促進無損檢測技術向智能化發(fā)展
——走進北京理工大學檢測與控制研究所

研究所概況

北京理工大學檢測與控制研究所以北京理工大學一級國家重點學科（機械工程）和部級重點實驗室（先進加工技術國防重點學科實驗室）為依托，多年來一直從事無損檢測和控制理論與技術的教學和科研工作。研究所主要面向國防科技工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展的前沿及生產(chǎn)需求，重點開展殘余應力超聲無損檢測與調(diào)控技術、（單雙）機械手超聲檢測技術、超聲顯微掃查檢測技術、復雜回轉(zhuǎn)類零件激光測量技術、材料彈性參數(shù)與涂層厚度測量技術等研究工作。

研究所現(xiàn)有教職工7人，其中博導教授1人、副教授5人、高級實驗師1人，在讀博士研究生12名，在讀碩士研究生30多名。實驗室面積400多m2，擁有殘余應力超聲檢測與高能聲束調(diào)控系統(tǒng)、高頻超聲顯微鏡、（單雙）機械手超聲自動檢測系統(tǒng)、螺栓緊固應力檢測系統(tǒng)等多種檢測條件，總價值約2000余萬元。研究所承擔和完成了國家自然基金重點項目、國家科技重大專項、國家國際合作專項、裝備預先研究、國防基礎科研、企業(yè)橫向等多項科研項目，取得了多項科研成果。獲得國防技術發(fā)明二等獎1項、國防科學技術三等獎1項、軍隊科技進步三等獎1項、省部級科學技術進步獎1項。獲得國際授權(quán)發(fā)明專利3項、國家授權(quán)發(fā)明專利60多項、軟件著作權(quán)2項。已立項國際標準1項、制定和頒布國家標準6項、企業(yè)標準3項、行業(yè)標準2項、已立項國家標準20項。正式出版3部學術專著，發(fā)表學術論文300余篇，其中SCI收錄40余篇。

研究特色與創(chuàng)新成果

（1）材料性能時頻孿生檢測理論和技術。提出的三維殘余應力臨界折射縱波變頻檢測方法和超聲體波檢測方法，實現(xiàn)了構(gòu)件內(nèi)部切向應力梯度和法向應力的檢測；微損傷非線性頻域檢測理論和技術，解決了構(gòu)件材料內(nèi)部微觀織構(gòu)和微損傷原位定量檢測難題；材料性能檢測儀器精度校準技術，解決了服役應力檢測的現(xiàn)場校準問題。

（2）微小缺陷高頻超聲層析理論和技術。提出的高頻超聲全時域波形分析方法，實現(xiàn)了復雜精密構(gòu)件內(nèi)部微小缺陷層析檢測和三維可視；高頻換能器噪聲散射吸收與抑制方法，提高了微小缺陷檢測精度和分辨能力；微缺陷量化超聲檢測校準技術解決了微缺陷超聲層析與材料涂層粘接強度檢測精度校準難題。

（3）復雜構(gòu)件的聲束位姿掃查理論和技術。提出的多層介質(zhì)超聲偏轉(zhuǎn)與衰減模型和聲束偏轉(zhuǎn)與探頭空間位姿同步控制方法，解決了大型復雜復材整體構(gòu)件無損檢測難題；多維超聲檢測校準技術，不僅解決了國內(nèi)外大型復雜構(gòu)件超聲檢測系統(tǒng)性能與檢測精度現(xiàn)場校準難題，同時還創(chuàng)造性地解決了高速飛行器大型復雜復合材料整體構(gòu)件和航空發(fā)動機整體葉片內(nèi)部缺陷無損檢測的技術難題。

技術成果轉(zhuǎn)化與社會效益

研究所提出了多種超聲無損檢測方法、研制了多套無損檢測裝置，制定了多個技術規(guī)范和國家標準體系，滿足了我國航空、航天、油氣管道、軌道交通等國防和工業(yè)領域?qū)碗s形廓、非接觸、高精度、快速超聲無損檢測技術和設備的需求，填補了我國超聲無損檢測領域多項技術空白，并得到了廣泛應用，取得了顯著的軍事與社會效益，徹底改變了我國自動超聲無損檢測技術和設備長期受制于人、技術落后的局面，對我國武器和工業(yè)裝備的質(zhì)量提升和安全服役起到了重要的促進作用。

