1、引言

    涂料在噴涂的過(guò)程中，會(huì)不可避免地出現(xiàn)漏涂、少涂、堆積、流漬、氣泡等涂層質(zhì)量問題。此外，暴露在戶外的設(shè)備受環(huán)境影響也會(huì)出現(xiàn)涂層缺陷等質(zhì)量問題。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)非金屬基體表面涂層缺陷、流漬等質(zhì)量問題的檢測(cè)方法研究相當(dāng)欠缺。本文通過(guò)分析現(xiàn)階段檢測(cè)方法得到啟發(fā)，研究出一種非金屬基體表面涂層質(zhì)量的新型檢測(cè)方法，能有效地完成涂層厚度及均勻度的無(wú)損檢測(cè)，具有檢測(cè)周期短、檢測(cè)裝置便攜、檢測(cè)結(jié)果可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。這種方法對(duì)各個(gè)領(lǐng)域檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展有促進(jìn)作用。

    近年來(lái)，涂層質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于航空航天、鐵路運(yùn)輸、生產(chǎn)制造、化工制藥等許多領(lǐng)域，保障機(jī)械生產(chǎn)制造設(shè)備的安全運(yùn)行和工作人員的人身安全。國(guó)內(nèi)外涂層質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法都是應(yīng)用于金屬基體表面的涂層質(zhì)量檢測(cè)，如鋼表面的油漆涂層、銅表面的陶瓷涂層、鐵表面的鍍鋅涂層等。在生產(chǎn)實(shí)際中普遍采用的涂層質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)可以分為：超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等等。近幾年來(lái)也不斷研究出新的檢測(cè)技術(shù)，如微波技術(shù)、紅外技術(shù)等。這些技術(shù)均屬于無(wú)損檢測(cè)的范疇，并在金屬基體表面的涂層質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

    而在非金屬基體表面涂層質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)方面，目前多采用探針法這類對(duì)被測(cè)涂層有損傷的檢測(cè)方法。這類方法不僅破壞了涂層的完整性，而且降低了被測(cè)物體的性能，給設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)了隱患。因此，現(xiàn)階段在非金屬基體表面涂層質(zhì)量檢測(cè)方法急需進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。本文采用的新型檢測(cè)方法（敲擊測(cè)聲法）應(yīng)用于非金屬基體表面涂層質(zhì)量的檢測(cè)工作，可以在不損傷被測(cè)涂層、保障被測(cè)物體性能的前提下，實(shí)現(xiàn)涂層質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)，對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在非金屬基體表面涂層質(zhì)量檢測(cè)的發(fā)展具有重要意義。并且，敲擊測(cè)聲法在實(shí)際檢測(cè)工作中可以減少檢測(cè)工序，降低檢測(cè)人員的工作強(qiáng)度，能安全可靠的應(yīng)用于涂層質(zhì)量檢測(cè)工作。

   2、敲擊測(cè)聲法檢測(cè)原理

    對(duì)于基體與涂層有較明顯硬度差別的工況，涂層厚度不同，敲擊后發(fā)出的聲音強(qiáng)度不同，對(duì)其檢測(cè)到的聲強(qiáng)峰值（即分貝數(shù)值）也會(huì)不同。由此原理可以發(fā)現(xiàn)，在相同的環(huán)境條件下，通過(guò)使用相同的力度敲擊涂層表面，檢測(cè)最終返回的聲強(qiáng)峰值，判斷涂層厚度，再對(duì)涂層表面的不同位置進(jìn)行檢測(cè)，將各處所檢測(cè)的聲強(qiáng)峰值進(jìn)行比較，可對(duì)均勻度等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行判別。

    基于上述原理，本文研究一種新型的涂層質(zhì)量檢測(cè)方法——敲擊測(cè)聲法，其檢測(cè)流程為：用相同力度敲擊被測(cè)涂層表面，將產(chǎn)生的聲音收集并傳播到聲音收集裝置中，并通過(guò)裝置中連接的聲音強(qiáng)度檢測(cè)裝置，檢測(cè)返回聲強(qiáng)峰值并顯示分貝數(shù)值。因此，可以通過(guò)相同力度敲擊涂層表面的不同位置，測(cè)得返回的聲強(qiáng)峰值，比較該涂層表面的厚度及均勻度等質(zhì)量指標(biāo)。

    本文的檢測(cè)裝置采用單片機(jī)控制。單片機(jī)具有集成度高、體積小、可靠性高、控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

