CN105301051B - 适用于tbc脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开适用于TBC脱粘缺陷快速检测的线激光扫描热波成像方法，包括：优化设计快速移动的线激光作为线状热源，使用所述线状热源在TBC试件表面进行扫描激励，在粗扫检测阶段对试件表面进行大范围线状快速扫描，采集获得粗扫检测阶段的热红外图像，并进行热红外图像分析；对于发现疑似缺陷的微区域进行细扫描，获得细扫检测阶段的热红外图像。本发明不仅能对检测出TBC的脱粘缺陷，而且具有较高的精度，检测时不会对TBC造成破坏，操作简便且具有较高效率，还能对系统采集的图片进行后处理。

Description

适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法

技术领域

本申请涉及实验力学中无损检测及图像处理技术领域，具体地说，涉及一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法。

背景技术

涡轮叶片通常采用定向凝固合金和单晶合金材料，服役温度只能达到1000℃，不能满足现代发动机的工作温度需要。针对这种情况，人们发展了TBC以保护金属基底，涂覆TBC的发动机涡轮叶片能在1600℃的高温下运行，提高发动机60％以上的热效率，有效地增加推重比。涂覆TBC的涡轮叶片是一种典型的多层结构系统，通常由基底、中间过渡层以及陶瓷层组成，各层有明显不同的物理、热、机械性能，复杂的结构和苛刻工作环境使得TBC在使用过程中脱落导致失效问题，因此要求我们对脱粘的TBC进行无损检测。

TBC的一些固有特性如多孔性、较薄的厚度使得一些传统的无损检测方法如涡流检测、阻抗检测在TBC的检测上存在技术、检测效率的局限性。如何对TBC系统中的缺陷进行无损检测成为TBC应用中亟待解决的问题。

中国专利申请号201510147560.4(公开号CN104713906A，公开日为2015年6月17日)的发明创造名称为：一种微波锁相热成像系统及方法，该申请公开了一种微波锁相热成像系统，该系统采用锁相信号调制后的连续波对被检对象进行周期性加热，采用热像仪记录被检对象表面周期性变化的温度信号，该温度信号可以反映缺陷造成的热波异常。同样，在中国专利申请号201510124036.5(公开号CN 104698035 A，公开日为2015年6月10)的发明创造名称为：一种微波阶跃热成像检测和层析成像方法及系统中，采用相关无损检测方法进行测试，得到了未知缺陷的定量深度测量。

关于热障涂层的无损检测中，中国专利号2012010436106.7(公开号CN1029549668 A，公开日为2013年3月6日)的发明创造名称为：热障涂层部件电磁涡流热成像无损检测系统及检测方法，该申请公开了一种电磁涡流热成像无损检测系统及检测方法，采用涡流进行试件加热，通过红外热像仪进行采集图像，可以得到脱粘位置、缺陷数量和损伤成度。

更近一步，关于热障涂层的红外热成像无损检测系统，中国专利申请号201420723314.7(公开号CN 204203143 U，公开日为2015年3月11日)的发明创造名称为：新型热障涂层结构的光红外热波检测装置，该申请公开了一种新型热障涂层结构的光红外热波检测装置，采用高能闪光脉冲加热灯作为热激励，红外热像仪进行采集图像，但没有提出检测缺陷的灵敏度和分辨力的问题，也并没有提到对采集图像后处理的方法。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，不仅能对检测出TBC的脱粘缺陷，而且具有较高的精度，检测时不会对TBC造成破坏，操作简便且具有较高效率，还能对系统采集的图片进行后处理。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，包括：

优化设计快速移动的线激光作为线状热源，使用所述线状热源在TBC试件表面进行扫描激励，在粗扫检测阶段对试件表面进行大范围线状快速扫描，采集获得粗扫检测阶段的热红外图像，并进行热红外图像分析；对于发现疑似缺陷的微区域进行细扫描，获得细扫检测阶段的热红外图像；

对于所述粗扫检测阶段的热红外图像：

进行热红外图像后处理，得到全场范围的缺陷响应温度场图像和全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像；采用自适应变权重滤窗方法，得到全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像；

