[发明专利]用于无损测定绝缘涂层的方法和装置

说明书

技术领域

本发明根据某些实施例涉及一种用于确定绝缘涂层的厚度以及传导率的无 损测试技术。更特别地，本发明提供一种用于测量绝缘涂层的厚度和传导率的 高速红外瞬时热成像的方法和装置。

背景技术

这些年来，已经利用各种无损超声测量技术来确定铸造金属或其它固体物 体的横截面厚度。遗憾的是，进行超声测量来检查横截面厚度通常需要利用换 能器对整个表面进行麻烦且耗时的机械扫描。此外，为了促进换能器与物体表 面之间密切的声波接触以将超声波适当传播到物体中，必须对表面涂覆液体耦 合剂的流，或者可选择地，必须调节使物体整个浸入到耦合剂中。然而，由于 许多结构和材料的原因，这种调节不切实际或者甚至不可行。而且，能够扫描 并在几何上分析复杂部件的超声系统通常非常昂贵且复杂。此外，换能器在大 物体的表面上进行机械扫描会是耗时的过程，从而增加了成本和生产时间。

相比之下，红外(IR)瞬时热成像是稍微更通用的无损测试技术，其依赖 于对经过物体的热传递的时间测量，以提供关于物体的结构和完整性的信息。 经过物体的热流基本上不受物体材料的微结构和单晶取向的影响，因此，红外 瞬时热成像分析基本上没有对于超声测量所产生的限制。另外，瞬时热成像分 析方法没有明显地受到所测试物体的尺寸、轮廓或形状的妨碍，而且能够比大 多数常规超声测量方法快十到一百倍来完成，尤其是当测试具有大的表面积的 物体时。

按照惯例，红外(IR)摄像机已经用于记录并存储加热后的物体表面的连 续的热图像(帧)。每个视频图像由固定数目的像素构成，每个像素表示图像 阵列或帧中的一个小图像元素。在被成像物体的表面上，每个像素对应于一个 称为分辨元素的矩形区域。因为在每个分辨元素处的温度直接与相应像素的强 度有关，所以可以根据像素对比度的变化来分析物体表面上每个分辨元素的温 度变化。

现在瞬时热成像的一种已知应用是确定在固态非金属复合材料内缺陷的尺 寸和相对位置(深度)的能力；瞬时热成像的另一种应用是用于确定金属物体 的厚度。近来也已经尝试测量绝缘涂层的厚度。这些尝试包括建模技术，其中 绝缘涂层厚度可以通过使涂层数据适合于模型并将其与已知的厚度标准进行比 较来获得。遗憾的是，这些技术包括涂层厚度的逐点测量，因此花费时间且计 算复杂。绝缘涂层的厚度测量的另一方面在于，随着涂层的老化，涂层的热导 率改变并影响涂层的厚度。因此，为了精确测量厚度还需要确定绝缘涂层的热 导率。

因此，需要一种不用厚度标准就能定量地测量绝缘涂层的绝对厚度的技 术。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于为布置在物体中基底(substrate) 上的绝缘涂层确定厚度和热导率的装置。该装置包括对物体的表面快速施加多 个光脉冲的光源(source)，其中该表面包括绝缘涂层。该系统还包括记录系统， 该记录系统被配置成收集表示光脉冲在物体中的传播的数据。该装置还包括处 理器，该处理器被耦合到记录系统，并且被配置成接收来自记录系统的数据， 以及被配置成确定绝缘涂层的厚度值和热导率值。

根据本技术的另一方面，提供一种用于确定绝缘涂层的厚度和热导率的方 法。该方法包括获得对于绝缘涂层和对于基底的各自的时间-温度响应，其中绝 缘涂层被布置在基底上。该方法还包括根据对于涂层和对于基底的各自的时间- 温度响应来测量对数增量(deltalog)值和测量拐点值。该方法还包括利用对数 增量值或拐点值来计算一个或多个涂层特征值。最后，该方法包括利用一个或 多个涂层特征值来确定热导率值或涂层厚度值。

附图说明

当参考附图阅读以下的详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面以 及优点将变得更好理解，其中整个附图中相同的附图标记表示相同的部件，其 中：

图1是根据本发明的一个方面用于确定并显示绝缘涂层的厚度和热导率的 示例性红外瞬时热成像系统的图示；

图2是利用图1的系统所获得的涂层和基底的时间-温度响应的一个模拟 图形表示；

图3是利用图1的系统所获得的涂层和基底的时间-温度响应的对数的另 一模拟图形表示；以及

图4是说明根据本发明的一个方面用于确定绝缘涂层的厚度和热导率的无 损检查方法的示例性步骤的流程图。

具体实施方式