一種涂層下基體材料的鑒別方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種涂層下基體材料的鑒別方法，包括：利用光脈沖對涂敷涂層的第一目標進行激勵，通過紅外熱像儀采集紅外熱像圖序列；針對第一目標任一點，獲取該點的溫度?時間數據，進而獲取該點的對數降溫曲線；計算對數降溫曲線的斜率，進而計算該點的分離特征值；獲取第一目標每一點的分離特征值；進而得到第一目標表面灰階圖；獲得多個目標中每一目標的表面灰階圖；根據表面灰階圖鑒別多個目標的基體材料；本發明能夠通過分析不同基體與涂層對數降溫曲線的分離程度，實現涂層下基體材料的檢測和識別。
【專利說明】
一種涂層下基體材料的鑒別方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及紅外特性測量領域，尤其涉及一種涂層下基體材料的鑒別方法及裝 置。
【背景技術】
[0002] 涂層涂覆技術廣泛應用于航空航天、機械工程、信息技術、微電子技術、光信息科 學等領域，涂層涂覆的質量直接影響其實際應用。涂層質量檢測有很多手段，紅外熱成像是 其中之一。紅外熱成像是一項新興的技術，與傳統的檢測方法相比，該技術速度快、非接觸、 無污染。但由于目標的紅外輻射僅與其表面幾十微米厚度內的材料特性有關，因而涂有同 一種涂料的基體材料在紅外圖像中往往表現相同，單純分析目標熱平衡狀態下某一時刻的 紅外特性難以對其進行有效的檢測和識別。
[0003] 因此，亟需一種涂層下基體材料的鑒別方法及裝置，利用可控、有效的激勵手段來 打破涂層材料熱平衡，通過研究變化的溫場來反演內部物質的熱物理屬性。

【發明內容】

[0004] 本發明提供一種基于光脈沖激勵紅外熱成像進行涂層下基體材料鑒別的方法及 裝置，通過分析不同基體與涂層對數降溫曲線的分離程度，開發相應的數據處理算法，實現 涂層下基體材料的檢測和識別。
[0005] 本發明一方面提供一種涂層下基體材料的鑒別方法，包括步驟:S1.利用光脈沖對 涂敷涂層的第一目標表面進行激勵，通過紅外熱像儀采集第一目標表面的紅外信息，得到 紅外熱像圖序列;S2.針對第一目標表面的任一點，根據所述紅外熱像圖序列獲取該點的溫 度-時間數據，通過溫度-時間數據獲取該點的對數降溫曲線;S3.計算所述對數降溫曲線的 斜率，并根據所述對數降溫曲線的斜率計算該點的分離特征值;S4.重復步驟S1-S3,獲取第 一目標表面每一點的分離特征值;根據第一目標表面每一點的分離特征值，得到第一目標 表面灰階圖；S5.針對第二目標、第三目標…第N目標中的每一目標，重復步驟S1-S4,獲得所 述每一目標的表面灰階圖；根據表面灰階圖鑒別N個目標的基體材料;其中，N為大于1的整 數。
[0006] 優選的，通過溫度-時間數據獲取該點的對數降溫曲線具體為:對溫度-時間數據 進行減背景處理、歸一化處理、取對數處理，得到對數降溫曲線。
[0007] 優選的，所述歸一化處理為:獲取溫度-時間數據中的最大溫度值，根據最大溫度 值對溫度-時間數據進行歸一化處理;所述取對數處理為對溫度-時間數據中的溫度、時間 分別取對數。
[0008] 優選的，計算所述對數降溫曲線的斜率包括：
[0009] S31.選取符合第一預設規則的第一時間值與第二時間值，通過對數降溫曲線獲取 對應于第一時間值的第一溫度值、對應于第二時間值的第二溫度值；
[0010] S32.根據公式1計算對數降溫曲線的斜率；
[0012] 其中，k為對數降溫曲線的斜率，a為第一時間值，m為第二時間值，b為第一溫度值， η為第二溫度值;b = f(a)，n = f(m)，y = f(x)為對數降溫曲線。
[0013] 優選的，第一預設規則具體為:第一時間值與第二時間值的差不小于預設間隔。
[0014] 優選的，根據所述對數降溫曲線的斜率計算該點的分離特征值包括：
[0015] S33.對對數降溫曲線中采集于光脈沖激勵之后的最早的Μ組數據進行擬合得到涂 層斜率；
[0016] S34.將對數降溫曲線的斜率與涂層斜率的差值作為該點的分離特征值；
[0017] 其中，Μ為小于15的正整數。
[0018] 優選的，在所述根據第一目標表面每一點的分離特征值，得到第一目標表面灰階 圖之前，步驟S4還包括:預先設置分離特征值與灰階值的對應關系。
[0019] 優選的，根據表面灰階圖鑒別Ν個目標的基體材料具體為:根據Ν個目標表面灰階 圖直接區分各目標的基體材料;或將Ν個目標中每一目標表面各點的分離特征值與標準試 件的分離特征值比較，確定各目標的基體材料。
[0020] 優選的，所述標準試件為預先設置，所述標準試件的分離特征值根據步驟S1-S4獲 得。