对于所述细扫检测阶段的热红外图像：

按照瞬态微面热源脉冲激励的处理方法，对采集到的某时间序列内的温度图像进行傅里叶变换，得到微区域内给定频率下的仅含缺陷响应的振幅场和相位场。

优选地，其中，

所述得到全场范围的缺陷响应温度场图像，进一步为：

构造沿线激光方向整体平均的全场定向载波温度场，从原始热红外图像中减去全场定向载波温度场，得到噪音减弱且仅含有缺陷响应的温度场图像，对所有时刻的仅含有缺陷响应温度场图像叠加，得到所述全场范围的缺陷响应温度场图像。

优选地，其中，

得到全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像，进一步为：

用所述粗扫检测阶段的热红外图像减去没有热源激励的初始图像，采用在热源附近加窗三时刻求振幅、去除噪音热响应的方法进行后处理，将所有时刻在特定窗口内的响应振幅场进行叠加，得到所述全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像。

优选地，其中，

所述优化设计快速移动的线激光作为线状热源，进一步为：优化使用激光打标机，电流控制在10A，在TBC试件表面汇聚出红色的直径在300微米的激光点，控制激光点以直线方向1000mm/s以上的速度做线状移动，并以垂直于移动方向进行扫描。

优选地，其中，

所述构造沿线激光方向整体平均的全场定向载波温度场，进一步为：

选取任一时刻的温度场图像，将沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后取平均值，作为该行的所有点的载波温度值；在垂直于线激光方向上所有列都执行此操作后，得到构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，具体理论公式如下：

T_act(t)(x_i,y_j)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，m为横坐标像素个数，n为纵坐标像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场。

优选地，其中，

所述从原始热红外图像中减去全场定向载波温度场，进一步为：

用每一个时刻的温度场减去没有热激励的温度场和构造的该时刻的定向载波温度场，得到该时刻仅含有线激光激发的噪音减弱的缺陷处的响应温度场，将所有时刻的响应温度场进行加和，得到全场范围减弱噪音的缺陷响应温度场图像，具体理论公式如下：

T_act(t)(x_i,y_j)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，T_o(x,y)为没有线激光激励时的温度场，T_result1(x,y)为全场范围的缺陷响应温度场图像。

优选地，其中，

所述采用在热源附近加窗三时刻求振幅、去除噪音热响应的方法进行后处理，进一步为：

选择比线激光尺寸略大的固定长方形区域作为计算窗口，根据计算窗口的位置选择扫描前、扫描中和扫描后三个时刻的温度场图像，对计算窗口内的每一个像素点的温度值进行振幅值求解，计算窗口外的振幅场为空，求解公式如下：

和分别为线光源扫描前、扫描中和扫描后三个时刻对应的计算窗口内的原始温度场图像，T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的直接计算得到的振幅场图像；

在计算窗口内，将沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后 取平均值作为该行的所有点的载波温度值，在计算窗口内垂直于线激光方向上所有列都执行此操作后，计算窗口外振幅场为空，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内直接计算得到的振幅场，m为横坐标的像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的构造载波振幅场。

优选地，其中，进一步还包括：

将求解得到的振幅场减去构造载波振幅平均场，得到每个时刻在特定窗口内的仅含有线激光激发的缺陷处的响应振幅场，对所有时刻的响应振幅场进行叠加，得到全场范围去除噪音后的的缺陷响应振幅场，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内直接计算得到的振幅场，T_fit(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的构造载波振幅场，T_result2(x,y)为全场范围去掉噪音后仅有缺陷响应振幅场图像。

优选地，其中，

所述自适应变权重滤窗方法，进一步为：

根据试件的形状和温度噪音程度，构造与试件形状一致全新的加权边缘载波场，仅含有缺陷响应的温度场和边缘载波温度场选取适当的比例相加，得到减去边缘噪音的缺陷温度响应图像，缺陷响应温度场计算公式如下所示；

T_result3(x,y)＝T_act(x,y)-[T_act(x,y)(1-W)+T_fit(x,y)W]

T_act(x,y)为含有缺陷信息的温度场图像或振幅场图像，T_fit(x,y)为构造的载波温度场或载波振幅场，W为选择适当的比例，T_result3(x,y)为采用自适应 变权重滤窗的方法后全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像。

优选地，其中，

所述细扫检测阶段的处理过程为：

针对粗扫检测阶段检测出排除噪音点的温度增高疑似缺陷微区域，在该微区域内进行提高功率的细扫描，在微区域内，将快速扫描的线激光看作是面激光脉冲激励，对于采集到的热红外图像，优化脉冲相位法，在时间序列上进行傅里叶变换，得到去除噪音后信噪比较高仅含有缺陷响应的振幅场和相位场。

