激光加載后的形貌，根據(jù)采集的波 形圖分析涂層的表面狀況、提取出劃痕后涂層的特征信息，將特征信息與失效數(shù)據(jù)庫進行 對比，把涂層此時狀況歸屬到某一已知的樣板模式中去，并根據(jù)劃痕狀況預(yù)測狀態(tài)趨勢，簡 化了檢測裝置。設(shè)計了專用軟件智能化的實現(xiàn)了離散劃痕任務(wù)。實施過程如下通過檢測典型涂層失效建立失效數(shù)據(jù)庫；激光器系統(tǒng)采用優(yōu)選算 法逼近使涂層失效的激光功率密度范圍；在該功率密度范圍內(nèi)激光單點加載，檢測系統(tǒng)通 過功率計檢測涂層表面紅外光束反射得出涂層表面形貌的特征參數(shù)；將檢測系統(tǒng)得出的參 數(shù)與失效數(shù)據(jù)庫進行比較，得出激光器下一點激光輸出功率。逐步逼近，最終實現(xiàn)對涂層失 效閾值的確定。


本發(fā)明裝置具體實施例的結(jié)構(gòu)框圖及

如下圖1為界面結(jié)合強度的遠紫外激光劃痕測量方法所提供的測量裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 配置示意圖。(1)劃痕激光器(2)激光器電源及控制(3)打印機(4)計算機(5)控制器(6) 進給系統(tǒng)控制(7)CCD攝像頭(8)顯微鏡(9)光電二極管觸發(fā)開關(guān)(10)雙通道示波器 (11)帶進給系統(tǒng)的工作臺(12)夾具(13)試樣(14)干涉儀(15)反射鏡(16)聚焦鏡 (17)檢測激光器(18)含衰減器的導(dǎo)光系統(tǒng)(19)激光源參數(shù)采集系統(tǒng)(20)分光鏡(21) 分光鏡圖2本發(fā)明所提供的測量裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置示意圖(1)劃痕激光器(2)激光器電源及控制(7)CCD攝像頭(11)帶進給系統(tǒng)的工作 臺(12)夾具(13)試樣(16)聚焦鏡(17)檢測激光器(23)光柵傳感器(24)數(shù)據(jù)采集 卡(25)運動控制卡(26)工控機(27)反射鏡(28)功率計圖3離散劃痕實施過程(1)劃痕激光器(11)帶進給系統(tǒng)的工作臺(29)涂層未失效(30)涂層失效(31) 特征提取(32)失效數(shù)據(jù)庫(33)離散劃痕(34)檢測系統(tǒng)(35)劃痕特征信息(36)比較 (37)劃痕情況(38)狀態(tài)趨勢(39)干預(yù)(40)人工監(jiān)控圖4優(yōu)選法原理圖5激光器系統(tǒng)控制流程圖(41)初始化(42)是或不是(43)返回(44)結(jié)束(45)輸入功率最大值Nmax和最 小值 Nmin (46)判斷 Nmax-Nmin 是否大于 5 (47)采用 for (n = Nmin ；n <= Nmax ；n++)進 行循環(huán)(48)優(yōu)選算法Noutput = Nmin+0. 618* (Nmax-Nmin) (49)涂層是否失效(50)測試 系統(tǒng)(51) ilff (52) Utft Nmax = Nmax ；Nmin = Noutput (53) Utft Nmax = NoutputNmin =Nmin圖6脈沖激光對鍍層試樣進行加載(a)接近失效閾值點，(b)達到閾值點，(c)超 過失效閾值點的顯微照片圖7激光加載接近失效閾值檢測點位置的三維形貌1
圖8激光加載接近失效閾值檢測點位置的三維形貌2圖9激光加載達到閾值檢測點位置的三維形貌1圖10激光加載達到閾值檢測點位置的三維形貌2圖11激光加載超過失效閾值檢測點位置的三維形貌1圖12激光加載超過失效閾值檢測點位置的三維形貌2圖13離散劃痕時試樣采樣點處反射的光強度(P)功率計采樣取得反射光的功率密度(S)采樣點。
具體實施方案長80mm，寬15mm，厚度1mm的馬氏體不銹鋼試樣，試樣表面采用氨基磺酸鹽鍍鎳工 藝制備厚度約為25 y m的不銹鋼防護涂層。如圖2、圖3所示，短脈沖激光束經(jīng)激光器1直 接作用在試樣13表面涂層上。試樣13固定在二維平移臺11的夾具12上)進行離散劃痕 33，激光器功率可調(diào)且激光器和工作臺由工控機26統(tǒng)一控制。激光起始功率為150MJ-激 光終止功率為1000MJ，調(diào)整好攝像機與樣品的距離，將采集到的劃痕圖像送入計算機進行 實時存儲，被實驗操作者用于實時監(jiān)控以供人工監(jiān)控40。