適用于tbc脫粘缺陷快速檢測線激光掃描熱波成像方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及實驗力學中無損檢測及圖像處理技術領域，具體地說，涉及一種適用 于TBC脫粘缺陷快速檢測線激光掃描熱波成像方法。
【背景技術】
[0002] 渦輪葉片通常采用定向凝固合金和單晶合金材料，服役溫度只能達到l〇〇〇°C，不 能滿足現代發動機的工作溫度需要。針對這種情況，人們發展了 TBC以保護金屬基底，涂覆 TBC的發動機渦輪葉片能在1600°C的高溫下運行，提高發動機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構系統，通常由基底、中間過渡層以 及陶瓷層組成，各層有明顯不同的物理、熱、機械性能，復雜的結構和苛刻工作環境使得TBC 在使用過程中脫落導致失效問題，因此要求我們對脫粘的TBC進行無損檢測。
[0003] TBC的一些固有特性如多孔性、較薄的厚度使得一些傳統的無損檢測方法如渦流 檢測、阻抗檢測在TBC的檢測上存在技術、檢測效率的局限性。如何對TBC系統中的缺陷進 行無損檢測成為TBC應用中亟待解決的問題。
[0004] 中國專利申請號201510147560. 4(公開號CN104713906A，公開日為2015年6月17 日）的發明創造名稱為：一種微波鎖相熱成像系統及方法，該申請公開了一種微波鎖相熱 成像系統，該系統采用鎖相信號調制后的連續波對被檢對象進行周期性加熱，采用熱像儀 記錄被檢對象表面周期性變化的溫度信號，該溫度信號可以反映缺陷造成的熱波異常。同 樣，在中國專利申請號201510124036. 5(公開號CN 104698035 A，公開日為2015年6月10) 的發明創造名稱為：一種微波階躍熱成像檢測和層析成像方法及系統中，采用相關無損檢 測方法進行測試，得到了未知缺陷的定量深度測量。
[0005] 關于熱障涂層的無損檢測中，中國專利號2012010436106. 7 (公開號CN 1029549668 A，公開日為2013年3月6日）的發明創造名稱為：熱障涂層部件電磁渦流熱 成像無損檢測系統及檢測方法，該申請公開了一種電磁渦流熱成像無損檢測系統及檢測方 法，采用渦流進行試件加熱，通過紅外熱像儀進行采集圖像，可以得到脫粘位置、缺陷數量 和損傷成度。
[0006] 更近一步，關于熱障涂層的紅外熱成像無損檢測系統，中國專利申請號 201420723314. 7 (公開號CN 204203143 U，公開日為2015年3月11日）的發明創造名稱 為：新型熱障涂層結構的光紅外熱波檢測裝置，該申請公開了一種新型熱障涂層結構的光 紅外熱波檢測裝置，采用高能閃光脈沖加熱燈作為熱激勵，紅外熱像儀進行采集圖像，但沒 有提出檢測缺陷的靈敏度和分辨力的問題，也并沒有提到對采集圖像后處理的方法。
【發明內容】
[0007] 有鑒于此，本申請所要解決的技術問題是提供了一種適用于TBC脫粘缺陷快速檢 測線激光掃描熱波成像方法，不僅能對檢測出TBC的脫粘缺陷，而且具有較高的精度，檢測 時不會對TBC造成破壞，操作簡便且具有較高效率，還能對系統采集的圖片進行后處理。
[0008] 為了解決上述技術問題，本申請有如下技術方案：
[0009] -種適用于TBC脫粘缺陷快速檢測線激光掃描熱波成像方法，其特征在于，包括：
[0010] 優化設計快速移動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 行掃描激勵，在粗掃檢測階段對試件表面進行大范圍線狀快速掃描，采集獲得粗掃檢測階 段的熱紅外圖像，并進行熱紅外圖像分析；對于發現疑似缺陷的微區域進行細掃描，獲得細 掃檢測階段的熱紅外圖像；
[0011] 對于所述粗掃檢測階段的熱紅外圖像：
[0012] 進行熱紅外圖像后處理，得到全場范圍的缺陷響應溫度場圖像和全場范圍的去除 噪音熱響應后的缺陷響應溫度場圖像；采用自適應變權重濾窗方法，得到全場范圍去除包 括邊緣噪音在內所有噪音影響的缺陷響應溫度場圖像；
