104
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
УДК 621.9.08
Д.В. Ме л ю к о в , А.Г. Г р и г о р ь я н ц
ТЕХНОЛОГИЯ БЕСКАЛИБРОВОЧНОЙ
ЛАЗЕРНОЙ ФОТОТЕРМИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ ТОНКИХ СЛОЕВ И ПОКРЫТИЙ
Рассмотрены вопросы измерения толщины слоя или покрытия с неиз-
вестными характеристиками. Разработана теоретическая методи-
ка, позволяющая определять абсолютную толщину слоя в пределах
50…1000
мкм. Проведены эксперименты, подтверждающие реализу-
емость методики с погрешностью измерений 10…15 %.
E-mail:
dmitry.melyukov@gmail.com
Ключевые слова
:
неразрушающая диагностика, фототермические
методы, лазер, покрытие, тепловой импеданс.
Введение.
Большинство методик неразрушающей диагностики,
используемых для определения размерных характеристик исследуемо-
го объекта, требуют знания свойств материала или предварительной
калибровки на идентичный материал [1]. В условиях, когда свойства
материала неизвестны, возможности таких измерений ограничены
лишь оценкой разности геометрических величин вдоль поверхности
без определения абсолютных значений. В связи с этим разработка ме-
тодики, не требующей знания свойств материала, позволяет расширить
возможности неразрушающей диагностики и является актуальной
научно-технической задачей.
Еще одним важным аспектом в области неразрушающей диагно-
стики следует назвать контактный или требующий нахождения в
ближнем поле характер измерений наиболее распространенных ме-
тодов (ультразвук, вихретоковый и др.). При необходимости дистан-
ционной диагностики, например, в агрессивных средах, применение
таких методик затруднительно.
Рассматриваемая в статье лазерная фототермическая техника
позволяет решить изложенные выше проблемы. Бесконтактный и ди-
станционный характер обеспечивается использованием электромаг-
нитного излучения, как в качестве источника воздействия, так и для
регистрации ответного сигнала. Для нагрева объекта применяется
лазерное излучение с переменным диаметром пучка на поверхности
объекта и модулированной выходной мощностью. Фотодетектор,
чувствительный в инфракрасном (ИК) диапазоне, регистрирует теп-
ловое излучение в центре пятна нагрева, зависящее от свойств и
структуры материала и режима нагрева. При этом расстояние от фо-
тодетектора до объекта может достигать нескольких метров и более.
Таким образом, принципиально фототермическая техника позволяет
осуществлять полностью бесконтактную и дистанционную диагно-
стику в вакууме и через любые прозрачные препятствия, что каче-
ственно отличает ее от неразрушающей диагностики [2].