適用于tbc脫粘缺陷快速檢測(cè)線激光掃描熱波成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及實(shí)驗(yàn)力學(xué)中無(wú)損檢測(cè)及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種適用 于TBC脫粘缺陷快速檢測(cè)線激光掃描熱波成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪葉片通常采用定向凝固合金和單晶合金材料，服役溫度只能達(dá)到l〇〇〇°C，不 能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度需要。針對(duì)這種情況，人們發(fā)展了 TBC以保護(hù)金屬基底，涂覆 TBC的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片能在1600°C的高溫下運(yùn)行，提高發(fā)動(dòng)機(jī)60 %以上的熱效率，有效地 增加推重比。涂覆TBC的渦輪葉片是一種典型的多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通常由基底、中間過(guò)渡層以 及陶瓷層組成，各層有明顯不同的物理、熱、機(jī)械性能，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和苛刻工作環(huán)境使得TBC 在使用過(guò)程中脫落導(dǎo)致失效問(wèn)題，因此要求我們對(duì)脫粘的TBC進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。
[0003] TBC的一些固有特性如多孔性、較薄的厚度使得一些傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)方法如渦流 檢測(cè)、阻抗檢測(cè)在TBC的檢測(cè)上存在技術(shù)、檢測(cè)效率的局限性。如何對(duì)TBC系統(tǒng)中的缺陷進(jìn) 行無(wú)損檢測(cè)成為TBC應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。
[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01510147560. 4(公開(kāi)號(hào)CN104713906A，公開(kāi)日為2015年6月17 日）的發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種微波鎖相熱成像系統(tǒng)及方法，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種微波鎖相熱 成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用鎖相信號(hào)調(diào)制后的連續(xù)波對(duì)被檢對(duì)象進(jìn)行周期性加熱，采用熱像儀 記錄被檢對(duì)象表面周期性變化的溫度信號(hào)，該溫度信號(hào)可以反映缺陷造成的熱波異常。同 樣，在中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01510124036. 5(公開(kāi)號(hào)CN 104698035 A，公開(kāi)日為2015年6月10) 的發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種微波階躍熱成像檢測(cè)和層析成像方法及系統(tǒng)中，采用相關(guān)無(wú)損檢 測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試，得到了未知缺陷的定量深度測(cè)量。
[0005] 關(guān)于熱障涂層的無(wú)損檢測(cè)中，中國(guó)專利號(hào)2012010436106. 7 (公開(kāi)號(hào)CN 1029549668 A，公開(kāi)日為2013年3月6日）的發(fā)明創(chuàng)造名稱為：熱障涂層部件電磁渦流熱 成像無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種電磁渦流熱成像無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方 法，采用渦流進(jìn)行試件加熱，通過(guò)紅外熱像儀進(jìn)行采集圖像，可以得到脫粘位置、缺陷數(shù)量 和損傷成度。
[0006] 更近一步，關(guān)于熱障涂層的紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201420723314. 7 (公開(kāi)號(hào)CN 204203143 U，公開(kāi)日為2015年3月11日）的發(fā)明創(chuàng)造名稱 為：新型熱障涂層結(jié)構(gòu)的光紅外熱波檢測(cè)裝置，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種新型熱障涂層結(jié)構(gòu)的光 紅外熱波檢測(cè)裝置，采用高能閃光脈沖加熱燈作為熱激勵(lì)，紅外熱像儀進(jìn)行采集圖像，但沒(méi) 有提出檢測(cè)缺陷的靈敏度和分辨力的問(wèn)題，也并沒(méi)有提到對(duì)采集圖像后處理的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種適用于TBC脫粘缺陷快速檢 測(cè)線激光掃描熱波成像方法，不僅能對(duì)檢測(cè)出TBC的脫粘缺陷，而且具有較高的精度，檢測(cè) 時(shí)不會(huì)對(duì)TBC造成破壞，操作簡(jiǎn)便且具有較高效率，還能對(duì)系統(tǒng)采集的圖片進(jìn)行后處理。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)有如下技術(shù)方案：
[0009] -種適用于TBC脫粘缺陷快速檢測(cè)線激光掃描熱波成像方法，其特征在于，包括：
[0010] 優(yōu)化設(shè)計(jì)快速移動(dòng)的線激光作為線狀熱源，使用所述線狀熱源在TBC試件表面進(jìn) 行掃描激勵(lì)，在粗掃檢測(cè)階段對(duì)試件表面進(jìn)行大范圍線狀快速掃描，采集獲得粗掃檢測(cè)階 段的熱紅外圖像，并進(jìn)行熱紅外圖像分析；對(duì)于發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的微區(qū)域進(jìn)行細(xì)掃描，獲得細(xì) 掃檢測(cè)階段的熱紅外圖像；
[0011] 對(duì)于所述粗掃檢測(cè)階段的熱紅外圖像：
