Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một Phương Pháp Tiên Tiến Để Đo Độ Dày Lớp Phủ Cách Nhiệt Không Phá Hủy Thông Qua Xử Lý Đám Mây Điểm
Journal of Thermal Spray Technology - Trang 1-20 - 2023
Tóm tắt
Độ dày của lớp phủ cách nhiệt (TBC) có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất cách nhiệt và tuổi thọ sử dụng. Lớp phủ TBC bao gồm nhiều lớp phủ khác nhau trong đó lớp phủ liên kết kim loại có các đặc tính tương tự như vật liệu nền hợp kim, do đó, hầu hết các kỹ thuật đo độ dày gặp khó khăn trong việc đo độ dày của lớp phủ liên kết kim loại. Vì lý do này, bài báo này đề xuất một phương pháp đo lường không phá hủy dựa trên hình ảnh có thể loại bỏ ảnh hưởng của vật liệu và cấu trúc bên trong của lớp phủ khi đo độ dày của lớp phủ. Phương pháp trong bài báo này sử dụng cảm biến laser dạng dòng để thu thập đám mây điểm của lưỡi dao trước và sau khi phun. Sau đó, đám mây điểm được xử lý bằng một số thuật toán như tiền xử lý đám mây điểm, tái tạo bề mặt, đăng ký đám mây điểm và tính toán khoảng cách đám mây điểm để ước lượng độ dày lớp phủ. Chúng tôi đã áp dụng phương pháp này để đo độ dày của lớp phủ liên kết kim loại, với độ dày từ 50 đến 250 μm. Kết quả chỉ ra rằng sai số tương đối trong đo độ dày nằm dưới 5% trong một khu vực đo 0.01 mm2. So với các kỹ thuật thử nghiệm không phá hủy (NDT) hiện tại, phương pháp được đề xuất có nhiều ưu điểm như không yêu cầu đặc biệt đối với vật liệu lớp phủ, không nhạy cảm với cấu trúc bên trong của lớp phủ, dễ sử dụng, độ phân giải đo lường cao và tốc độ đo nhanh. Ngoài ra, phương pháp được đề xuất có thể nâng cao các quy trình phun hiện có vì đám mây điểm thu được trong phương pháp có thể được sử dụng để hiệu chỉnh và lập kế hoạch đường phun.
Từ khóa
#lớp phủ cách nhiệt #đo độ dày #phương pháp không phá hủy #xử lý đám mây điểm #cảm biến laserTài liệu tham khảo
H.M. Tawancy, A.I. Mohammad, L.M. Al-Hadhrami, H. Dafalla, and F.K. Alyousf, On the Performance and Failure Mechanism of Thermal Barrier Coating Systems Used in Gas Turbine Blade Applications: Influence of Bond Coat/Superalloy Combination, Eng. Fail. Anal., 2015, 57, p 1-20. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.07.023
R.A. Miller, Thermal Barrier Coatings for Aircraft Engines: History and Directions, J. Therm. Spray Technol., 1997, 6(1), p 35-42. https://doi.org/10.1007/BF02646310
S.T. Vagge and S. Ghogare, Thermal Barrier Coatings: Review, Mater. Today Proc., 2022, 56, p 1201-1216. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.170
P.G. Lashmi, P.V. Ananthapadmanabhan, G. Unnikrishnan, and S.T. Aruna, Present Status and Future Prospects of Plasma Sprayed Multilayered Thermal Barrier Coating Systems, J. Eur. Ceram. Soc., 2020, 40(8), p 2731-2745. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.03.016
X. Fang, Performance of TBCs System Due to the Different Thicknesses of Top Ceramic Layer, Ceram. Int., 2015, 41, p 2840-2846.