[0013] 對于所述細掃檢測階段的熱紅外圖像：
[0014] 按照瞬態微面熱源脈沖激勵的處理方法，對采集到的某時間序列內的溫度圖像進 行傅里葉變換，得到微區域內給定頻率下的僅含缺陷響應的振幅場和相位場。
[0015] 優選地，其中，
[0016] 所述得到全場范圍的缺陷響應溫度場圖像，進一步為：
[0017] 構造沿線激光方向整體平均的全場定向載波溫度場，從原始熱紅外圖像中減去全 場定向載波溫度場，得到噪音減弱且僅含有缺陷響應的溫度場圖像，對所有時刻的僅含有 缺陷響應溫度場圖像疊加，得到所述全場范圍的缺陷響應溫度場圖像。
[0018] 優選地，其中，
[0019] 得到全場范圍的去除噪音熱響應后的缺陷響應溫度場圖像，進一步為：
[0020] 用所述粗掃檢測階段的熱紅外圖像減去沒有熱源激勵的初始圖像，采用在熱源附 近加窗三時刻求振幅、去除噪音熱響應的方法進行后處理，將所有時刻在特定窗口內的響 應振幅場進行疊加，得到所述全場范圍的去除噪音熱響應后的缺陷響應溫度場圖像。
[0021] 優選地，其中，
[0022] 所述優化設計快速移動的線激光作為線狀熱源，進一步為：優化使用激光打標機， 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，控制激光點以直 線方向1000mm/s以上的速度做線狀移動，并以垂直于移動方向進行掃描。
[0023] 優選地，其中，
[0024] 所述構造沿線激光方向整體平均的全場定向載波溫度場，進一步為：
[0025] 選取任一時刻的溫度場圖像，將沿平行于線激光方向上的所有像素點的溫度值加 和后取平均值，作為該行的所有點的載波溫度值；在垂直于線激光方向上所有列都執行此 操作后，得到構造的沿線激光方向整體平均的載波溫度場，具體理論公式如下：
[0027] Tact(t) (Xl，y])為t時刻熱像儀采集到的溫度場圖像，m為橫坐標像素個數，η為縱 坐標像素個數，T fltw (X，y)為t時刻構造的沿線激光方向整體平均的載波溫度場。
[0028] 優選地，其中，
[0029] 所述從原始熱紅外圖像中減去全場定向載波溫度場，進一步為：
[0030]用每一個時刻的溫度場減去沒有熱激勵的溫度場和構造的該時刻的定向載波溫 度場，得到該時刻僅含有線激光激發的噪音減弱的缺陷處的響應溫度場，將所有時刻的響 應溫度場進行加和，得到全場范圍減弱噪音的缺陷響應溫度場圖像，具體理論公式如下：
[0032] Tacta) (Xi, yj為t時刻熱像儀采集到的溫度場圖像，Tfitw (X，y)為t時刻構造的沿 線激光方向整體平均的載波溫度場，Tci(Xj)為沒有線激光激勵時的溫度場，I resultl(Xj)為 全場范圍的缺陷響應溫度場圖像。
[0033] 優選地，其中，
[0034] 所述采用在熱源附近加窗三時刻求振幅、去除噪音熱響應的方法進行后處理，進 一步為：
[0035] 選擇比線激光尺寸略大的固定長方形區域作為計算窗口，根據計算窗口的位置選 擇掃描前、掃描中和掃描后三個時刻的溫度場圖像，對計算窗口內的每一個像素點的溫度 值進行振幅值求解，計算窗口外的振幅場為空，求解公式如下：
分別為線光源掃描前、掃描中和掃描后三個時 刻對應的計算窗口內的原始溫度場圖像，Tatltw (X，y)為t時刻計算窗口內的直接計算得到 的振幅場圖像；
[0038] 在計算窗口內，將沿平行于線激光方向上的所有像素點的溫度值加和后取平均 值作為該行的所有點的載波溫度值，在計算窗口內垂直于線激光方向上所有列都執行此操 作后，計算窗口外振幅場為空，具體理論公式如下：
[0040] Tatltw (X，y)為t時刻計算窗口內直接計算得到的振幅場，m為橫坐標的像素個數， TfitW (X，y)為t時刻計算窗口內的構造載波振幅場。
[0041] 優選地，其中，進一步還包括：
[0042] 將求解得到的振幅場減去構造載波振幅平均