与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果：

第一，本申请中使用激光打标机、TBC试件和红外热像仪，搭建了全新的激光快速扫描热成像系统，该系统搭建简单，操作方便，可重复性强，完全达到对TBC脱粘缺陷非接触式的无损检测。

第二，本申请中缺陷的检测过程分为粗扫和细扫两个阶段。粗扫检测阶段扫描速度快，可以在短时间内检测出较大缺陷，细扫检测阶段功率提高，对较小的缺陷有更好的分辨能力。结合两种扫描方式，可以缓解缺陷检测时间和检测灵敏度的矛盾，使得缺陷检测具有更高的效率。

第三，本申请中对热图像的后处理，通过发展全新的后处理算法可以提高图像质量的信噪比，更精确的显示出缺陷的位置和大小，实现TBC直径1mm以上盲孔缺陷的可视化，提高了检测的灵敏度和检测的精确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明中适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法的流程图；

图2为本发明实施例2中TBC扫描激光热成像无损检测及后处理方法的流程图；

图3为本发明实施例2中带检测含有盲孔缺陷的TBC试件的示意图；

图4为本发明实施例2中TBC扫描激光热成像无损监测系统的示意图；

图5为本发明实施例2中红外热像仪采集到的粗扫描阶段的热图像进行后处理的结果，其中图5(a)为减去构造载波后的缺陷响应温度场图像，图5(b)为加窗去噪后的缺陷响应温度场图像，图5(c)为变权重滤窗后的缺陷响应温度场图像；

图6为本发明实施例2中红外热像仪细扫描阶段采集的微区域的热图像进行后处理得到的振幅场图像和相位场图像。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例1

参见图1所示为本申请所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法的具体实施例，本实施例中方法包括以下步骤：

步骤10、优化设计快速移动的线激光作为线状热源，使用线状热源在TBC试件表面进行扫描激励，在粗扫检测阶段对试件表面进行大范围线状快 速扫描，使用红外热像仪进行温度图像的采集，采集获得粗扫检测阶段的热红外图像，并进行热红外图像分析；对于发现疑似缺陷的微区域，使用更高功率的短的线激光在该区域内进行细扫描，获得细扫检测阶段的热红外图像。

步骤11、对于粗扫检测阶段的热红外图像：进行热红外图像后处理，得到全场范围的缺陷响应温度场图像和全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像；采用自适应变权重滤窗方法，得到全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像。

步骤12、对于细扫检测阶段的热红外图像：按照瞬态微面热源脉冲激励的处理方法，对采集到的某时间序列内的温度图像进行傅里叶变换，得到微区域内给定频率下的仅含缺陷响应的振幅场和相位场，即可判断去除噪音后的缺陷图像。

上述步骤10中，优化设计快速移动的线激光作为线状热源，进一步为：优化使用激光打标机，电流控制在10A左右，在TBC试件表面汇聚出红色的直径在300微米的激光点，控制激光点以直线方向1000mm/s以上的速度做线状移动，并以垂直于移动方向进行扫描。

上述步骤11中，得到全场范围的缺陷响应温度场图像，进一步为：构造沿线激光方向整体平均的全场定向载波温度场，从原始热红外图像中减去全场定向载波温度场，得到噪音减弱且仅含有缺陷响应的温度场图像，对所有时刻的仅含有缺陷响应温度场图像叠加，即可显示全场范围的缺陷响应温度场图像。

该方案中，构造沿线激光方向整体平均的全场定向载波温度场，进一步为：选取任一时刻的温度场图像，将沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后取平均值，作为该行的所有点的载波温度值；在垂直于线激光方向上所有列都执行此操作后，得到构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，具体理论公式如下：

T_act(t)(x_i,y_j)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，m为横坐标像素个数，n为纵坐标像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场。

上述方案中，从原始热红外图像中减去全场定向载波温度场，进一步为：

用每一个时刻的温度场减去没有热激励的温度场和构造的该时刻的定向载波温度场，得到该时刻仅含有线激光激发的噪音减弱的缺陷处的响应温度场，将所有时刻的响应温度场进行加和，得到全场范围减弱噪音的缺陷响应温度场图像，具体理论公式如下：

T_act(t)(x_i,y_j)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，T_o(x,y)为没有线激光激励时的温度场，T_result1(x,y)为全场范围的缺陷响应温度场图像。

