激光聲檢測系統(tǒng)

一、激光聲檢測技簡介

        激光聲是一種非接觸,高,傷的新型聲檢測技。它利用激光脈沖在被檢測工件中激發(fā)聲波,并用激光束探測聲波的傳播,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。該技接合了聲檢測的高和光學(xué)檢測非接觸的優(yōu)點(diǎn),具有高靈敏度(亞納米級),高檢測帶寬(GHz)的優(yōu)點(diǎn)。 激光聲檢測技在上世紀(jì)九十年代晚期出現(xiàn)成熟的商用系統(tǒng)并早在無縫鋼管產(chǎn)業(yè)開始應(yīng)用。目前該技的成熟工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到硅片檢測，激光焊接焊縫質(zhì)量在線監(jiān)控，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片檢測，飛機(jī)機(jī)身搭接腐蝕檢測，高溫陶瓷，金屬，復(fù)合材料檢測，電子元器件/半導(dǎo)體封裝質(zhì)量檢測，各種材料涂層缺陷檢測等眾多領(lǐng)域，針對其他應(yīng)用的商用系統(tǒng)也不斷成熟并走向市場。

       本公司開發(fā)的激光聲檢測系統(tǒng)，其是一臺高、高帶寬激光測振儀和激光聲信號分析軟件； 以及結(jié)合各工業(yè)行業(yè)的檢測條件及檢測需求量身定制的檢測系統(tǒng)及檢測服務(wù)。系統(tǒng)的硬件（激光測振儀）是基于雙波混合的自適應(yīng)干涉儀，具有光路簡單，檢測和帶寬高，對工業(yè)環(huán)境常見的低頻環(huán)境噪聲不敏感等優(yōu)點(diǎn)。激光聲信號分析軟件采用的經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可實(shí)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(wù)主要面向航空航天、船舶、鋼鐵、、汽車、精密機(jī)械、微電子及科研機(jī)構(gòu)，應(yīng)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(wù)

（一）自適應(yīng)激光測振儀

        本公司開發(fā)的TWM-532型自適應(yīng)激光測振儀直接輸出與樣品表面起伏成正比的時(shí)域信號,其檢測帶寬可GHz,靈敏度可以4x10-7 nm rms (W/Hz)1/2。

        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?？蒲性核袠I(yè)上主要集中在微電子，汽車，和風(fēng)電。在這些部門的研發(fā)人員中，目前應(yīng)用廣泛的非接觸式測振儀是基于多普勒效應(yīng)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），無法對高頻聲振動進(jìn)行高測量。對于檢測帶寬要求高的場合，比如電子元器件/半導(dǎo)體封裝質(zhì)量檢測、復(fù)合材料缺陷檢測、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS/NEMS）檢測、各種微結(jié)構(gòu)、材料薄膜（微米-納米尺度）檢測等，聲振動頻率可以幾十到幾百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(jī)構(gòu)合作，不費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且成本高昂。而我們推出的產(chǎn)品則填補(bǔ)了非接觸式激光測振儀領(lǐng)域從幾十MHz到GHz頻段的空白，將用戶的研發(fā)人員從實(shí)驗(yàn)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研究，大大節(jié)省人力資源，降。

（二）主要技與性能指標(biāo)

         雙波混合自適應(yīng)激光測振儀直接輸出與樣品表面起伏成正比的時(shí)域信號,其檢測帶寬可GHz， 靈敏度可以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。

（三） 滿足不同行業(yè)檢測條件及需求的激光聲檢測系統(tǒng)

本產(chǎn)品主要應(yīng)用于以下幾類場合:

        1. 缺陷檢測：復(fù)雜形狀部件缺陷檢測、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(dǎo)體封裝質(zhì)量檢測、石油、天然氣管道的腐蝕/裂紋檢測、復(fù)合材料缺陷檢測、微機(jī)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、高高帶寬檢測、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：聲波激發(fā)激光器（Generation Pulsed Laser用于在試件產(chǎn)生聲波）、高高帶寬激光測振儀（Receiver，包括探測用CW Probe Laser，用于探測聲波信號）、系統(tǒng)控制及信號分析軟件。

