一种涂层下基体材料的鉴别方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种涂层下基体材料的鉴别方法，包括：利用光脉冲对涂敷涂层的第一目标进行激励，通过红外热像仪采集红外热像图序列；针对第一目标任一点，获取该点的温度?时间数据，进而获取该点的对数降温曲线；计算对数降温曲线的斜率，进而计算该点的分离特征值；获取第一目标每一点的分离特征值；进而得到第一目标表面灰阶图；获得多个目标中每一目标的表面灰阶图；根据表面灰阶图鉴别多个目标的基体材料；本发明能够通过分析不同基体与涂层对数降温曲线的分离程度，实现涂层下基体材料的检测和识别。
【专利说明】
一种涂层下基体材料的鉴别方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及红外特性测量领域，尤其涉及一种涂层下基体材料的鉴别方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 涂层涂覆技术广泛应用于航空航天、机械工程、信息技术、微电子技术、光信息科 学等领域，涂层涂覆的质量直接影响其实际应用。涂层质量检测有很多手段，红外热成像是 其中之一。红外热成像是一项新兴的技术，与传统的检测方法相比，该技术速度快、非接触、 无污染。但由于目标的红外辐射仅与其表面几十微米厚度内的材料特性有关，因而涂有同 一种涂料的基体材料在红外图像中往往表现相同，单纯分析目标热平衡状态下某一时刻的 红外特性难以对其进行有效的检测和识别。
[0003] 因此，亟需一种涂层下基体材料的鉴别方法及装置，利用可控、有效的激励手段来 打破涂层材料热平衡，通过研究变化的温场来反演内部物质的热物理属性。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种基于光脉冲激励红外热成像进行涂层下基体材料鉴别的方法及 装置，通过分析不同基体与涂层对数降温曲线的分离程度，开发相应的数据处理算法，实现 涂层下基体材料的检测和识别。
[0005] 本发明一方面提供一种涂层下基体材料的鉴别方法，包括步骤:S1.利用光脉冲对 涂敷涂层的第一目标表面进行激励，通过红外热像仪采集第一目标表面的红外信息，得到 红外热像图序列;S2.针对第一目标表面的任一点，根据所述红外热像图序列获取该点的温 度-时间数据，通过温度-时间数据获取该点的对数降温曲线;S3.计算所述对数降温曲线的 斜率，并根据所述对数降温曲线的斜率计算该点的分离特征值;S4.重复步骤S1-S3,获取第 一目标表面每一点的分离特征值;根据第一目标表面每一点的分离特征值，得到第一目标 表面灰阶图；S5.针对第二目标、第三目标…第N目标中的每一目标，重复步骤S1-S4,获得所 述每一目标的表面灰阶图；根据表面灰阶图鉴别N个目标的基体材料;其中，N为大于1的整 数。
[0006] 优选的，通过温度-时间数据获取该点的对数降温曲线具体为:对温度-时间数据 进行减背景处理、归一化处理、取对数处理，得到对数降温曲线。
[0007] 优选的，所述归一化处理为:获取温度-时间数据中的最大温度值，根据最大温度 值对温度-时间数据进行归一化处理;所述取对数处理为对温度-时间数据中的温度、时间 分别取对数。
[0008] 优选的，计算所述对数降温曲线的斜率包括：
[0009] S31.选取符合第一预设规则的第一时间值与第二时间值，通过对数降温曲线获取 对应于第一时间值的第一温度值、对应于第二时间值的第二温度值；
[0010] S32.根据公式1计算对数降温曲线的斜率；
[0012] 其中，k为对数降温曲线的斜率，a为第一时间值，m为第二时间值，b为第一温度值， η为第二温度值;b = f(a)，n = f(m)，y = f(x)为对数降温曲线。
[0013] 优选的，第一预设规则具体为:第一时间值与第二时间值的差不小于预设间隔。
[0014] 优选的，根据所述对数降温曲线的斜率计算该点的分离特征值包括：
[0015] S33.对对数降温曲线中采集于光脉冲激励之后的最早的Μ组数据进行拟合得到涂 层斜率；
[0016] S34.将对数降温曲线的斜率与涂层斜率的差值作为该点的分离特征值；
[0017] 其中，Μ为小于15的正整数。
[0018] 优选的，在所述根据第一目标表面每一点的分离特征值，得到第一目标表面灰阶 图之前，步骤S4还包括:预先设置分离特征值与灰阶值的对应关系。
[0019] 优选的，根据表面灰阶图鉴别Ν个目标的基体材料具体为:根据Ν个目标表面灰阶 图直接区分各目标的基体材料;或将Ν个目标中每一目标表面各点的分离特征值与标准试 件的分离特征值比较，确定各目标的基体材料。
