1、引言

    涂料在噴涂的過程中，會不可避免地出現漏涂、少涂、堆積、流漬、氣泡等涂層質量問題。此外，暴露在戶外的設備受環境影響也會出現涂層缺陷等質量問題。目前，國內針對非金屬基體表面涂層缺陷、流漬等質量問題的檢測方法研究相當欠缺。本文通過分析現階段檢測方法得到啟發，研究出一種非金屬基體表面涂層質量的新型檢測方法，能有效地完成涂層厚度及均勻度的無損檢測，具有檢測周期短、檢測裝置便攜、檢測結果可靠性高等諸多優點。這種方法對各個領域檢測技術的發展有促進作用。

    近年來，涂層質量檢測技術應用于航空航天、鐵路運輸、生產制造、化工制藥等許多領域，保障機械生產制造設備的安全運行和工作人員的人身安全。國內外涂層質量無損檢測方法都是應用于金屬基體表面的涂層質量檢測，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。在生產實際中普遍采用的涂層質量檢測技術可以分為：超聲波檢測、射線檢測、渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測等等。近幾年來也不斷研究出新的檢測技術，如微波技術、紅外技術等。這些技術均屬于無損檢測的范疇，并在金屬基體表面的涂層質量檢測領域得到廣泛的應用。

    而在非金屬基體表面涂層質量檢測技術方面，目前多采用探針法這類對被測涂層有損傷的檢測方法。這類方法不僅破壞了涂層的完整性，而且降低了被測物體的性能，給設備的正常運行帶來了隱患。因此，現階段在非金屬基體表面涂層質量檢測方法急需進一步的研究和改進。本文采用的新型檢測方法（敲擊測聲法）應用于非金屬基體表面涂層質量的檢測工作，可以在不損傷被測涂層、保障被測物體性能的前提下，實現涂層質量的無損檢測，對無損檢測技術在非金屬基體表面涂層質量檢測的發展具有重要意義。并且，敲擊測聲法在實際檢測工作中可以減少檢測工序，降低檢測人員的工作強度，能安全可靠的應用于涂層質量檢測工作。

   2、敲擊測聲法檢測原理

    對于基體與涂層有較明顯硬度差別的工況，涂層厚度不同，敲擊后發出的聲音強度不同，對其檢測到的聲強峰值（即分貝數值）也會不同。由此原理可以發現，在相同的環境條件下，通過使用相同的力度敲擊涂層表面，檢測最終返回的聲強峰值，判斷涂層厚度，再對涂層表面的不同位置進行檢測，將各處所檢測的聲強峰值進行比較，可對均勻度等質量指標進行判別。

    基于上述原理，本文研究一種新型的涂層質量檢測方法——敲擊測聲法，其檢測流程為：用相同力度敲擊被測涂層表面，將產生的聲音收集并傳播到聲音收集裝置中，并通過裝置中連接的聲音強度檢測裝置，檢測返回聲強峰值并顯示分貝數值。因此，可以通過相同力度敲擊涂層表面的不同位置，測得返回的聲強峰值，比較該涂層表面的厚度及均勻度等質量指標。

    本文的檢測裝置采用單片機控制。單片機具有集成度高、體積小、可靠性高、控制能力強等特點。

    與PLC控制相比，單片機控制的工作電壓與工作電流較低，并且經濟實惠，成本相對較低，便于生產便捷式的產品，適用于本文所采用的檢測裝置。

    3、敲擊測聲法檢測裝置設計

    3.1檢測裝置結構設計

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

    隔音墊1用于隔離檢測環境與外界環境，防止外界噪音對檢測結果產生影響。

    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，將敲擊產生的聲音收集并傳播至聲音強度檢測模塊6中。

    單片機控制模塊8用于控制電磁推桿9的敲擊動作，使電磁推桿9在每一次檢測過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用于完成檢測過程中的敲擊動作，并由彈簧11進行復位，使電磁推桿9回到初始位置。

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

    采用上述裝置檢測涂層質量的工作流程如圖2所示：單片機控制電磁敲擊裝置7工作，電磁推桿敲擊非金屬涂層后，將產生的聲音通過隔音墊1傳至聲音收集箱2中，由傳聲器將聲音轉換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號加到計權網絡，對信號進行頻率計權（或外接濾波器），然后再經衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，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值，根據不同位置測得的分貝數值大小進行比較，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的安裝座上，檢測時由單片機控制電磁推桿9撞擊涂層表面，撞擊后由彈簧11對電磁推桿9復位，使其回到初始位置。由此可以保證檢測裝置的每一次檢測都是在相同的條件下工作，從而可以確保檢測裝置在工作時的穩定性，保證檢測結果的可靠性。

