基于红外无损检测技术的涂层厚度检测方法研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于红外无损检测技术的涂层厚度检测方法研究学科专业仪器科学与技术学号201521070101作者姓名何棱云指导教师白利兵副教授分类号密级UDC学位论文基于红外无损检测技术的涂层厚度检测方法研究何棱云指导教师白利兵副教授电子科技大学成都申请学位级别硕士学科专业仪器科学与技术提交论文日期2018.4.2论文答辩日期2018.5.14学位授予单位和日期电子

2、科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人2RESEARCHONCOATINGTHICKNESSMEASURMENTBASEDONINFRAREDNONDESTRUCTIVETESTINGTECHNOLOGYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:InstrumentScienceandEngineeringAuthor:HeLingyunSupervisor:Associa

3、teProf.BaiLibingSchool:SchoolofAutomationEngineering3独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有

4、权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）4摘要摘要在保留基底材料性质的前提下，涂层能够为基底增加其不具备的功能，如耐高温、抗腐蚀和耐磨损等，被广泛用于航空航天、汽车、建筑等行业。复杂的制备工艺和恶劣的服役环境使得涂层易产生厚度偏差、磨损、裂纹、脱粘、气孔等缺陷。涂层厚度是涂层设计及服役过程中的一个关键指标

5、，过薄或过厚的涂层厚度均会对涂层关键性能造成严重的影响，在涂层制备及服役中需要控制涂层厚度以保证涂层的有效性。红外无损检测技术具有单次检测面积大、快速、非接触等优点，由于涂层结构的复杂热物性，目前基于红外无损检测技术的涂层厚度测量研究还处于初级阶段。本文从传热学理论入手，探讨涂层结构中持续热波传递机制，并对不同条件下的涂层结构进行仿真计算；进而基于仿真分析结果，搭建持续热波激励红外无损检测平台，对温度信号进行滤波及滤波后的拟合，对基于持续热流激励的涂层厚度检测方面开展深入的研究。根据传热学相关理论，通

6、过分析热流在涂层结构内部的传递过程，构建了涂层结构内的温度场模型，确定材料及厚度与涂层结构表面温度的关联性；基于有限元相关理论，对涂层结构进行仿真计算；通过对涂层厚度、基底厚度、涂层材料和基底材料分别进行变量控制，分析了影响涂层温度信号变化的因素，为特征提取算法提供理论依据；搭建了持续热流激励红外无损检测平台与制备实验标准试件，通过实验获得热图像视频流，并对原始数据进行基于Savitzky-Golay滤波算法处理和基于Leave-One-OutCross-Validation的拟合处理等操作，设计了基

7、于温度曲线的涂层厚度测量方法、基于k范围温度变化率的涂层厚度检测方法、基于k范围温度变化率交点的涂层厚度检测方法，从温度信号中提取出与涂层厚度相关的特征信息。论文中开展了相应的测试精度研究，结果表明以上三种方法能够实现涂层厚度的有效测量。关键词：涂层测厚；红外热波无损检测；有限元仿真IABSTRACTABSTRACTUnderthepremiseofpreservingthepropertiesofthesubstratematerial,thecoatinghasthecharacteristics

8、ofincreasingabilitythatarenotbelongtosubstrate,suchashightemperatureresistance,corrosionresistanceandweardurable,iswidelyusedintheaerospace,automobile,constructionandotherindustries.Complexmanufacturingprocessandterribleserviceen