[0020] 优选的，所述标准试件为预先设置，所述标准试件的分离特征值根据步骤S1-S4获 得。
[0021] 本发明另一方面提供一种涂层下基体材料的鉴别装置，包括：
[0022] 信息采集单元，用于利用光脉冲对涂敷涂层的Ν个目标中的每一目标表面进行激 励，通过红外热像仪采集每一目标表面的红外信息，得到每一目标的红外热像图序列；
[0023] 对数降温曲线获取单元，用于根据红外热像图序列获取每一目标表面每一点的温 度-时间数据，对温度-时间数据进行减背景处理、最大值归一化处理、取对数处理后得到所 述每一点的对数降温曲线；
[0024] 分离特征值计算单元，用于利用两点法计算所述每一点的对数降温曲线的斜率， 并将对数降温曲线的斜率与涂层斜率的差值作为所述每一点的分离特征值；
[0025] 灰阶图获取单元，用于根据所述每一点的分离特征值及预先设置的分离特征值与 灰阶值的对应关系，得到Ν个目标中的每一目标的表面灰阶图；
[0026] 基体材料鉴别单元，用于根据表面灰阶图鉴别Ν个目标的基体材料；
[0027] 其中，涂层斜率为对对数降温曲线中采集于光脉冲激励之后的最早的Μ组数据进 行拟合得到的，Μ为小于15的正整数，Ν为大于1的整数。
[0028] 本发明提供的基于光脉冲激励红外热成像进行涂层下基体材料鉴别的方法及装 置，通过分析不同基体与涂层对数降温曲线的分离程度，开发相应的数据处理算法，实现涂 层下基体材料的检测和识别。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的涂层下基体材料的鉴别方法示意图；
[0030]图2是本发明的涂层下基体材料的鉴别装置示意图；
[0031]图3是不同基体对数降温曲线分离示意图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实 施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为 了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以 实现本发明的这些方面。
[0033]光脉冲激励是一种检测涂层涂覆质量与厚度的有效手段，但现有技术中没有利用 该技术对涂层材料表面下基体的热物理属性进行鉴别的研究。本发明考虑到，利用可控、有 效的光脉冲激励来打破涂层材料热平衡，通过分析不同基体与涂层对数降温曲线的分离程 度，开发相应的数据处理算法，能够实现涂层下基体材料的检测和识别。
[0034] 图1示出了本发明的涂层下基体材料的鉴别方法，如图1所示：
[0035] 在步骤S1，利用光脉冲对涂敷涂层的第一目标表面进行激励，通过红外热像仪采 集第一目标表面的红外信息，得到红外热像图序列。
[0036] 红外热像图序列由按照采集时间先后顺序排列的多帧红外热像图组成，红外热像 图的帧数越多，测试结果就越精确。红外热像图采集于光脉冲对涂敷涂层的第一目标表面 进行激励之后。
[0037] 接下来，在步骤S2,针对第一目标表面的任一点，根据红外热像图序列获取该点的 温度-时间数据，通过温度-时间数据获取该点的对数降温曲线。
[0038] 根据红外热像图序列的电平-时间数据能够获得温度-时间数据。
[0039] 在本发明优选实施例中，通过温度-时间数据获取该点的对数降温曲线具体为:对 温度-时间数据进行减背景处理、归一化处理、取对数处理，得到对数降温曲线。
[0040] 减背景处理具体为将温度-时间数据减去背景数据，获得不包含背景信息的目标 数据。
[0041] 较佳地，本发明一个优选实施例中，归一化处理为:获取温度-时间数据中的最大 温度值，根据最大温度值对温度-时间数据进行归一化处理;取对数处理为对温度-时间数 据中的温度、时间分别取对数。
[0042] 接着，在步骤S3,计算对数降温曲线的斜率，并根据对数降温曲线的斜率计算该点 的分离特征值。
[0043] 作为一个优选方案，计算对数降温曲线的斜率可以包括如下执行过程：
[0044] 首先，在步骤S31，选取符合第一预设规则的第一时间值与第二时间值，通过对数 降温曲线获取对应于第一时间值的第一温度值、对应于第二时间值的第二温度值；
[0045] 接着，在步骤S32,根据公式1计算对数降温曲线的斜率；
[0047] 其中，k为对数降温曲线的斜率，a为第一时间值，m为第二时间值，b为第一温度值， η为第二温度值;b = f(a)，n = f(m)，y = f(x)为对数降温曲线。
[0048] 对数降温曲线能够反映目标基体材料的导热性能。