    3.2 軟件部分

    為了更加直觀地顯示由敲擊測聲法檢測的聲強峰值（即分貝數值），對檢測結果實現定性與定量的比較分析，將聲音強度檢測裝置通過USB與端連接，并在PC端安裝與檢測裝置通訊的軟件。Wensn Sound Link是一種常用的聲音強度檢測軟件，可以根據環境選擇不同的測量檔位，設置A/C加權模式與測量速度，并能實時的檢測聲音強度，準確反映檢測過程中聲音強度的變化曲線，便于對數據結果進行比較分析。

    4、非金屬基體表面涂層質量檢測實驗及結果分析

    實驗如圖3所示，選取陶瓷基體（絕緣子）表面的橡膠涂層（RTV涂層）作為被測試樣。圖3中灰色部分無涂層處）為絕緣子陶瓷基體，紅色部分（有涂層處）為RTV涂層。用敲擊測聲檢測裝置對同一橡膠涂層表面上不同位置(包括薄涂層處、厚涂層處與無涂層處)進行檢測，將所檢測的數據傳給PC端的軟件Wensn Sound Link，并在Wensn Sound Link界面上顯示分貝數值。

    A/C加權代表分貝檢測儀內部的兩種加權模式，加權就是把不同指標的數據，折算為一個指標的數據。A加權是模擬的人耳對各種不同頻率的感覺不一樣的加權方法，在測人的感受噪音時用A加權模式，測得的數值通常用dB（A）表示，國家標準對人接觸的噪聲限值用A加權模式。C加權對不同頻率的聲音本質上趨近于平坦，而不考慮人的感受，如果檢測設備噪音，可以采用這個模式，比如對設備進行降噪、測量機器工作產生的聲音等，都可以采用此加權方式來進行測量，測得的數值用dB（C）表示。因此，本實驗中采用C加權模式。

    如圖4所示，左側數據列代表檢測過程從開始到結束每間隔1秒測得的分貝數值，右側圖形代表檢測過程分貝數值的變化曲線，橫坐標為時間（s），縱坐標為分貝數值（dB（C））。通過實驗檢測所得的聲強峰值1、2、3分別代表薄涂層處、厚涂層處與無涂層處的檢測結果。

    可將檢測過程中實時所得的數據（分貝數值導入表格中，如圖5所示，更加直觀的顯示實驗結果。

    4.2 實驗結果分析

    聲音是由物體的振動產生的，而聲音的強度是由振幅和聲源距離決定的，振幅越大產生的聲音強度越大，聲源距離越遠測得的聲音強度越小。敲擊測聲實驗中的檢測初始條件相同，從而保證聲源距離相同。由于不同厚度的涂層對敲擊過程中的緩沖力大小不同，會使得敲擊所產生聲音的振幅不同，從而導致測得的聲音強度大小不同。敲擊厚涂層處產生的振幅比薄涂層處小，因此測得的聲音強度較薄涂層處小。由圖5中數據顯示：51.9 dB(C)∼55 dB(C)的實驗數據代表實驗過程中測得的環境聲音強度大小，其余實驗數據代表敲擊過程中測得的敲擊實驗聲音強度大小。薄涂層處所產生的峰值數據1為76.2 dB（C），厚涂層處所產生的峰值數據2為61.4 dB（C），無涂層處所產生的峰值數據3為87.7 dB（C）。

    根據國網部門的相關要求，絕緣子表面RTV涂層的合格厚度為0.3 mm∼0.8 mm，經過多次檢測實驗，得出被測試樣（RTV涂層）的質量與聲音強度的關系如表1所示。

    通過對比實驗數據可知：對于非金屬基體表面不同厚度的涂層，當基體硬度大于涂層硬度時，由敲擊測聲裝置檢測所得的聲強峰值存在明顯差異。因此，可以通過此方法判斷并檢測非金屬基體表面涂層厚度及均勻度等質量指標。

    5、結論

    通過對現有涂層質量檢測技術進行分析研究，提出一種新型的涂層質量檢測方法——敲擊測聲法，可以對非金屬基體表面涂層質量實現無損檢測，并詳細介紹了這種檢測方法所采用檢測裝置的組成和工作原理。該檢測方法的可行性通過多次實驗得以驗證，能有效的檢測非金屬基體表面涂層質量，直觀地顯示檢測數據，對涂層質量檢測技術的發展具有重要意義。這種檢測方法簡單易行，有很高的可靠性，能實現涂層質量的無損檢測，并且檢測系統的成本較低，并已應用于輸電線路絕緣子RTV檢測，具有良好的推廣價值和良好的應用前景。