曲面热障涂层中脱粘缺陷的精确定位
作者单位：北京理工大学宇航学院 清华大学航天航空学院
会议名称：《北京力学会第二十四届学术年会》
会议日期：2018年
学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程]
基 金：国家自然科学基金资助项目(11372037 11572041 11232008)
关 键 词：线激光扫描热成像 热障涂层 脱粘缺陷 温度条纹 三维表面形貌重建
摘 要：热障涂层(thermal barrier coatings,TBC)中脱粘缺陷的存在和演化是造成涡轮发动机叶片过早失效的关键问题之一。本文发展了针对复杂曲面构件缺陷检测的线激光热成像技术,利用线激光能够快速激发出TBC构件脱粘缺陷独特的热响应特征。由于试件曲面高度不同以及局部表面辐射率异常造成的试件表面温度分布不均等现象,降低了该热响应特征的对比度,干扰了缺陷的识别。为了消除这一影响,发展了沿扫描路径的加窗均值载波后处理算法,能够精确地突显脱粘缺陷处的热响应特征,从而实现对复杂曲面TBC构件脱粘缺陷的无损检测。同时发展了温度条纹三维形貌测量新技术方法,线激光在被测物体表面扫描时产生的热响应除了可以用做缺陷检测,也可视作温度条纹,该温度条纹受到待测物体表面形貌信息的调制,通过对温度条纹的分析,重建出被测物体表面的三维形貌。利用本文发展的方法,只使用一台激光器和一台红外热像仪,在一次扫描过程中可以同时同步实现缺陷检测和形貌测量(如图1所示)。经通过真实的涡轮叶片人工脱粘缺陷的检测,表明:利用本文提出的方法与技术,能够在一次扫描过程中可以同时同步实现缺陷检测和形貌测量,具有实现脱粘缺陷的三维空间位置定位的潜力。