（1）保障了多個國家重大武器裝備型號工程順利進行。實現(xiàn)了對長征5號B運載火箭燃料艙體、大型風洞鋼結(jié)構(gòu)厚板、導彈鋁合金殼體、軍用大飛機大型鈦合金框梁等構(gòu)件的加工和焊接殘余應力的現(xiàn)場原位定量無損檢測。實現(xiàn)了高超音速飛行器多層粘接絕熱復合材料整體結(jié)構(gòu)、大尺度固體火箭發(fā)動機復合材料殼體及裙部粘接狀態(tài)的超聲透射無損檢測，以及航空發(fā)動機葉片和風力發(fā)電葉片等葉身的全范圍超聲無損檢測；解決了我國對復雜復合材料構(gòu)件或復雜形廓構(gòu)件缺陷漏檢率高甚至無法檢測的技術瓶頸問題，實現(xiàn)了傳統(tǒng)超聲檢測向智能超聲檢測的跨越。

雙機械手超聲無損檢測系統(tǒng)

（2）針對服役構(gòu)件材料性能（殘余應力、彈性模量和微損傷等）隨外界載荷和環(huán)境而發(fā)生退化的特點，提出了超聲波精準時域匹配方法以精確獲得材料聲速變化，實現(xiàn)了材料內(nèi)部殘余應力和彈性模量等性能分布及其變化的無損檢測。提出了超聲波頻散識別方法以獲取非線性超聲特性，實現(xiàn)了材料性能內(nèi)部微損傷分布及其變化的無損檢測。通過對材料內(nèi)部超聲信號的時頻信息分析孿生映射出構(gòu)件內(nèi)部材料性能分布及其變化。分別研制和提出了多臺/套檢測儀器系統(tǒng)及其校準方法，解決了機械構(gòu)件內(nèi)部殘余應力、彈性模量和微損傷分布狀態(tài)的量化無損檢測問題。殘余應力超聲無損檢測技術已成功應用于北京大興機場C3 反支撐柱和中俄友誼大橋黑河段橋墩與立柱之間鋼結(jié)構(gòu)的焊接服役應力的檢測和質(zhì)量評估，為重大工程和重大設備安全提供了技術保障。

（3）針對高集成度電子封裝內(nèi)部微缺陷、層狀結(jié)構(gòu)與涂層粘接強度無損檢測的迫切需求，建立了高頻超聲波頻率衰減模型和顯微檢測理論，發(fā)明了高頻超聲換能器的設計與制備方法、數(shù)據(jù)深度可動態(tài)調(diào)整的全時域波形層析分析方法、數(shù)據(jù)層間的短時頻譜與相位反轉(zhuǎn)等對不同類型缺陷敏感的多種成像方法、高頻超聲顯微檢測儀器系統(tǒng)與校準方法，解決了大規(guī)模集成電路電子封裝缺陷及層狀粘接結(jié)構(gòu)粘接強度的無損檢測與評估問題。

（4）針對新型武器裝備大量采用的大型復雜形廓復合材料構(gòu)件和金屬構(gòu)件內(nèi)部缺陷難以準確無損檢測的技術瓶頸，提出了聲束在跨尺度介質(zhì)中和界面上的線性和非線性傳播模型，發(fā)明了針對各向異性異質(zhì)復雜型面構(gòu)件內(nèi)部缺陷超聲掃查檢測的聲束位姿的空間控制方法和技術、多維柔性超聲無損檢測儀器系統(tǒng)和校準方法，解決了多個型號武器裝備中復雜形廓復材和金屬構(gòu)件內(nèi)部缺陷的超聲透射和反射的高速高精度自動無損檢測難題，奠定了我國自動超聲無損檢測與超聲顯微檢測的工業(yè)技術基礎，并引領了國際發(fā)展趨勢。

國內(nèi)外交流與合作

研究所注重國內(nèi)外學術交流與合作，與國內(nèi)外著名相關研究單位建立了廣泛而長期的學術合作關系，先后與美國物理聲學公司、中國航天五院、汕頭超聲儀器研究所等研究單位成立了無損檢測技術聯(lián)合實驗室，與美國濱州州立大學和西北大學、英國紐卡斯爾大學、布里斯托大學和帝國理工大學、韓國國立釜山大學、日本東京工業(yè)大學和香川大學等建立了長期的國際合作與交流關系。研究所以為國家培養(yǎng)無損檢測技術人才，促進無損檢測技術進步為己任，愿與業(yè)界同仁開展各種交流與協(xié)作！