激光超聲檢測系統

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、內部及表面缺陷，材料參數等等。該技術接合了超聲檢測的高精度和光學檢測非接觸的優點,具有高靈敏度(亞納米級),高檢測帶寬(GHz)的優點。激光超聲檢測技術在上世紀九十年代晚期出現成熟的商用系統并zui早在無縫鋼管產業開始應用。目前該技術的成熟工業應用已經擴展到硅片檢測，激光焊接焊縫質量在線監控，風力發電機葉片檢測，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也不斷成熟并走向市場。

       本公司開發的激光超聲無損檢測系統，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；以及結合各工業行業的特殊檢測條件及檢測需求量身定制的檢測系統及檢測服務。系統的硬件核心（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，對工業環境常見的低頻環境噪聲不敏感等優點。激光超聲信號分析軟件采用的神經網絡算法可實現對材料參數和缺陷的快速表征。針對各工業行業需求量身定制的檢測系統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、產品及服務
（一）自適應激光測振儀
本公司開發的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企業研發部門及高校科研院所，行業上主要集中在微電子，汽車，軍工和風電。在這些部門的研發人員中，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/半導體封裝質量檢測、復合材料缺陷檢測、微機電系統（MEMS/NEMS）檢測、各種微結構、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，而工程師則沒有現成的非接觸測振儀器可用，往往需要自己搭建檢測系統，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，使其專注于產品研發或學術研究，大大節省人力資源，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。根據用戶要求可定制激發激光器，掃描系統，以及數據采集和控制軟件。

技術規格：

（三） 滿足不同行業特殊檢測條件及需求的激光超聲檢測系統 
本產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、激光焊接質量檢測、各種材料涂層缺陷檢測、電子元器件/半導體封裝質量檢測、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、高速轉動/移動部件檢測，酸、堿、高溫、高壓及輻射等惡劣環境下檢測。
該檢測系統主要由三部分組成：超聲波激發激光器（Generation Pulsed Laser用于在試件產生超聲波）、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）、系統控制及信號分析軟件。
             
激光超聲檢測系統
      
對于行業及服務，市場需求來自于制造業的各個重點行業，包括航空航天、船舶、汽車、核工業、軍工、風電。本產品主要針對傳統超聲檢測手段無法勝任的場合,即惡劣環境下,高精度,高帶寬檢測以及在線非接觸檢測。由于傳統的超聲檢測多采用壓電換能器產生和獲取超聲信號，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境下，傳統手段無法勝任。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調節，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，微結構，薄膜樣品或有復雜形狀(如航空構件)的試樣實現檢測，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
    在無縫鋼管生產中，壁厚是無縫鋼管極為重要的特征參數之一，同時也是鋼管生產廠家首要控制并給予用戶保證的參數。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線的停工時間，更能改進成品質量，降低返工所帶來的經濟損失。我們基于現有的實驗室系統開發的無縫鋼管在線測厚系統關鍵是解決高溫條件下信號采集系統的準確性和穩定性。要求系統能在1000°C-1500°C左右穩定工作，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控系統

B．航空復合材料檢測
復合材料是現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量及缺陷。現有的傳統檢測手段無法滿足大面積試件快速現場檢測的要求，而則可以提供高精度的現場檢測，及時為復合材料工藝優化和結構件制造提供反饋信息，幫助穩定工藝，提高產品的合格率，降低生產成本。


航空復合材料現場檢測系統

C．激光焊縫質量在線檢測
激光焊接在現代制造業中有著廣泛的應用。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。現有的檢測手段在焊接過程中不能直接監控焊接質量，而激光超聲檢測技術則可以對焊接過程進行實時監控并向焊接機器人提供反饋，從而確保zui終的焊縫質量，大大降低返工率，提高生產效率。


   激光焊縫質量在線監測系統 

三、檢測咨詢及檢測服務
目前國內市場上提供檢測咨詢及服務的公司主要集中在傳統的無損檢測手段，對于激光超聲檢測這種新型的檢測手段，國內還沒有成熟的商用產品出現，更沒有專業提供檢測咨詢及服務的企業。探瑞科技激光超聲檢測實驗室面向各行業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。