[0021] 本發明另一方面提供一種涂層下基體材料的鑒別裝置，包括：
[0022] 信息采集單元，用于利用光脈沖對涂敷涂層的Ν個目標中的每一目標表面進行激 勵，通過紅外熱像儀采集每一目標表面的紅外信息，得到每一目標的紅外熱像圖序列；
[0023] 對數降溫曲線獲取單元，用于根據紅外熱像圖序列獲取每一目標表面每一點的溫 度-時間數據，對溫度-時間數據進行減背景處理、最大值歸一化處理、取對數處理后得到所 述每一點的對數降溫曲線；
[0024] 分離特征值計算單元，用于利用兩點法計算所述每一點的對數降溫曲線的斜率， 并將對數降溫曲線的斜率與涂層斜率的差值作為所述每一點的分離特征值；
[0025] 灰階圖獲取單元，用于根據所述每一點的分離特征值及預先設置的分離特征值與 灰階值的對應關系，得到Ν個目標中的每一目標的表面灰階圖；
[0026] 基體材料鑒別單元，用于根據表面灰階圖鑒別Ν個目標的基體材料；
[0027] 其中，涂層斜率為對對數降溫曲線中采集于光脈沖激勵之后的最早的Μ組數據進 行擬合得到的，Μ為小于15的正整數，Ν為大于1的整數。
[0028] 本發明提供的基于光脈沖激勵紅外熱成像進行涂層下基體材料鑒別的方法及裝 置，通過分析不同基體與涂層對數降溫曲線的分離程度，開發相應的數據處理算法，實現涂 層下基體材料的檢測和識別。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明的涂層下基體材料的鑒別方法示意圖；
[0030]圖2是本發明的涂層下基體材料的鑒別裝置示意圖；
[0031]圖3是不同基體對數降溫曲線分離示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優選實 施例，對本發明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節僅僅是為 了使讀者對本發明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節也可以 實現本發明的這些方面。
[0033]光脈沖激勵是一種檢測涂層涂覆質量與厚度的有效手段，但現有技術中沒有利用 該技術對涂層材料表面下基體的熱物理屬性進行鑒別的研究。本發明考慮到，利用可控、有 效的光脈沖激勵來打破涂層材料熱平衡，通過分析不同基體與涂層對數降溫曲線的分離程 度，開發相應的數據處理算法，能夠實現涂層下基體材料的檢測和識別。
[0034] 圖1示出了本發明的涂層下基體材料的鑒別方法，如圖1所示：
[0035] 在步驟S1，利用光脈沖對涂敷涂層的第一目標表面進行激勵，通過紅外熱像儀采 集第一目標表面的紅外信息，得到紅外熱像圖序列。
[0036] 紅外熱像圖序列由按照采集時間先后順序排列的多幀紅外熱像圖組成，紅外熱像 圖的幀數越多，測試結果就越精確。紅外熱像圖采集于光脈沖對涂敷涂層的第一目標表面 進行激勵之后。
[0037] 接下來，在步驟S2,針對第一目標表面的任一點，根據紅外熱像圖序列獲取該點的 溫度-時間數據，通過溫度-時間數據獲取該點的對數降溫曲線。
[0038] 根據紅外熱像圖序列的電平-時間數據能夠獲得溫度-時間數據。
[0039] 在本發明優選實施例中，通過溫度-時間數據獲取該點的對數降溫曲線具體為:對 溫度-時間數據進行減背景處理、歸一化處理、取對數處理，得到對數降溫曲線。
[0040] 減背景處理具體為將溫度-時間數據減去背景數據，獲得不包含背景信息的目標 數據。
[0041] 較佳地，本發明一個優選實施例中，歸一化處理為:獲取溫度-時間數據中的最大 溫度值，根據最大溫度值對溫度-時間數據進行歸一化處理;取對數處理為對溫度-時間數 據中的溫度、時間分別取對數。
[0042] 接著，在步驟S3,計算對數降溫曲線的斜率，并根據對數降溫曲線的斜率計算該點 的分離特征值。
[0043] 作為一個優選方案，計算對數降溫曲線的斜率可以包括如下執行過程：
[0044] 首先，在步驟S31，選取符合第一預設規則的第一時間值與第二時間值，通過對數 降溫曲線獲取對應于第一時間值的第一溫度值、對應于第二時間值的第二溫度值；
[0045] 接著，在步驟S32,根據公式1計算對數降溫曲線的斜率；
[0047] 其中，k為對數降溫曲線的斜率，a為第一時間值，m為第二時間值，b為第一溫度值， η為第二溫度值;b = f(a)，n = f(m)，y = f(x)為對數降溫曲線。
[0048] 對數降溫曲線能夠反映目標基體材料的導熱性能。
[0049] 在本發明優選實施例中，第一預設規則具體為:第一時間值與第二時間值的差不 小于預設間隔。第一時間值與第二時間值的差若太小，由此計算的斜率就無法反映對數降 溫曲線的完整信息，故二者必須保持一定間隔。
