激光超聲檢測系統(tǒng)

一,、激光超聲檢測技術簡介
        激光超聲是一種非接觸,高精度,無損傷的新型超聲檢測技術。它利用激光脈沖在被檢測工件中激發(fā)超聲波,并用激光束探測超聲波的傳播,從而獲取工件信息,，比如工件厚度,、內(nèi)部及表面缺陷,，材料參數(shù)等等。該技術接合了超聲檢測的高精度和光學檢測非接觸的優(yōu)點,具有高靈敏度(亞納米級),高檢測帶寬(GHz)的優(yōu)點,。激光超聲檢測技術在上世紀九十年代晚期出現(xiàn)成熟的商用系統(tǒng)并zui早在無縫鋼管產(chǎn)業(yè)開始應用,。目前該技術的成熟工業(yè)應用已經(jīng)擴展到硅片檢測，激光焊接焊縫質(zhì)量在線監(jiān)控,，風力發(fā)電機葉片檢測,，飛機機身搭接腐蝕檢測，高溫陶瓷,，金屬,，復合材料檢測，電子元器件/半導體封裝質(zhì)量檢測,，各種材料涂層缺陷檢測等眾多領域,，針對其他應用的商用系統(tǒng)也不斷成熟并走向市場。

       本公司開發(fā)的激光超聲無損檢測系統(tǒng)，其核心是一臺高精度,、高帶寬激光測振儀和激光超聲信號分析軟件,；以及結(jié)合各工業(yè)行業(yè)的特殊檢測條件及檢測需求量身定制的檢測系統(tǒng)及檢測服務。系統(tǒng)的硬件核心（激光測振儀）是基于雙波混合的自適應干涉儀,，具有光路簡單可靠,，檢測精度和帶寬高，對工業(yè)環(huán)境常見的低頻環(huán)境噪聲不敏感等優(yōu)點,。激光超聲信號分析軟件采用的神經(jīng)網(wǎng)絡算法可實現(xiàn)對材料參數(shù)和缺陷的快速表征,。針對各工業(yè)行業(yè)需求量身定制的檢測系統(tǒng)及服務主要面向航空航天、船舶,、鋼鐵,、軍工、汽車,、精密機械,、微電子及科研機構，應用于各種傳統(tǒng)手段無法勝任的缺陷檢測,，厚度測量,，惡劣條件下在線非接觸測量等。

二,、產(chǎn)品及服務
（一）自適應激光測振儀
本公司開發(fā)的TWM-532型自適應激光測振儀直接輸出與樣品表面起伏成正比的時域信號,其檢測帶寬可高達GHz,靈敏度可以達到4x10-7nm rms (W/Hz)1/2

    
圖1. 自適應激光測振儀

        對于通用型激光測振儀,，市場需求主要來自制造業(yè)企業(yè)研發(fā)部門及高校科研院所,，行業(yè)上主要集中在微電子,，汽車，軍工和風電,。在這些部門的研發(fā)人員中,，目前應用zui廣泛的非接觸式測振儀是基于多普勒效應的激光多普勒測振儀。而激光多普勒測振儀的主要問題是檢測帶寬低（DC-25MHz）,，無法對高頻超聲振動進行高精度測量,。對于檢測帶寬要求高的場合，比如電子元器件/半導體封裝質(zhì)量檢測,、復合材料缺陷檢測,、微機電系統(tǒng)（MEMS/NEMS）檢測、各種微結(jié)構,、材料薄膜（微米-納米尺度）檢測等,，超聲振動頻率可以達到幾十到幾百MHz，而工程師則沒有現(xiàn)成的非接觸測振儀器可用,，往往需要自己搭建檢測系統(tǒng),，或者與科研機構合作，不僅費時費力，而且成本高昂,。而我們推出的產(chǎn)品則*了非接觸式激光測振儀領域從幾十MHz到GHz頻段的空白,，將用戶的研發(fā)人員從實驗平臺搭建的繁瑣勞動中解放出來，使其專注于產(chǎn)品研發(fā)或?qū)W術研究,，大大節(jié)省人力資源,，降低成本。

 （二） 主要技術與性能指標
雙波混合自適應激光測振儀直接輸出與樣品表面起伏成正比的時域信號,其檢測帶寬可高達GHz,，靈敏度可以達到4x10-7 nm rms (W/Hz)1/2,。根據(jù)用戶要求可定制激發(fā)激光器，掃描系統(tǒng),，以及數(shù)據(jù)采集和控制軟件,。

技術規(guī)格：

（三） 滿足不同行業(yè)特殊檢測條件及需求的激光超聲檢測系統(tǒng) 
本產(chǎn)品主要應用于以下幾類場合:
1. 缺陷檢測：復雜形狀零部件缺陷檢測,、激光焊接質(zhì)量檢測、各種材料涂層缺陷檢測,、電子元器件/半導體封裝質(zhì)量檢測,、石油、天然氣管道的腐蝕/裂紋檢測,、復合材料缺陷檢測,、微機電系統(tǒng)檢測、橋梁,、建筑等振動檢測
2. 厚度測量：玻璃容器,、陶瓷 & 金屬涂層、鋼管 & 鑄鐵管,。
3. 工業(yè)振動檢測：共振頻譜分析,、粗糙表面檢測、高精度高帶寬檢測、高速轉(zhuǎn)動/移動部件檢測,，酸,、堿、高溫,、高壓及輻射等惡劣環(huán)境下檢測,。
該檢測系統(tǒng)主要由三部分組成：超聲波激發(fā)激光器（Generation Pulsed Laser用于在試件產(chǎn)生超聲波）、高精度高帶寬激光測振儀（Receiver,，包括探測用CW Probe Laser,，用于探測超聲波信號）、系統(tǒng)控制及信號分析軟件,。
             