H. Wu, S. Liu, W. Li, M. Lewke, R.-N. Raoelison, A. List, F. Gärtner, H. Liao, T. Klassen, and S. Deng, Generic Implementation of Path Design for Spray Deposition: Programming Schemes, Processing and Characterization for Cold Spraying, Surf. Coat. Technol., 2023, 458, p 129368. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129368
W. Qian, J. Cai, Z. Xin, Y. Ye, F. Dai, and Y. Hua, Femtosecond Laser Polishing with High Pulse Frequency for Improving Performance of Specialised Aerospace Material Systems: MCrAlY Coatings in Thermal Barrier Coating System, Int. J. Mach. Tools Manuf, 2022, 182, p 103954. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2022.103954
Y. Yao, Y. Ai, P. Guan, J. Tian, T. Bao, and S. Xie, Thermal Fatigue Life Predication of Thermal Barrier Coatings by 3D Hill-like Model and GA, Surf. Coat. Technol., 2021, 426, p 127771. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127771
J.M. Kim, J.-H. Park, H.G. Lee, H.-J. Kim, S.-J. Song, C.-S. Seok, and Y.-Z. Lee, An Effective Electrical Resonance-Based Method to Detect Delamination in Thermal Barrier Coating, J. Therm. Spray Technol., 2018, 27(3), p 336-343. https://doi.org/10.1007/s11666-017-0670-2
S. Lemlikchi, J. Martinsson, A. Hamrit, H. Djelouah, M. Asmani, and J. Carlson, Ultrasonic Characterization of Thermally Sprayed Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2019, 28(3), p 391-404. https://doi.org/10.1007/s11666-019-00832-w
H.-L.R. Chen, B. Zhang, M.A. Alvin, and Y. Lin, Ultrasonic Detection of Delamination and Material Characterization of Thermal Barrier Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2012, 21(6), p 1184-1194. https://doi.org/10.1007/s11666-012-9811-9
P.E. Santangelo, G. Allesina, G. Bolelli, L. Lusvarghi, V. Matikainen, and P. Vuoristo, Infrared Thermography as a Non-Destructive Testing Solution for Thermal Spray Metal Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2017, 26(8), p 1982-1993. https://doi.org/10.1007/s11666-017-0642-6
Y. Wang, M. Fan, B. Cao, B. Ye, and D. Wen, Measurement of Coating Thickness Using Lift-off Point of Intersection Features from Pulsed Eddy Current Signals, NDT E Int., 2020, 116, p 102333. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2020.102333
P. Dou, L. Zou, T. Wu, M. Yu, T. Reddyhoff, and Z. Peng, Simultaneous Measurement of Thickness and Sound Velocity of Porous Coatings Based on the Ultrasonic Complex Reflection Coefficient, NDT E Int., 2022, 131, p 102683. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2022.102683
M. Tanno, K. Ogawa, and T. Shoji, Influence of Asymmetric Electrode Geometry on an Impedance Spectrum of a Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coating System, Surf. Coat. Technol., 2010, 204(15), p 2504-2509. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.01.030
J. Zhang and V. Desai, Evaluation of Thickness, Porosity and Pore Shape of Plasma Sprayed TBC by Electrochemical Impedance Spectroscopy, Surf. Coat. Technol., 2005, 190(1), p 98-109. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.06.019
L. Muzika, M. Švantner, Š Houdková, and P. Šulcová, Application of Flash-Pulse Thermography Methods for Quantitative Thickness Inspection of Coatings Made by Different Thermal Spraying Technologies, Surf. Coat. Technol., 2021, 406, p 126748. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126748
X. Yang, X. Wang, W. Fang, G. Hu, Y. Liu, N. Tao, and C. Zhang, Pulsed Thermography with Laser Beam Homogenizing for Thickness Prediction of Thin Semi-Transparent Thermal Barrier Coatings, Opt. Lasers Eng., 2022, 158, p 107182. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2022.107182
R. Shrestha and W. Kim, Evaluation of Coating Thickness by Thermal Wave Imaging: A Comparative Study of Pulsed and Lock-in Infrared Thermography—Part II: Experimental Investigation, Infrared Phys. Technol., 2018, 92, p 24-29. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2018.05.001
M. Zhai, A. Locquet, C. Roquelet, P. Alexandre, L. Daheron, and D.S. Citrin, Nondestructive Measurement of Mill-Scale Thickness on Steel by Terahertz Time-of-Flight Tomography, Surf. Coat. Technol., 2020, 393, p 125765. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125765
D. Ye, W. Wang, H. Zhou, H. Fang, J. Huang, Y. Li, H. Gong, and Z. Li, Characterization of Thermal Barrier Coatings Microstructural Features Using Terahertz Spectroscopy, Surf. Coat. Technol., 2020, 394, p 125836. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125836
D. Hakobyan, M. Hamdi, O. Redon, A. Ballestero, A. Mayaudon, L. Boyer, O. Durand, and E. Abraham, Non-Destructive Evaluation of Ceramic Porosity Using Terahertz Time-Domain Spectroscopy, J. Eur. Ceram. Soc., 2022, 42(2), p 525-533. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.026
B. Yuan, W. Wang, D. Ye, Z. Zhang, H. Fang, T. Yang, Y. Wang, and S. Zhong, Nondestructive Evaluation of Thermal Barrier Coatings Thickness Using Terahertz Technique Combined with PCA–GA–ELM Algorithm, Coatings, 2022, 12(3), p 390. https://doi.org/10.3390/coatings12030390
A. Nadeau, L. Pouliot, F. Nadeau, J. Blain, S.A. Berube, C. Moreau, and M. Lamontagne, A New Approach to Online Thickness Measurement of Thermal Spray Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2006, 15(4), p 744-749. https://doi.org/10.1361/105996306X147054
J. Li, Q. He, Y. Lv, and L. Liang, Research Progress on Non-destructive Testing Method of Thermal Barrier Coatings, China Surf. Eng., 2019, 32(2), p 16-2626.