[0050] 較佳地，本發明一個優選實施例中，根據對數降溫曲線的斜率計算該點的分離特 征值具體如下執行：
[0051] 首先，在步驟S33,對對數降溫曲線中采集于光脈沖激勵之后的最早的Μ組數據進 行擬合得到涂層斜率；
[0052] 接著，在步驟S34,將對數降溫曲線的斜率與涂層斜率的差值作為該點的分離特征 值；
[0053] 其中，Μ為小于15的正整數
[0054] 對數降溫曲線中的數據即溫度-時間數據進行減背景處理、歸一化處理、取對數處 理生成的數據;涂層斜率為涂層對數降溫曲線的斜率。
[0055] 采集于光脈沖激勵之后的最早的Μ組數據可以認為是光脈沖未經涂層與基體界 面，只在涂層中傳播時產生的數據，能夠表征涂層的導熱性能，故以其擬合涂層斜率。
[0056] 上述分離特征值能夠反映基體與涂層導熱性能的分離程度，不同的分離特征值能 夠代表不同材料的基體，故以其作為基體材料鑒別的主要手段。分離特征值若為負值表示 基體材料導熱能力大于涂層，若為正值表示基體相對涂層為阻熱介質。
[0057]接下來，在步驟S4,重復步驟S1-S3,獲取第一目標表面每一點的分離特征值;根據 第一目標表面每一點的分離特征值，得到第一目標表面灰階圖。
[0058]作為一個優選方案，在根據第一目標表面每一點的分離特征值，得到第一目標表 面灰階圖之前，步驟S4還可以包括如下執行過程:預先設置分離特征值與灰階值的對應關 系。
[0059]將目標表面的分離特征值轉換為灰階圖，能夠直觀地顯示不同基體材料的區別， 進而實現基體材料的鑒別。
[0060]接著，在步驟S5,針對第二目標、第三目標…第Ν目標中的每一目標，重復步驟S1-S4，獲得每一目標的表面灰階圖；根據表面灰階圖鑒別Ν個目標的基體材料；
[0061 ]其中，Ν為大于1的整數。
[0062]在本發明優選實施例中，根據表面灰階圖鑒別Ν個目標的基體材料具體為:根據Ν 個目標表面灰階圖直接區分各目標的基體材料;或將Ν個目標中每一目標表面各點的分離 特征值與標準試件的分離特征值比較，確定各目標的基體材料。
[0063]作為一個優選方案，標準試件為預先設置，標準試件的分離特征值根據步驟S1-S4 獲得。
[0064] 本發明由此實現涂層下基體材料的檢測和識別。
[0065] 圖2示出了本發明的涂層下基體材料的鑒別裝置，如圖2所示，所述裝置包括:信息 采集單元11、對數降溫曲線獲取單元12、分離特征值計算單元13、灰階圖獲取單元14、基體 材料鑒別單元15。
[0066] 信息采集單元11，用于利用光脈沖對涂敷涂層的Ν個目標中的每一目標表面進行 激勵，通過紅外熱像儀采集每一目標表面的紅外信息，得到每一目標的紅外熱像圖序列； [0067]對數降溫曲線獲取單元12,用于根據紅外熱像圖序列獲取每一目標表面每一點的 溫度-時間數據，對溫度-時間數據進行減背景處理、最大值歸一化處理、取對數處理后得到 每一點的對數降溫曲線；
[0068] 分離特征值計算單元13,用于利用兩點法計算每一點的對數降溫曲線的斜率，并 將對數降溫曲線的斜率與涂層斜率的差值作為每一點的分離特征值；
[0069] 灰階圖獲取單元14,用于根據每一點的分離特征值及預先設置的分離特征值與灰 階值的對應關系，得到N個目標中的每一目標的表面灰階圖；
[0070] 基體材料鑒別單元15,用于根據表面灰階圖鑒別N個目標的基體材料；
[0071] 其中，涂層斜率為對對數降溫曲線中采集于光脈沖激勵之后的Μ組數據進行擬合 得到的，Μ為小于15的正整數，Ν為大于1的整數。
[0072] 圖3是不同基體對數降溫曲線分離示意圖，圖中的基體材料1是黑塑料，2是玻璃 鋼，3是碳纖維，4是鋁，5是鋼。從圖中可見，不同基體材料的對數降溫曲線產生了明顯的分 離，有利于由此進行不同基體材料的鑒別。曲線3、4之間的虛斜線為涂層的理論對數降溫曲 線，斜率為-0.5。
[0073] 本發明提供的涂層下基體材料的鑒別方法及裝置能夠通過分析不同基體與涂層 對數降溫曲線的分離程度，實現涂層下基體材料的檢測和識別。同時便于設計，適合在工程 應用中推廣。
[0074]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以 通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，如： R0M/RAM、磁碟、光盤等。
