[发明专利]基于Welch法谱估计的超薄涂层厚度均匀性无损检测方法

说明书

一、技术领域

本发明提出的是一种基于Welch法谱估计的超薄涂层厚度均匀性无损检测方法，属于材料超声无损检测与评价技术领域。

二、背景技术

表面涂层工艺广泛应用于航空航天、信息电子、医药以及其他制造业，表示涂层中的厚度及其均匀性直接影响到涂层性能的好坏。因此，对工件涂层加工的质量快速准确无损检测是非常有必要的。

目前，利用超声波法检测涂层厚度主要包括超声脉冲回波、超声表面波这两种技术。利用超声脉冲回波测量涂层厚度主要是基于干涉原理的各种超声频谱分析方法，如N.F Haines等的论文“The application of broadband ultrasonic spectroscopy to the study of layered media”中获得了钢表面腐蚀层的声压反射系数系数谱和相位谱的谐振频率并进而确定了腐蚀层的厚度，专利(林莉，胡志雄等.基于声压反射系数自相关函数的薄层厚度超声检测方法[P].申请号：201310036748,2013.)中利用自相关函数对铝质薄层试样进行超声测厚，专利(雷明凯，林莉等.一种超声信号频谱滤波技术无损测量涂层厚度的方法[P].申请号：201310577801,2013)利用声压反射系数法结合频谱滤波技术得到涂层厚度，但上述超声测量方法受到上表面回波信号的干扰及其频谱分析方法的限制，某些情况下在频谱图上并不能准确获得谐振频率。利用超声表面波技术检测涂层厚度，主要是依据声波在涂层中的频散方程，通过测量涂层相速度频散曲线，然后结合反演技术计算涂层厚度，由于涂层厚度多在数十微米至百微米级，因此所需激发的表面波频率多在40MHz—200MHz范围，目前多借助激光来激发，然而由于光声转换效率低、回波信号弱及检测灵敏度低等因素限制其引用。而且迄今为止，尚未发现有对于涂层厚度均匀性检测的相关研究。

三、发明内容

本发明的目的是提供了一种基于Welch法谱估计的超薄涂层厚度均匀性无损检测方法，可以用于涂层厚度及其均匀性的快速、准确测量。

本发明的技术方案是：一种基于Welch法谱估计的涂层厚度超声测量方法，包括超声检测装置、水浸聚焦探头、涂层试样、驱动装置、高频示波器以及计算机组成的超声显微扫查系统。采用的测量步骤如下：

(1)首先根据公式1计算得到探头与试样的距离d_w，然后将聚焦探头置于试样上表面，并保证探头主声束轴线与试样表面处置，调节探头与试样上表面的距离至d_w，公式1：

d_wb＝d_f-(C_T/C_w)t

式中：d_wb表示探头与表面的距离，C_T为基底声速，C_w为水中声速,t为集体厚度,d_f为探头焦距。

(2)利用超声显微系统向涂层试样垂直发射纵波，并利用高频示波器采集涂层某一点的上表面反射回波和下表面n次回波混叠所形成的A扫信号。

(3)根据所采用聚焦探头的脉冲持续时间，去除(2)采集到的A扫波形的上表面回波，得到下表面n次回波信号。

(4)将所述(3)中的n次回波信号x_N(n)代入公式2，得到涂层试样的Welch功率谱，公式2：