M. Li, Z. Du, X. Ma, W. Dong, Y. Gao, A Robot Hand-Eye Calibration Method of Line Laser Sensor Based on 3D Reconstruction, Robot. Comput.-Integr. Manuf., 2021, 71, p 102136. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2021.102136.
C. Chen, Z. Cai, T. Chen, Z. Li, F. Yang, and X. Liang, A Vision-Based Calibration Method for Aero-Engine Blade-Robotic Grinding System, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2023, 125(5-6), p 2195-2209. https://doi.org/10.1007/s00170-023-10822-6
Z. Mu, Z. Cai, C. Zeng, Z. Li, X. Liang, F. Yang, T. Chen, S. Dong, C. Deng, and S. Niu, A Point Cloud Registration-Based Calibration Algorithm for Robot Offline Programming Automatic Loading in Aero-Grinding Applications, Ind. Robot Int. J. Robot. Res. Appl., 2022, 49(6), p 1218-1228. https://doi.org/10.1108/IR-12-2021-0284
G. Wang, J. Cheng, R. Li, and K. Chen, A New Point Cloud Slicing Based Path Planning Algorithm for Robotic Spray Painting, in 2015 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), (IEEE, Zhuhai, 2015), pp. 1717-1722. https://doi.org/10.1109/ROBIO.2015.7419019
W. Chen, X. Li, H. Ge, L. Wang, and Y. Zhang, Trajectory Planning for Spray Painting Robot Based on Point Cloud Slicing Technique, Electronics, 2020, 9(6), p 908. https://doi.org/10.3390/electronics9060908
D. Zhu, X. Feng, X. Xu, Z. Yang, W. Li, S. Yan, and H. Ding, Robotic Grinding of Complex Components: A Step towards Efficient and Intelligent Machining—Challenges, Solutions, and Applications, Robot. Comput.-Integr. Manuf., 2020, 65, p 101908. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2019.101908
F. Yang, Z. Cai, Y. Chen, S. Dong, C. Deng, S. Niu, W. Zeng, and S. Wen, A Robotic Polishing Trajectory Planning Method Combining Reverse Engineering and Finite Element Mesh Technology for Aero-Engine Turbine Blade TBCs, J. Therm. Spray Technol., 2022, 31(7), p 2050-2067. https://doi.org/10.1007/s11666-022-01434-9
S.T. McClain, Manual Point Cloud Registration for Combined Ice Roughness and Ice Thickness Measurements. in 8th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference, (American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, D.C. 2016). https://doi.org/10.2514/6.2016-3590
D. Lal, J. Saputo, E.J. Gildersleeve, and S. Sampath, Through Thickness Changes to Stiffness and Thermal Conductivity in Thermal Barrier Coatings Subjected to Gradient Exposure, J. Eur. Ceram. Soc., 2023, 43(9), p 4146-4152. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.03.010
P.E.S. Pellegrini, L.H. Gabrielli, L. Martins Dos Santos, and R.L. Ribessi, Extraction of Effective Parameters in Terahertz Time-Domain Spectroscopy. in 2017 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC), IEEE, Aguas de Lindoia, 2017, p 1-4. https://doi.org/10.1109/IMOC.2017.8121029
E. Binega, L. Yang, H. Sohn, and J.C.P. Cheng, Online Geometry Monitoring during Directed Energy Deposition Additive Manufacturing Using Laser Line Scanning, Precis. Eng., 2022, 73, p 104-114. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2021.09.005