上述步骤11中，得到全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像，进一步为：用粗扫检测阶段的热红外图像减去没有热源激励的初始图像，采用在热源附近加窗三时刻求振幅、去除噪音热响应的方法进行后处理，将所有时刻在特定窗口内的响应振幅场进行叠加，得到全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场加和图像。

该方案中，采用在热源附近加窗三时刻求振幅、去除噪音热响应的方法进行后处理，进一步为：

选择比线激光尺寸略大的固定长方形区域作为计算窗口，根据计算窗口的位置选择扫描前、扫描中和扫描后三个时刻的温度场图像，对计算窗口内的每一个像素点的温度值进行振幅值求解，计算窗口外的振幅场为空，求解公式如下：

和分别为线光源扫描前、扫描中和扫描后三个时刻对应的计算窗口内的原始温度场图像，T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内 的直接计算得到的振幅场图像；

在计算窗口内，将沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后取平均值作为该行的所有点的载波温度值，在计算窗口内垂直于线激光方向上所有列都执行此操作后，计算窗口外振幅场为空，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内直接计算得到的振幅场，m为横坐标的像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的构造载波振幅场。

进一步地，将求解得到的振幅场减去构造载波振幅平均场，得到每个时刻在特定窗口内的仅含有线激光激发的缺陷处的响应振幅场，对所有时刻的响应振幅场进行叠加，得到全场范围去除噪音后的的缺陷响应振幅场，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内直接计算得到的振幅场，T_fit(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的构造载波振幅场，T_result2(x,y)为全场范围去掉噪音后仅有缺陷响应振幅场图像。

上述步骤11中，自适应变权重滤窗方法，进一步为：根据试件的形状和温度噪音程度，构造与试件形状一致全新的加权边缘载波场，仅含有缺陷响应的温度场和边缘载波温度场选取适当的比例相加，得到减去边缘噪音的缺陷温度响应图像，缺陷响应温度场计算公式如下所示；

T_result3(x,y)＝T_act(x,y)-[T_act(x,y)(1-W)+T_fit(x,y)W]

T_act(x,y)为含有缺陷信息的温度场图像或振幅场图像，T_fit(x,y)为构造的载波温度场或载波振幅场，W为选择适当的比例，T_result3(x,y)为采用自适应变权重滤窗的方法后全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像。

上述步骤12中，细扫检测阶段的处理过程为：针对粗扫检测阶段检测出排除噪音点的温度增高疑似缺陷微区域，在该微区域内进行提高功率的细扫描，在微区域内，将快速扫描的线激光看作是面激光脉冲激励，对于采集到的热红外图像，优化脉冲相位法，在时间序列上进行傅里叶变换，得到去除噪音后信噪比较高仅含有缺陷响应的振幅场和相位场。

实施例2

以下提供本发明的一种应用实施例，参见图2：

步骤101、使用如图3所示的含有三个盲孔缺陷的TBC试件进行检测，优化使用激光打标机控制电流在10A左右，在TBC试件表面汇聚出红色的直径在300微米的激光点，并控制激光点以直线方向高速移动。当激光点以1000mm/s以上的速度做线状移动时，高速移动的激光点可以看作是线激光。当该线激光以垂直于移动方向扫描时，即构成线激光激励。使用红外相机采集相应的热图像，即搭建成扫描激光热成像无损检测系统，如图4所示。

步骤102、选取某一时刻热像仪采集到的温度场图像，沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后取平均值作为该行的所有点的载波温度值，在垂直于线激光方向上所有列都执行这样的操作后，即可得到构造的全场线激光载波温度场，用热像仪拍摄到的温度场减去没有热激励的温度场和构造的全场载波温度场，得到该时刻仅含有线激光激发的缺陷处的响应温度场图像，将所有时刻的缺陷响应温度场图像叠加，即可显示全场范围的缺陷响应温度场图像，结果图像如图5(a)所示，具体公式如下：

其中，T_act(t)(x_i,y_j)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，m为横坐标像素个数，n为纵坐标像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，T_o(x,y)为没有线激光激励时的温度场，T_result1(x,y)为全场范围的缺陷响应温度场图像。