[0012] 進(jìn)行熱紅外圖像后處理，得到全場(chǎng)范圍的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像和全場(chǎng)范圍的去除 噪音熱響應(yīng)后的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像；采用自適應(yīng)變權(quán)重濾窗方法，得到全場(chǎng)范圍去除包 括邊緣噪音在內(nèi)所有噪音影響的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像；
[0013] 對(duì)于所述細(xì)掃檢測(cè)階段的熱紅外圖像：
[0014] 按照瞬態(tài)微面熱源脈沖激勵(lì)的處理方法，對(duì)采集到的某時(shí)間序列內(nèi)的溫度圖像進(jìn) 行傅里葉變換，得到微區(qū)域內(nèi)給定頻率下的僅含缺陷響應(yīng)的振幅場(chǎng)和相位場(chǎng)。
[0015] 優(yōu)選地，其中，
[0016] 所述得到全場(chǎng)范圍的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像，進(jìn)一步為：
[0017] 構(gòu)造沿線激光方向整體平均的全場(chǎng)定向載波溫度場(chǎng)，從原始熱紅外圖像中減去全 場(chǎng)定向載波溫度場(chǎng)，得到噪音減弱且僅含有缺陷響應(yīng)的溫度場(chǎng)圖像，對(duì)所有時(shí)刻的僅含有 缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像疊加，得到所述全場(chǎng)范圍的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像。
[0018] 優(yōu)選地，其中，
[0019] 得到全場(chǎng)范圍的去除噪音熱響應(yīng)后的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像，進(jìn)一步為：
[0020] 用所述粗掃檢測(cè)階段的熱紅外圖像減去沒(méi)有熱源激勵(lì)的初始圖像，采用在熱源附 近加窗三時(shí)刻求振幅、去除噪音熱響應(yīng)的方法進(jìn)行后處理，將所有時(shí)刻在特定窗口內(nèi)的響 應(yīng)振幅場(chǎng)進(jìn)行疊加，得到所述全場(chǎng)范圍的去除噪音熱響應(yīng)后的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像。
[0021] 優(yōu)選地，其中，
[0022] 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)快速移動(dòng)的線激光作為線狀熱源，進(jìn)一步為：優(yōu)化使用激光打標(biāo)機(jī)， 電流控制在10A，在TBC試件表面匯聚出紅色的直徑在300微米的激光點(diǎn)，控制激光點(diǎn)以直 線方向1000mm/s以上的速度做線狀移動(dòng)，并以垂直于移動(dòng)方向進(jìn)行掃描。
[0023] 優(yōu)選地，其中，
[0024] 所述構(gòu)造沿線激光方向整體平均的全場(chǎng)定向載波溫度場(chǎng)，進(jìn)一步為：
[0025] 選取任一時(shí)刻的溫度場(chǎng)圖像，將沿平行于線激光方向上的所有像素點(diǎn)的溫度值加 和后取平均值，作為該行的所有點(diǎn)的載波溫度值；在垂直于線激光方向上所有列都執(zhí)行此 操作后，得到構(gòu)造的沿線激光方向整體平均的載波溫度場(chǎng)，具體理論公式如下：
[0027] Tact(t) (Xl，y])為t時(shí)刻熱像儀采集到的溫度場(chǎng)圖像，m為橫坐標(biāo)像素個(gè)數(shù)，η為縱 坐標(biāo)像素個(gè)數(shù)，T fltw (X，y)為t時(shí)刻構(gòu)造的沿線激光方向整體平均的載波溫度場(chǎng)。
[0028] 優(yōu)選地，其中，
[0029] 所述從原始熱紅外圖像中減去全場(chǎng)定向載波溫度場(chǎng)，進(jìn)一步為：
[0030]用每一個(gè)時(shí)刻的溫度場(chǎng)減去沒(méi)有熱激勵(lì)的溫度場(chǎng)和構(gòu)造的該時(shí)刻的定向載波溫 度場(chǎng)，得到該時(shí)刻僅含有線激光激發(fā)的噪音減弱的缺陷處的響應(yīng)溫度場(chǎng)，將所有時(shí)刻的響 應(yīng)溫度場(chǎng)進(jìn)行加和，得到全場(chǎng)范圍減弱噪音的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像，具體理論公式如下：
[0032] Tacta) (Xi, yj為t時(shí)刻熱像儀采集到的溫度場(chǎng)圖像，Tfitw (X，y)為t時(shí)刻構(gòu)造的沿 線激光方向整體平均的載波溫度場(chǎng)，Tci(Xj)為沒(méi)有線激光激勵(lì)時(shí)的溫度場(chǎng)，I resultl(Xj)為 全場(chǎng)范圍的缺陷響應(yīng)溫度場(chǎng)圖像。
[0033] 優(yōu)選地，其中，
[0034] 所述采用在熱源附近加窗三時(shí)刻求振幅、去除噪音熱響應(yīng)的方法進(jìn)行后處理，進(jìn) 一步為：
[0035] 選擇比線激光尺寸略大的固定長(zhǎng)方形區(qū)域作為計(jì)算窗口，根據(jù)計(jì)算窗口的位置選 擇掃描前、掃描中和掃描后三個(gè)時(shí)刻的溫度場(chǎng)圖像，對(duì)計(jì)算窗口內(nèi)的每一個(gè)像素點(diǎn)的溫度 值進(jìn)行振幅值求解，計(jì)算窗口外的振幅場(chǎng)為空，求解公式如下：

分別為線光源掃描前、掃描中和掃描后三個(gè)時(shí) 刻對(duì)應(yīng)的計(jì)算窗口內(nèi)的原始溫度場(chǎng)圖像，Tatltw (X，y)為t時(shí)刻計(jì)算窗口內(nèi)的直接計(jì)算得到 的振幅場(chǎng)圖像；
[0038] 在計(jì)算窗口內(nèi)，將沿平行于線激光方向上的所有像素點(diǎn)的溫度值加和后取平均 值作為該行的所有點(diǎn)的載波溫度值，在計(jì)算窗口內(nèi)垂直于線激光方向上所有列都執(zhí)行此操 作后，計(jì)算窗口外振幅場(chǎng)為空，具體理論公式如下：
[0040] Tatltw (X，y)為t時(shí)刻計(jì)算窗口內(nèi)直接計(jì)算得到的振幅場(chǎng)，m為橫坐標(biāo)的像素個(gè)數(shù)， TfitW (X，y)為t時(shí)刻計(jì)算窗口內(nèi)的構(gòu)造載波振幅場(chǎng)。
[0041] 優(yōu)選地，其中，進(jìn)一步還包括：
[0042] 將求解得到的振幅場(chǎng)減去構(gòu)造載波振幅平均