    與PLC控制相比，單片機(jī)控制的工作電壓與工作電流較低，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本相對(duì)較低，便于生產(chǎn)便捷式的產(chǎn)品，適用于本文所采用的檢測(cè)裝置。

    3、敲擊測(cè)聲法檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

    3.1檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    敲擊測(cè)聲法檢測(cè)裝置如圖1所示，主要包括隔音墊1、聲音收集箱2、電磁敲擊裝置7、單片機(jī)控制模塊8以及與聲音收集箱連接的聲音強(qiáng)度檢測(cè)模塊6。

    隔音墊1用于隔離檢測(cè)環(huán)境與外界環(huán)境，防止外界噪音對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。

    聲音收集箱2包括電磁敲擊裝置安裝座3、底座4與前蓋5，用于固定安裝電磁敲擊裝置7，將敲擊產(chǎn)生的聲音收集并傳播至聲音強(qiáng)度檢測(cè)模塊6中。

    單片機(jī)控制模塊8用于控制電磁推桿9的敲擊動(dòng)作，使電磁推桿9在每一次檢測(cè)過(guò)程中都是在相同的初始條件下完成敲擊。

    電磁敲擊裝置7包括電磁推桿9、外殼10、彈簧與后座12。電磁推桿9用于完成檢測(cè)過(guò)程中的敲擊動(dòng)作，并由彈簧11進(jìn)行復(fù)位，使電磁推桿9回到初始位置。

    聲音強(qiáng)度檢測(cè)模塊6包括傳聲器、前置放大器、衰減器、濾波器、檢波器和顯示器。

    采用上述裝置檢測(cè)涂層質(zhì)量的工作流程如圖2所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電磁敲擊裝置7工作，電磁推桿敲擊非金屬涂層后，將產(chǎn)生的聲音通過(guò)隔音墊1傳至聲音收集箱2中，由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號(hào)加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)（或外接濾波器），然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號(hào)放大到一定的幅值，在有效值檢波器（或外接電平記錄儀）的顯示器上顯示具體分貝數(shù)值，根據(jù)不同位置測(cè)得的分貝數(shù)值大小進(jìn)行比較，從而判定各位置涂層厚度及均勻度的差異。

    電磁敲擊裝置7安裝在聲音收集箱內(nèi)的安裝座上，檢測(cè)時(shí)由單片機(jī)控制電磁推桿9撞擊涂層表面，撞擊后由彈簧11對(duì)電磁推桿9復(fù)位，使其回到初始位置。由此可以保證檢測(cè)裝置的每一次檢測(cè)都是在相同的條件下工作，從而可以確保檢測(cè)裝置在工作時(shí)的穩(wěn)定性，保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

    3.2 軟件部分

    為了更加直觀地顯示由敲擊測(cè)聲法檢測(cè)的聲強(qiáng)峰值（即分貝數(shù)值），對(duì)檢測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)定性與定量的比較分析，將聲音強(qiáng)度檢測(cè)裝置通過(guò)USB與端連接，并在PC端安裝與檢測(cè)裝置通訊的軟件。Wensn Sound Link是一種常用的聲音強(qiáng)度檢測(cè)軟件，可以根據(jù)環(huán)境選擇不同的測(cè)量檔位，設(shè)置A/C加權(quán)模式與測(cè)量速度，并能實(shí)時(shí)的檢測(cè)聲音強(qiáng)度，準(zhǔn)確反映檢測(cè)過(guò)程中聲音強(qiáng)度的變化曲線，便于對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比較分析。

    4、非金屬基體表面涂層質(zhì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

    實(shí)驗(yàn)如圖3所示，選取陶瓷基體（絕緣子）表面的橡膠涂層（RTV涂層）作為被測(cè)試樣。圖3中灰色部分無(wú)涂層處）為絕緣子陶瓷基體，紅色部分（有涂層處）為RTV涂層。用敲擊測(cè)聲檢測(cè)裝置對(duì)同一橡膠涂層表面上不同位置(包括薄涂層處、厚涂層處與無(wú)涂層處)進(jìn)行檢測(cè)，將所檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳給PC端的軟件Wensn Sound Link，并在Wensn Sound Link界面上顯示分貝數(shù)值。