[0075]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種涂層下基體材料的鑒別方法，其特征在于，包括步驟：51. 利用光脈沖對涂敷涂層的第一目標表面進行激勵，通過紅外熱像儀采集第一目標 表面的紅外信息，得到紅外熱像圖序列；52. 針對第一目標表面的任一點，根據所述紅外熱像圖序列獲取該點的溫度-時間數 據，通過溫度-時間數據獲取該點的對數降溫曲線；53. 計算所述對數降溫曲線的斜率，并根據所述對數降溫曲線的斜率計算該點的分離 特征值；54. 重復步驟S1-S3，獲取第一目標表面每一點的分離特征值;根據第一目標表面每一 點的分離特征值，得到第一目標表面灰階圖； S5 .針對第二目標、第三目標…第N目標中的每一目標，重復步驟S1-S4，獲得所述每一 目標的表面灰階圖；根據表面灰階圖鑒別N個目標的基體材料； 其中，N為大于1的整數。2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過溫度-時間數據獲取該點的對數降溫曲 線具體為：對溫度-時間數據進行減背景處理、歸一化處理、取對數處理，得到對數降溫曲 線。3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述歸一化處理為:獲取溫度-時間數據中的 最大溫度值，根據最大溫度值對溫度-時間數據進行歸一化處理;所述取對數處理為對溫 度-時間數據中的溫度、時間分別取對數。4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，計算所述對數降溫曲線的斜率包括：531. 選取符合第一預設規則的第一時間值與第二時間值，通過對數降溫曲線獲取對應 于第一時間值的第一溫度值、對應于第二時間值的第二溫度值；532. 根據公式1計算對數降溫曲線的斜率；其中，k為對數降溫曲線的斜率，a為第一時間值，m為第二時間值，b為第一溫度值，η為 第二溫度值;b = f(a)，n = f(m)，y = f(x)為對數降溫曲線。5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，第一預設規則具體為:第一時間值與第二時 間值的差不小于預設間隔。6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，根據所述對數降溫曲線的斜率計算該點的分 離特征值包括：533. 對對數降溫曲線中采集于光脈沖激勵之后的最早的Μ組數據進行擬合得到涂層斜 率；534. 將對數降溫曲線的斜率與涂層斜率的差值作為該點的分離特征值； 其中，Μ為小于15的正整數。7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，在所述根據第一目標表面每一點的分離特征 值，得到第一目標表面灰階圖之前，步驟S4還包括： 預先設置分離特征值與灰階值的對應關系。8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，根據表面灰階圖鑒別Ν個目標的基體材料具 體為： 根據N個目標表面灰階圖直接區分各目標的基體材料;或 將N個目標中每一目標表面各點的分離特征值與標準試件的分離特征值比較，確定各 目標的基體材料。9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述標準試件為預先設置，所述標準試件的 分離特征值根據步驟S1-S4獲得。10. -種涂層下基體材料的鑒別裝置，其特征在于，包括： 信息采集單元，用于利用光脈沖對涂敷涂層的N個目標中的每一目標表面進行激勵，通 過紅外熱像儀采集每一目標表面的紅外信息，得到每一目標的紅外熱像圖序列； 對數降溫曲線獲取單元，用于根據紅外熱像圖序列獲取每一目標表面每一點的溫度-時間數據，對溫度-時間數據進行減背景處理、最大值歸一化處理、取對數處理后得到所述 每一點的對數降溫曲線； 分離特征值計算單元，用于利用兩點法計算所述每一點的對數降溫曲線的斜率，并將 對數降溫曲線的斜率與涂層斜率的差值作為所述每一點的分離特征值； 灰階圖獲取單元，用于根據所述每一點的分離特征值及預先設置的分離特征值與灰階 值的對應關系，得到N個目標中的每一目標的表面灰階圖； 基體材料鑒別單元，用于根據表面灰階圖鑒別N個目標的基體材料； 其中，涂層斜率為對對數降溫曲線中采集于光脈沖激勵之后的最早的Μ組數據進行擬 合得到的，Μ為小于15的正整數，Ν為大于1的整數。
【文檔編號】G01N25/20GK105866168SQ201610176997
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】陳大鵬, 李曉麗, 張小龍, 武敬力, 張亞洲, 雷浩
【申請人】北京環境特性研究所