激光超聲檢測系統(tǒng)
      
對于行業(yè)及服務,，市場需求來自于制造業(yè)的各個重點行業(yè)，包括航空航天,、船舶,、汽車、核工業(yè),、軍工,、風電。本產(chǎn)品主要針對傳統(tǒng)超聲檢測手段無法勝任的場合,即惡劣環(huán)境下,高精度,高帶寬檢測以及在線非接觸檢測,。由于傳統(tǒng)的超聲檢測多采用壓電換能器產(chǎn)生和獲取超聲信號,，需要超聲波源和探測器接觸被檢測樣品，在一些特殊的應用條件下,，比如酸,、堿、高溫,、高壓及輻射等惡劣環(huán)境下,，傳統(tǒng)手段無法勝任。而在激光超聲技術中,，探測器與樣品之間*避免了接觸,，只有激光作為超聲信號的傳輸媒介與樣品接觸。此外,，激光聲源十分靈活,，聲源的形狀、大小取決于光學元件和系統(tǒng)調(diào)節(jié),，微小點源或細線源在空間上具有很好的局域性（20um-100um）,，激光激發(fā)的超聲脈沖寬度可達到1ns，可對壓電換能器技術難以檢測的微缺陷,，微結(jié)構,，薄膜樣品或有復雜形狀(如航空構件)的試樣實現(xiàn)檢測,，包括缺陷、聲速,、聲衰減和各向異性特性的檢測,。

典型的激光超聲檢測案例：
A．無縫鋼管壁厚在線測量
    在無縫鋼管生產(chǎn)中，壁厚是無縫鋼管極為重要的特征參數(shù)之一,，同時也是鋼管生產(chǎn)廠家首要控制并給予用戶保證的參數(shù),。利用激光超聲技術進行無縫鋼管的壁厚在線測量不僅僅能縮短生產(chǎn)線的停工時間，更能改進成品質(zhì)量,，降低返工所帶來的經(jīng)濟損失,。我們基于現(xiàn)有的實驗室系統(tǒng)開發(fā)的無縫鋼管在線測厚系統(tǒng)關鍵是解決高溫條件下信號采集系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。要求系統(tǒng)能在1000°C-1500°C左右穩(wěn)定工作,，且厚度測量精度要達到0.01mm,，在整個鋼管長度上所測量的壁厚精度≤±0．3％。
 

無縫鋼管壁厚在線監(jiān)控系統(tǒng)

B．航空復合材料檢測
復合材料是現(xiàn)代飛機設計應用的重要材料,，在飛機上用量達到52%,，直升機上用量甚至達到70%以上。目前越來越多的使用大型復合材料通用結(jié)構件,，而這些大型構件價格不菲,，一旦返工，損失就很大,。這就要求改進其設計和制造流程,，在其制造過程中實時檢測其質(zhì)量及缺陷。現(xiàn)有的傳統(tǒng)檢測手段無法滿足大面積試件快速現(xiàn)場檢測的要求,，而則可以提供高精度的現(xiàn)場檢測,，及時為復合材料工藝優(yōu)化和結(jié)構件制造提供反饋信息，幫助穩(wěn)定工藝,，提高產(chǎn)品的合格率,，降低生產(chǎn)成本,。


航空復合材料現(xiàn)場檢測系統(tǒng)

C．激光焊縫質(zhì)量在線檢測
激光焊接在現(xiàn)代制造業(yè)中有著廣泛的應用,。對于焊接完整性，焊縫尺寸,，焊接速度以及焊接變形都有著很高的要求?，F(xiàn)有的檢測手段在焊接過程中不能直接監(jiān)控焊接質(zhì)量，而激光超聲檢測技術則可以對焊接過程進行實時監(jiān)控并向焊接機器人提供反饋,，從而確保zui終的焊縫質(zhì)量,，大大降低返工率，提高生產(chǎn)效率,。


   激光焊縫質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng) 

三,、檢測咨詢及檢測服務
目前國內(nèi)市場上提供檢測咨詢及服務的公司主要集中在傳統(tǒng)的無損檢測手段,，對于激光超聲檢測這種新型的檢測手段，國內(nèi)還沒有成熟的商用產(chǎn)品出現(xiàn),，更沒有專業(yè)提供檢測咨詢及服務的企業(yè),。探瑞科技激光超聲檢測實驗室面向各行業(yè)用戶提供標準化的檢測服務，為用戶特殊的檢測需求定制檢測方案,，提供定制檢測系統(tǒng),。