[0049] 在本发明优选实施例中，第一预设规则具体为:第一时间值与第二时间值的差不 小于预设间隔。第一时间值与第二时间值的差若太小，由此计算的斜率就无法反映对数降 温曲线的完整信息，故二者必须保持一定间隔。
[0050] 较佳地，本发明一个优选实施例中，根据对数降温曲线的斜率计算该点的分离特 征值具体如下执行：
[0051] 首先，在步骤S33,对对数降温曲线中采集于光脉冲激励之后的最早的Μ组数据进 行拟合得到涂层斜率；
[0052] 接着，在步骤S34,将对数降温曲线的斜率与涂层斜率的差值作为该点的分离特征 值；
[0053] 其中，Μ为小于15的正整数
[0054] 对数降温曲线中的数据即温度-时间数据进行减背景处理、归一化处理、取对数处 理生成的数据;涂层斜率为涂层对数降温曲线的斜率。
[0055] 采集于光脉冲激励之后的最早的Μ组数据可以认为是光脉冲未经涂层与基体界 面，只在涂层中传播时产生的数据，能够表征涂层的导热性能，故以其拟合涂层斜率。
[0056] 上述分离特征值能够反映基体与涂层导热性能的分离程度，不同的分离特征值能 够代表不同材料的基体，故以其作为基体材料鉴别的主要手段。分离特征值若为负值表示 基体材料导热能力大于涂层，若为正值表示基体相对涂层为阻热介质。
[0057]接下来，在步骤S4,重复步骤S1-S3,获取第一目标表面每一点的分离特征值;根据 第一目标表面每一点的分离特征值，得到第一目标表面灰阶图。
[0058]作为一个优选方案，在根据第一目标表面每一点的分离特征值，得到第一目标表 面灰阶图之前，步骤S4还可以包括如下执行过程:预先设置分离特征值与灰阶值的对应关 系。
[0059]将目标表面的分离特征值转换为灰阶图，能够直观地显示不同基体材料的区别， 进而实现基体材料的鉴别。
[0060]接着，在步骤S5,针对第二目标、第三目标…第Ν目标中的每一目标，重复步骤S1-S4，获得每一目标的表面灰阶图；根据表面灰阶图鉴别Ν个目标的基体材料；
[0061 ]其中，Ν为大于1的整数。
[0062]在本发明优选实施例中，根据表面灰阶图鉴别Ν个目标的基体材料具体为:根据Ν 个目标表面灰阶图直接区分各目标的基体材料;或将Ν个目标中每一目标表面各点的分离 特征值与标准试件的分离特征值比较，确定各目标的基体材料。
[0063]作为一个优选方案，标准试件为预先设置，标准试件的分离特征值根据步骤S1-S4 获得。
[0064] 本发明由此实现涂层下基体材料的检测和识别。
[0065] 图2示出了本发明的涂层下基体材料的鉴别装置，如图2所示，所述装置包括:信息 采集单元11、对数降温曲线获取单元12、分离特征值计算单元13、灰阶图获取单元14、基体 材料鉴别单元15。
[0066] 信息采集单元11，用于利用光脉冲对涂敷涂层的Ν个目标中的每一目标表面进行 激励，通过红外热像仪采集每一目标表面的红外信息，得到每一目标的红外热像图序列； [0067]对数降温曲线获取单元12,用于根据红外热像图序列获取每一目标表面每一点的 温度-时间数据，对温度-时间数据进行减背景处理、最大值归一化处理、取对数处理后得到 每一点的对数降温曲线；
[0068] 分离特征值计算单元13,用于利用两点法计算每一点的对数降温曲线的斜率，并 将对数降温曲线的斜率与涂层斜率的差值作为每一点的分离特征值；
[0069] 灰阶图获取单元14,用于根据每一点的分离特征值及预先设置的分离特征值与灰 阶值的对应关系，得到N个目标中的每一目标的表面灰阶图；
[0070] 基体材料鉴别单元15,用于根据表面灰阶图鉴别N个目标的基体材料；
[0071] 其中，涂层斜率为对对数降温曲线中采集于光脉冲激励之后的Μ组数据进行拟合 得到的，Μ为小于15的正整数，Ν为大于1的整数。
[0072] 图3是不同基体对数降温曲线分离示意图，图中的基体材料1是黑塑料，2是玻璃 钢，3是碳纤维，4是铝，5是钢。从图中可见，不同基体材料的对数降温曲线产生了明显的分 离，有利于由此进行不同基体材料的鉴别。曲线3、4之间的虚斜线为涂层的理论对数降温曲 线，斜率为-0.5。
[0073] 本发明提供的涂层下基体材料的鉴别方法及装置能够通过分析不同基体与涂层 对数降温曲线的分离程度，实现涂层下基体材料的检测和识别。同时便于设计，适合在工程 应用中推广。
