[实用新型]热波成像膜层厚度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于热波成像技术的膜层厚度检测系统及方法，特别是采用脉冲式均匀热激励，并采用逐行扫描热成像技术实现对膜层厚度的检测，属红外无损检测技术领域。

背景技术

随着科学技术的快速发展，涂层与薄膜的应用越来越广泛，工业界对膜层厚度的测量提出了更高的要求，比如要求在线、非接触、实时检测等等。目前对膜层厚度的检测所使用的常规方法主要包括涡流、超声、X射线、探针法和光学法等，但这些方法不能完全满足现代工业对膜厚测量的要求，如涡流法对衬底材料性质有要求，必须导电；超声法需要耦合剂，并且不能有效测量薄膜层；X射线要求样品必须是可进行透射检测，并且有特殊安全防护的要求；探针法属接触型的检测，可能会伤害样品；而光学法要求膜层必须是透明介质，且具有很高光洁度，等等。目前很多涂层的具有厚度薄、非透明、脆弱易受损等特性，因此满足这些膜层的测量需要采用更先进的技术手段。

热波成像技术是近代发展起来的一项无损检测手段，其基本原理是采用热激励源对试件表面进行加热，产生热脉冲并向试件内部传播，当热波在试件内部遇到缺陷或者热阻抗发生变化的地方热能就会产生一部分反射回到试件的表面，在试件表面形成动态的温度分布。采用红外热像仪记录试件表面温度随时间变化的信息，再通过图像处理对热波信号进行校正、数据处理和分析，实现对膜层厚度的检测。相比传统的无损检测手段，热波成像技术具有独特的优势，比如非接触、大面积快速成像、适合非透明涂层、对材料的热学性质敏感等，可以满足现代工业中对膜层厚度检测的需求。

采用热波成像技术检测膜层时需要得到热波信号随时间变化的曲线，这通常是通过对样品表面连续采集一系列红外图像得到的，每帧图像代表一个数据点，采样频率即为帧频，例如对50Hz帧频的热像仪来说，采样周期就为20毫秒。对于较薄的膜层、特别是高导热率材料膜层的检测，因其热波信号变化很快，如在几十甚至几毫秒时间以内，因此通常的热像仪无法采集足够的数据点来得到完整的热波信号随时间变化的曲线。为此目前只有采用高帧频的热像仪，而这种热像仪十分昂贵，从因而限制了该项技术的应用。

发明内容

本发明的目的就是针对目前膜层厚度测量技术的不足，提出一种新的基于热波成像技术的膜厚检测方法。其具体方法是：首先对样品表面进行全幅脉冲热激励，即样品表面各点的热脉冲产生于同一时刻；在对样品表面热波信号进行采集时，采用逐行扫描的形式，即相邻两行的采集时间有个时间为行频周期的延时。这样得到的一幅热波图像上不同行的热波信号具有不同的延时，沿着热像仪行扫描的方向，这个延时在逐步的增加。这样热波信号在沿着扫描方向的变化等同于该信号在时间上的变化。沿着热像仪行扫描的方向将每行的热波信号连成曲线，再将其与理论模型进行拟合，从而可以推导出膜层的厚度。在这种情况下，热波信号采样频率为热像仪的行频，因此相比于传统方法中采样频率为帧频的情况提高了数百倍，这样对热像仪的性能要求大幅降低。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式系统方框图；

图2为热波成像原理示意图；

图3为不同厚度膜层的热波信号随时间变化曲线；

图4（a）为逐行扫描热像仪的工作方式；

图4（b）为采用逐行扫描热像仪时的热波信号随时间变化曲线；

图5为本发明的另一种实施方式系统方框图；

图6为本发明的又一种实施方式系统方框图。

具体实施方式

为了使本发明的特点能够更好地被理解，以下将结合具体附图和实施例对本发明做进一步说明。