步骤103、采用热源附件加窗求振幅去噪的方法：选择比线激光尺寸略大的固定长方形区域作为计算窗口，根据计算窗口的位置选择扫描前、扫描中和扫描后三个时刻的温度场图像，对计算窗口内的每一个像素点的温度值进行振幅值求解，求解公式如下所示，求解后得到计算窗口内的振幅场，而计算窗口外的振幅场为空，用如同构造载波温度场的方法构造载波振幅场，求解得到的振幅场减去构造的载波振幅场得到每个时刻在特定窗口内的仅含有线激光激发的缺陷处的响应振幅场，对所有时刻的响应振幅场进行叠加，得到最终完整区域内减掉噪音后的的缺陷响应图像，结果图像如图5(b)所示，具体公式如下：

其中，和分别为线光源扫描前、扫描中和扫描后三个时刻对应的计算窗口内的热像仪采集到的原始温度场。(x,y)为计算窗口内的像素点，T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的直接计算得到的振幅场，m为横坐标的像素点，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的载波振幅场，T_result(x,y)为全场范围去掉噪音后仅有缺陷响应的振幅场。

步骤104、真实温度场和载波温度场选取适当的的比例相加，能够使由线激光激励的缺陷响应的温度场显示的更为清晰，得到去掉边缘噪音的缺陷响应温度场图像，结果图像如图5(c)所示，计算公式如下所示：

T_result3(x,y)＝T_act(x,y)-[T_act(x,y)(1-W)+T_fit(x,y)W]

T_act(x,y)为含有缺陷信息的温度场图像或振幅场图像，T_fit(x,y)为构造的载波温度场或载波振幅场，W为选择适当的比例，T_result3(x,y)为采用自适应变权重滤窗的方法后全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像。

步骤105、针对粗扫阶段检测出排除噪音的温度增高区域，在该区域内进行提高功率的细扫描，将快速扫描的线激光看作是面激光扫描，使用红外相机采集相应的热图像。

步骤106、对于细扫阶段采集到的热图像，在时间序列上进行傅里叶变换，得到对应的振幅场图像和相位场图像，使用构造载波振幅场并减去的方法，即得到信噪比较高的除去噪音后仅含有缺陷响应的图像，结果图像如图6所示，可以检测出孔径1mm以上的盲孔缺陷。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

第一，本申请中使用激光打标机、TBC试件和红外热像仪，搭建了全新的激光快速扫描热成像系统，该系统搭建简单，操作方便，可重复性强，完全达到对TBC脱粘缺陷非接触式的无损检测。

第二，本申请中缺陷的检测过程分为粗扫和细扫两个阶段。粗扫检测阶段扫描速度快，可以在短时间内检测出较大缺陷，细扫检测阶段功率提高，对较小的缺陷有更好的分辨能力。结合两种扫描方式，可以缓解缺陷检测时间和检测灵敏度的矛盾，使得缺陷检测具有更高的效率。

第三，本申请中对热图像的后处理，通过发展全新的后处理算法可以提高图像质量的信噪比，更精确的显示出缺陷的位置和大小，实现TBC直径1mm以上盲孔缺陷的可视化，提高了检测的灵敏度和检测的精确度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除， 而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，包括：

优化设计快速移动的线激光作为线状热源，使用所述线状热源在TBC试件表面进行扫描激励，在粗扫检测阶段对试件表面进行大范围线状快速扫描，采集获得粗扫检测阶段的热红外图像，并进行热红外图像分析；对于发现疑似缺陷的微区域进行细扫描，获得细扫检测阶段的热红外图像；

对于所述粗扫检测阶段的热红外图像：

进行热红外图像后处理，得到全场范围的缺陷响应温度场图像和全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像；采用自适应变权重滤窗方法，得到全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像，其中，所述得到全场范围的缺陷响应温度场图像，进一步为：构造沿线激光方向整体平均的全场定向载波温度场，从原始热红外图像中减去全场定向载波温度场，得到噪音减弱且仅含有缺陷响应的温度场图像，对所有时刻的仅含有缺陷响应温度场图像叠加，得到所述全场范围的缺陷响应温度场图像；

对于所述细扫检测阶段的热红外图像：

按照瞬态微面热源脉冲激励的处理方法，对采集到的某时间序列内的温度图像进行傅里叶变换，得到微区域内给定频率下的仅含缺陷响应的振幅场和相位场。

2.根据权利要求1所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

得到全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像，进一步为：

用所述粗扫检测阶段的热红外图像减去没有热源激励的初始图像，采用在热源附近加窗三时刻求振幅、去除噪音热响应的方法进行后处理，将所有时刻在特定窗口内的响应振幅场进行叠加，得到所述全场范围的去除噪音热响应后的缺陷响应温度场图像。