檢測系統(tǒng)34的核心功率計28放 在樣品被測區(qū)域(成像面)的一側(cè)，對應(yīng)的另一側(cè)放置可見光源17，利用功率計檢測涂層 被激光加載后的形貌，并根據(jù)采集到的波形圖來分析涂層表面狀況、提取出劃痕后涂層的 特征信息35。(失效數(shù)據(jù)庫是通過檢測典型涂層失效29和30，并提取其特征信息31、確 立各類失效的樣板模式，從而建立起失效數(shù)據(jù)庫32。)將特征信息與失效數(shù)據(jù)庫進行對比 36，并將涂層此時狀況歸屬到某一已知的樣板模式中去，并根據(jù)劃痕狀況預(yù)測狀態(tài)趨勢37 和38。工控機26根據(jù)以上參數(shù)經(jīng)VC程序統(tǒng)一調(diào)用，對激光器1和工作臺11進行干預(yù)39。 通過功率計結(jié)合CCD檢測獲得失效能量范圍為878MJ-888MJ。在涂層失效的激光能量范圍 878MJ-888MJ內(nèi)通過采用脈沖激光對涂層進行單點單次加載，利用功率計檢測涂層被激光 加載后的形貌，并根據(jù)采集到的波形圖來分析涂層表面狀況、提取出劃痕后涂層的特征信 息35獲得使涂層失效的激光能量。根據(jù)激光能量除以光斑面積得出涂層界面工程結(jié)合強 度破壞的臨界點即在功率密度為12.006GW/cm2。如圖6所示為鍍層試件(a)接近失效閾值 點，(b)達到閾值點，(c)超過失效閾值點的顯微照片。如圖7、圖8為激光加載接近失效閾 值檢測點圖7. a位置的三維形貌；如圖9、圖10為激光加載達到閾值檢測點圖7. b位置的三 維形貌；如圖11、圖12為激光加載超過失效閾值檢測點圖7. c位置的三維形貌。圖13中離 散劃痕時試樣采樣點處反射的光強度與圖6對應(yīng)則是Q3對應(yīng)于圖7. a ；PI對應(yīng)于圖7. b ； P2對應(yīng)于圖7. c。
權(quán)利要求
一種基于優(yōu)選法的涂層界面結(jié)合狀況快速檢測方法，具體步驟為(1)優(yōu)選法快速獲得涂層失效的激光功率密度范圍估計包含涂層失效的激光功率密度點的試驗范圍，假設(shè)a表示下限，b表示上限，試驗范圍為[a，b]；從激光器電壓范圍黃金分割點所對應(yīng)值對應(yīng)的激光功率密度g1作為第一檢測點開始，判斷g1點單脈沖激光加載后涂層是否失效，如果該點涂層被破壞則下一次試驗范圍為[a，g1]，如果該點涂層沒有被破壞則下一次試驗范圍為[g1，b]，從該電壓范圍黃金分割點所對應(yīng)值對應(yīng)的第二點激光功率密度g2；如此循環(huán)反復(fù)可以得出涂層失效的激光功率密度范圍；(2)獲得涂層失效的激光功率密度在涂層失效的激光功率密度范圍通過采用單脈沖激光對涂層進行單點單次加載，隨著激光能量的增加形成了深度逐漸增加的點狀離散劃痕，通過檢測系統(tǒng)中的功率計在線檢測單脈沖激光加載后涂層的形貌得出反射光采樣功率密度圖，當(dāng)檢測點功率密度圖在一個下凹第一次連續(xù)呈現(xiàn)三個拐點時，則認為該下凹為涂層失效閾值點P1。
2.權(quán)利要求1所述的快速檢測方法，其特征在于步驟1中激光功率密度點的試驗范 圍采用激光器的最低功率為下限，激光器的最高功率為上限。
3.權(quán)利要求1所述的快速檢測方法，其特征在于同一種涂層材料步驟1至少做5次 以上，每次循環(huán)反復(fù)4次以上，即取4個黃金分割點以上。
4.權(quán)利要求1所述的快速檢測方法，其特征在于步驟2中根據(jù)精度要求，在閾值點Pi 及之前接近失效的點Q3(Pi之前第一個點)之間再次細分，即在Q3 Pi之間再次細分成5 個下凹點，采用同樣的方法獲得失效閾值。
全文摘要
一種基于優(yōu)選法的涂層界面結(jié)合狀況快速檢測方法，涉及激光檢測與材料性能檢測技術(shù)領(lǐng)域。通過優(yōu)選法快速獲得了涂層失效的激光功率密度范圍，在該范圍內(nèi)通過采用脈沖激光對涂層進行單點單次加載，形成了深度逐漸增加的點狀離散劃痕，通過功率計檢測離散劃痕激光加載點處反射光強度的變化，當(dāng)檢測點功率密度圖在一個下凹第一次連續(xù)呈現(xiàn)三個拐點時，則認為該下凹為涂層失效閾值點P1，判斷涂層的以較短的劃痕長度即可確定涂層失效臨界點(失效閾值)。本方法的優(yōu)點在于通過優(yōu)選法迅速逼近涂層失效的激光功率密度范圍，提出涂層失效臨界點判別方法獲得失效閾值，從而提高了劃痕效率、減少了涂層的破壞。
文檔編號G01N19/04GK101876628SQ20101012498
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者馮愛新, 孫淮陽, 徐傳超, 曹宇鵬 申請人:江蘇大學(xué)