        對于行業(yè)激光聲檢測系統(tǒng)及服務(wù)，市場需求來自于制造業(yè)的各個(gè)重點(diǎn)行業(yè)，包括航空航天、船舶、汽車、核工業(yè)、、風(fēng)電。本產(chǎn)品主要針對傳統(tǒng)聲檢測手段無法勝任的場合,即惡劣環(huán)境下,高,高帶寬檢測以及在線非接觸檢測。由于傳統(tǒng)的聲檢測多采用壓電換能器產(chǎn)生和獲取聲信號，需要聲波源和探測器接觸被檢測樣品，在一些的應(yīng)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。而在激光聲技中，探測器與樣品之間避免了接觸，只有激光作為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(xué)元件和系統(tǒng)調(diào)節(jié)，微小點(diǎn)源或細(xì)線源在空間上具有很好的局域性（20um-100um），激光激發(fā)的聲脈沖寬度可1ns，可對壓電換能器技檢測的微缺陷，微結(jié)構(gòu)，薄膜樣品或有復(fù)雜形狀(如航空構(gòu)件)的試樣實(shí)現(xiàn)檢測，包括缺陷、聲速、聲衰減和各向異性特性的檢測。

典型的激光聲檢測：

A．無縫鋼管壁厚在線測量。

        在無縫鋼管生產(chǎn)中，壁厚是無縫鋼管為重要的特征參數(shù)之一，同時(shí)也是鋼管生產(chǎn)廠家要控制并給予用戶的參數(shù)。利用激光聲技進(jìn)行無縫鋼管的壁厚在線測量不能縮短生產(chǎn)線的停工時(shí)間，更能改進(jìn)成品質(zhì)量，降低返工所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。我們基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)計(jì)劃開發(fā)的無縫鋼管在線測厚系統(tǒng)關(guān)鍵是解決高溫條件下信號采集系統(tǒng)的準(zhǔn)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，且厚度測量要0.01mm，在整個(gè)鋼管長度上所測量的壁厚≤±0.3％。

B．航空復(fù)合材料檢測。

         復(fù)合材料是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用的重要材料，在飛機(jī)上用量52%，直升機(jī)上用量甚至70%以上。目前越來越多的使用大型復(fù)合材料通用結(jié)構(gòu)件，而這些大型構(gòu)件價(jià)格不菲，一旦返工，損失就很大。這就要求改進(jìn)其設(shè)計(jì)和制造流程，在其制造過程中實(shí)時(shí)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，而激光聲檢測系統(tǒng)則可以提供高的現(xiàn)場檢測，及時(shí)為復(fù)合材料工藝優(yōu)化和結(jié)構(gòu)件制造提供反饋信息，幫助穩(wěn)定工藝，產(chǎn)品的合格率，降低生產(chǎn)成本。

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(yīng)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，而激光聲檢測技則可以對焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并向焊接機(jī)器人提供反饋，從而終的焊縫質(zhì)量，大大降低返工率，生產(chǎn)效率。

（三）檢測咨詢及檢測服務(wù)

        目前國內(nèi)市場上提供檢測咨詢及服務(wù)的公司主要集中在傳統(tǒng)的檢測手段，對于激光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)，更沒有提供檢測咨詢及服務(wù)的企業(yè)。而國外的幾家激光聲檢測系統(tǒng)生產(chǎn)商尚未進(jìn)入檢測咨詢及服務(wù)領(lǐng)域，此外，由于一些應(yīng)用的性，（如航空復(fù)合材料檢測，較多用于飛機(jī)制造），此類檢測咨詢和服務(wù)對于國外生產(chǎn)商存在敏感性。我們建設(shè)的激光聲檢測實(shí)驗(yàn)室將向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化的檢測服務(wù)，為用戶的檢測需求定制檢測方案，提供定制檢測系統(tǒng)。