3.根据权利要求1所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

所述优化设计快速移动的线激光作为线状热源，进一步为：优化使用激光打标机，电流控制在10A，在TBC试件表面汇聚出红色的直径在300微米的激光点，控制激光点以直线方向1000mm/s以上的速度做线状移动，并以垂直于移动方向进行扫描。

4.根据权利要求1所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

所述构造沿线激光方向整体平均的全场定向载波温度场，进一步为：

选取任一时刻的温度场图像，将沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后取平均值，作为该行的所有点的载波温度值；在垂直于线激光方向上所有列都执行此操作后，得到构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，具体理论公式如下：

T_act(t)(x_i,y_j)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，m为横坐标像素个数，n为纵坐标像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场。

5.根据权利要求1所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

所述从原始热红外图像中减去全场定向载波温度场，进一步为：

用每一个时刻的温度场减去没有热激励的温度场和构造的该时刻的定向载波温度场，得到该时刻仅含有线激光激发的噪音减弱的缺陷处的响应温度场，将所有时刻的响应温度场进行加和，得到全场范围减弱噪音的缺陷响应温度场图像，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻热像仪采集到的温度场图像，T_fit(t)(x,y)为t时刻构造的沿线激光方向整体平均的载波温度场，T_o(x,y)为没有线激光激励时的温度场，T_result1(x,y)为全场范围的缺陷响应温度场图像。

6.根据权利要求2所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

所述采用在热源附近加窗三时刻求振幅、去除噪音热响应的方法进行后处理，进一步为：

选择比线激光尺寸略大的固定长方形区域作为计算窗口，根据计算窗口的位置选择扫描前、扫描中和扫描后三个时刻的温度场图像，对计算窗口内的每一个像素点的温度值进行振幅值求解，计算窗口外的振幅场为空，求解公式如下：

和分别为线光源扫描前、扫描中和扫描后三个时刻对应的计算窗口内的原始温度场图像，T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的直接计算得到的振幅场图像；

在计算窗口内，将沿平行于线激光方向上的所有像素点的温度值加和后取平均值作为该行的所有点的载波温度值，在计算窗口内垂直于线激光方向上所有列都执行此操作后，计算窗口外振幅场为空，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内直接计算得到的振幅场，m为横坐标的像素个数，T_fit(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的构造载波振幅场。

7.根据权利要求6所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，进一步还包括：

将求解得到的振幅场减去构造载波振幅平均场，得到每个时刻在特定窗口内的仅含有线激光激发的缺陷处的响应振幅场，对所有时刻的响应振幅场进行叠加，得到全场范围去除噪音后的的缺陷响应振幅场，具体理论公式如下：

T_act(t)(x,y)为t时刻计算窗口内直接计算得到的振幅场，T_fit(t)(x,y)为t时刻计算窗口内的构造载波振幅场，T_result2(x,y)为全场范围去掉噪音后仅有缺陷响应振幅场图像。

8.根据权利要求1所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

所述自适应变权重滤窗方法，进一步为：

根据试件的形状和温度噪音程度，构造与试件形状一致全新的加权边缘载波场，仅含有缺陷响应的温度场和边缘载波温度场选取适当的比例相加，得到减去边缘噪音的缺陷温度响应图像，缺陷响应温度场计算公式如下所示；

T_result3(x,y)＝T_act(x,y)-[T_act(x,y)(1-W)+T_fit(x,y)W]

T_act(x,y)为含有缺陷信息的温度场图像或振幅场图像，T_fit(x,y)为构造的载波温度场或载波振幅场，W为选择适当的比例，T_result3(x,y)为采用自适应变权重滤窗的方法后全场范围去除包括边缘噪音在内所有噪音影响的缺陷响应温度场图像。

9.根据权利要求1～8之任一所述一种适用于TBC脱粘缺陷快速检测线激光扫描热波成像方法，其特征在于，

所述细扫检测阶段的处理过程为：

针对粗扫检测阶段检测出排除噪音点的温度增高疑似缺陷微区域，在该微区域内进行提高功率的细扫描，在微区域内，将快速扫描的线激光看作是面激光脉冲激励，对于采集到的热红外图像，优化脉冲相位法，在时间序列上进行傅里叶变换，得到去除噪音后信噪比较高仅含有缺陷响应的振幅场和相位场。