[0074]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如： R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0075]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种涂层下基体材料的鉴别方法，其特征在于，包括步骤：51. 利用光脉冲对涂敷涂层的第一目标表面进行激励，通过红外热像仪采集第一目标 表面的红外信息，得到红外热像图序列；52. 针对第一目标表面的任一点，根据所述红外热像图序列获取该点的温度-时间数 据，通过温度-时间数据获取该点的对数降温曲线；53. 计算所述对数降温曲线的斜率，并根据所述对数降温曲线的斜率计算该点的分离 特征值；54. 重复步骤S1-S3，获取第一目标表面每一点的分离特征值;根据第一目标表面每一 点的分离特征值，得到第一目标表面灰阶图； S5 .针对第二目标、第三目标…第N目标中的每一目标，重复步骤S1-S4，获得所述每一 目标的表面灰阶图；根据表面灰阶图鉴别N个目标的基体材料； 其中，N为大于1的整数。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过温度-时间数据获取该点的对数降温曲 线具体为：对温度-时间数据进行减背景处理、归一化处理、取对数处理，得到对数降温曲 线。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述归一化处理为:获取温度-时间数据中的 最大温度值，根据最大温度值对温度-时间数据进行归一化处理;所述取对数处理为对温 度-时间数据中的温度、时间分别取对数。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，计算所述对数降温曲线的斜率包括：531. 选取符合第一预设规则的第一时间值与第二时间值，通过对数降温曲线获取对应 于第一时间值的第一温度值、对应于第二时间值的第二温度值；532. 根据公式1计算对数降温曲线的斜率；其中，k为对数降温曲线的斜率，a为第一时间值，m为第二时间值，b为第一温度值，η为 第二温度值;b = f(a)，n = f(m)，y = f(x)为对数降温曲线。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，第一预设规则具体为:第一时间值与第二时 间值的差不小于预设间隔。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述对数降温曲线的斜率计算该点的分 离特征值包括：533. 对对数降温曲线中采集于光脉冲激励之后的最早的Μ组数据进行拟合得到涂层斜 率；534. 将对数降温曲线的斜率与涂层斜率的差值作为该点的分离特征值； 其中，Μ为小于15的正整数。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述根据第一目标表面每一点的分离特征 值，得到第一目标表面灰阶图之前，步骤S4还包括： 预先设置分离特征值与灰阶值的对应关系。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据表面灰阶图鉴别Ν个目标的基体材料具 体为： 根据N个目标表面灰阶图直接区分各目标的基体材料;或 将N个目标中每一目标表面各点的分离特征值与标准试件的分离特征值比较，确定各 目标的基体材料。9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述标准试件为预先设置，所述标准试件的 分离特征值根据步骤S1-S4获得。10. -种涂层下基体材料的鉴别装置，其特征在于，包括： 信息采集单元，用于利用光脉冲对涂敷涂层的N个目标中的每一目标表面进行激励，通 过红外热像仪采集每一目标表面的红外信息，得到每一目标的红外热像图序列； 对数降温曲线获取单元，用于根据红外热像图序列获取每一目标表面每一点的温度-时间数据，对温度-时间数据进行减背景处理、最大值归一化处理、取对数处理后得到所述 每一点的对数降温曲线； 分离特征值计算单元，用于利用两点法计算所述每一点的对数降温曲线的斜率，并将 对数降温曲线的斜率与涂层斜率的差值作为所述每一点的分离特征值； 灰阶图获取单元，用于根据所述每一点的分离特征值及预先设置的分离特征值与灰阶 值的对应关系，得到N个目标中的每一目标的表面灰阶图； 基体材料鉴别单元，用于根据表面灰阶图鉴别N个目标的基体材料； 其中，涂层斜率为对对数降温曲线中采集于光脉冲激励之后的最早的Μ组数据进行拟 合得到的，Μ为小于15的正整数，Ν为大于1的整数。
【文档编号】G01N25/20GK105866168SQ201610176997
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】陈大鹏, 李晓丽, 张小龙, 武敬力, 张亚洲, 雷浩
【申请人】北京环境特性研究所