    A/C加權(quán)代表分貝檢測(cè)儀內(nèi)部的兩種加權(quán)模式，加權(quán)就是把不同指標(biāo)的數(shù)據(jù)，折算為一個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。A加權(quán)是模擬的人耳對(duì)各種不同頻率的感覺不一樣的加權(quán)方法，在測(cè)人的感受噪音時(shí)用A加權(quán)模式，測(cè)得的數(shù)值通常用dB（A）表示，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)人接觸的噪聲限值用A加權(quán)模式。C加權(quán)對(duì)不同頻率的聲音本質(zhì)上趨近于平坦，而不考慮人的感受，如果檢測(cè)設(shè)備噪音，可以采用這個(gè)模式，比如對(duì)設(shè)備進(jìn)行降噪、測(cè)量機(jī)器工作產(chǎn)生的聲音等，都可以采用此加權(quán)方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的數(shù)值用dB（C）表示。因此，本實(shí)驗(yàn)中采用C加權(quán)模式。

    如圖4所示，左側(cè)數(shù)據(jù)列代表檢測(cè)過(guò)程從開始到結(jié)束每間隔1秒測(cè)得的分貝數(shù)值，右側(cè)圖形代表檢測(cè)過(guò)程分貝數(shù)值的變化曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間（s），縱坐標(biāo)為分貝數(shù)值（dB（C））。通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)所得的聲強(qiáng)峰值1、2、3分別代表薄涂層處、厚涂層處與無(wú)涂層處的檢測(cè)結(jié)果。

    可將檢測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)所得的數(shù)據(jù)（分貝數(shù)值導(dǎo)入表格中，如圖5所示，更加直觀的顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

    4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

    聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的，而聲音的強(qiáng)度是由振幅和聲源距離決定的，振幅越大產(chǎn)生的聲音強(qiáng)度越大，聲源距離越遠(yuǎn)測(cè)得的聲音強(qiáng)度越小。敲擊測(cè)聲實(shí)驗(yàn)中的檢測(cè)初始條件相同，從而保證聲源距離相同。由于不同厚度的涂層對(duì)敲擊過(guò)程中的緩沖力大小不同，會(huì)使得敲擊所產(chǎn)生聲音的振幅不同，從而導(dǎo)致測(cè)得的聲音強(qiáng)度大小不同。敲擊厚涂層處產(chǎn)生的振幅比薄涂層處小，因此測(cè)得的聲音強(qiáng)度較薄涂層處小。由圖5中數(shù)據(jù)顯示：51.9 dB(C)∼55 dB(C)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代表實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的環(huán)境聲音強(qiáng)度大小，其余實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代表敲擊過(guò)程中測(cè)得的敲擊實(shí)驗(yàn)聲音強(qiáng)度大小。薄涂層處所產(chǎn)生的峰值數(shù)據(jù)1為76.2 dB（C），厚涂層處所產(chǎn)生的峰值數(shù)據(jù)2為61.4 dB（C），無(wú)涂層處所產(chǎn)生的峰值數(shù)據(jù)3為87.7 dB（C）。

    根據(jù)國(guó)網(wǎng)部門的相關(guān)要求，絕緣子表面RTV涂層的合格厚度為0.3 mm∼0.8 mm，經(jīng)過(guò)多次檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，得出被測(cè)試樣（RTV涂層）的質(zhì)量與聲音強(qiáng)度的關(guān)系如表1所示。

    通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：對(duì)于非金屬基體表面不同厚度的涂層，當(dāng)基體硬度大于涂層硬度時(shí)，由敲擊測(cè)聲裝置檢測(cè)所得的聲強(qiáng)峰值存在明顯差異。因此，可以通過(guò)此方法判斷并檢測(cè)非金屬基體表面涂層厚度及均勻度等質(zhì)量指標(biāo)。

    5、結(jié)論

    通過(guò)對(duì)現(xiàn)有涂層質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析研究，提出一種新型的涂層質(zhì)量檢測(cè)方法——敲擊測(cè)聲法，可以對(duì)非金屬基體表面涂層質(zhì)量實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，并詳細(xì)介紹了這種檢測(cè)方法所采用檢測(cè)裝置的組成和工作原理。該檢測(cè)方法的可行性通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證，能有效的檢測(cè)非金屬基體表面涂層質(zhì)量，直觀地顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)涂層質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。這種檢測(cè)方法簡(jiǎn)單易行，有很高的可靠性，能實(shí)現(xiàn)涂層質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)，并且檢測(cè)系統(tǒng)的成本較低，并已應(yīng)用于輸電線路絕緣子RTV檢測(cè)，具有良好的推廣價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。