2023-03-27
导言
前文，我们介绍过工业制造中的耳朵——奥地利XARION公司的光学麦克风，这种非接触、无膜、宽带的超声探测传感
器及其原理（新型无膜超声探测器-无膜光学麦克风）；今天我们来重点分享一下它在应用设备上的表现和工业价值。
在此之前，简单回顾一下整个系统的工作原理背景：
激光打在材料上时会由热弹效应产生超声波
超声波在目标内部如水波状传播，携带上缺陷信息
超声信号通过光学麦克风中的法珀标准具，引起穿过的红外探测激光因介质折射率衍射变化而改变波长和传输特性
光学麦克风将这些细微变化转化为声音的测量电信号并传给分析控制单元进行声场信号评估
对比建立数据图谱库得到关心的缺陷信息。
光学麦克风的LEA技术及其系统组成方案介绍
XARlON独特的激光激发声学(LEA)技术可以实现高分辨率的非接触超声检测。通过激光脉冲的超声激发和XARlON专有的超声检测器的结合实现了最佳：它在灵敏度和分辨率上与当今标准的液体耦合UT相匹配，同时它不需要水或耦合凝胶。
LEAsys是一种集成扫描仪解决方案，将创新的LEA技术与高分辨率x-y扫描仪和实时数据分析软件相结合。 LEAsys可采用以下反射和透射两种方式进行检测。
采用该技术的LEAsys系统主要由两部分组成：
● 包括全光传感器头和由激光器和探测器组成的驱动单元
● 支持高速采集的模数转换器、软件和数据管理系统，通过测量数据进行在线过程控制
传感器硬件推荐型号：Eta 450 Ultra
Eta 450 Ultra是XARION公司最灵敏的设备，它是为无接触超声材料测试而设计的。频率带宽从50 kHz 到2 MHz，使该传感器与宽带激光超声激励完美匹配。这种小型和无触点测试装置特别适用于复合材料、焊点和粘接接头的特性表征。
特性：
● 无膜光学麦克风
● 频率范围: 50 kHz – 2 MHz
● 自噪声水平: 5μPa (测量@ 500 kHz)
● 最大声压 THD < 3%: 40 Pa
● 动态范围: 30 – 130 dB SPL @ 50khz - 2mhz
主要参数一览表:
型号 | Eta 450 Ultra |
传感器类型 | 无膜，光学 |
频率范围 | 50 kHz – 2 MHz |
动态范围 | 100dB |
最大声压THD<3% | 40 Pa |
损伤阈值 | >194 dB rel.20μPa |
灵敏度 | 10 mV/Pa @ 1KHz（0dB gain,50Ω） |
校准 | 带有标准校准器用适配器 |
传感器头尺寸 | 直径: 8.8 mm；长度:35 mm |
传感器头重量 | 10 g |
光纤长度 | 5 m（可指定) |
信号处理装置尺寸 | 220 mm x 330 mm；高: 95 mm |
信号处理装置重量 | 8 kg |
电压 | 230/120 V ±5%；50/60 Hz |
功率 | < 50W |
工作温度.传感器头 | 10°C – 40°C (50°F – 100°F) |
工作温度.信号处理装置 | 0°C – 50°C (30°F – 120°F) |
HF-MES数据采集和分析系统：
基于FPGA 的实时全声谱图显示，可达到每秒 30,000 个声谱；
允许时长1 小时最高达 4 MHz / 24 位和 6 TB 存储的数据流；
工业通信总线和原始数据导出；
机载数据分析，如能量计算和模式识别。
硬件性能：
• 100，400，或10000Hz 脉频激光；
• 探测器：2MHz带宽 Eta450 Ultra 光学麦克风；
• 最小步距：10μm；
• 扫描范围：530*500mm 或530*1000mm；
• 数据采集：14 bit 50MHz。
软件性能：
• 系统控制及数据分析；
• A-，B-，C-扫描（实时）；
• FFT，声谱分析（F-scan）；
• 数据输出格式CSV。
工业价值
无膜光学麦克风的信号接收方式与样品表面特性以及光学参数无关，该技术在激光焊接、复合材料扫描、压电发射器等场景的检测场景中得到了广泛应用，特别适合于纤维加强复合材料，尤其是三明治结构材料的在线检测。
归纳来说有几个特征：
● 完全无接触（无水，无凝胶等耦合剂）超声波检查；
● 可对您的生产线进行全自动检查；
● 无损检测；
● 高速、高分辨率。
电池焊接应用概述
电池焊接是一个复杂、多步骤的过程，倾听一个工艺制造过程，可揭示大量的相关信息。
XARION的无损检测系统可以在电池焊接领域完成以下种类的检测任务：
1-电解液润湿；
2-箔到标签的焊接；
3-聚合物电池密封；
4-热胶探测；
5-激光焊接母线；
电解液润湿：
如下图所示，该系统可在6秒内对电解液的润湿情况实现在线质量检查：
电极箔片焊接：
如下图示：堆叠的电极需要连接在一起，然后连接到集电器合片；这通常是通过超声波预焊缝和激光最终焊缝来完成的。超声波焊缝可以通过该系统在线监测，无需接触。
聚合物电池密封：
在聚合物电池中，集电器合片将电池内的电极连接到外部，这种微小尺寸的口袋式密封容易出现密封误差，导致泄漏；而该超声检测系统则可以自动、快速、非接触的检查这部分。
热胶探测：
多个电池通常被组合成一个电池模块；而电池则需要热耦合到外封装层，以避免过热
如下图示，该超声检测系统可以从一侧检测到缺失的热耦合胶。
激光焊接母线：
多个电池模块是通过所谓的母线进行连接的，激光焊接是常用在这里的一种快速和高度自动化的连接方式。而激光焊缝的质量可以从一侧用超声检测系统进行评估。
用于汽车上的焊点检测方案
XARION的点焊检测方法与其他方式截然不同：它距离工件几毫米外工作，与车身没有物理接触。这种方法从一开始就是为机器人检测设计的，而不是为了满足机器人使用而调整的原始手工检测方法。这带来了一个根本的优势：它的位置容许偏差可达到几毫米，这在其他情况下是无法实现的。因此，XARION的点焊检测系统是现实生产环境中工业机器人的天然伙伴。与最先进的人工检测相比，这种全自动高速解决方案可以将检测成本降低90%。
特点：
• 检测时间: 5 秒/焊点；
• 检测效率: 8000 点/天；
• 测量误差: 优于300 μm；
• 位置容许偏差: 5 mm；
• 强大的抗表面不均匀性能。
脉动科技有限公司是XARION公司在中国的代理商！XARION的新型无膜超声探测器-无膜光学麦克风（Membrance-free Optical Microphones）技术起源于诺贝尔奖获得者Theodor W. Hänsch团队，是非常创新的超声探测技术！在国外工业领域已经有不少前沿应用，国内科研团队使用过的客户反馈良好，正是普及到工业市场的良好入场时机。
如果您对XARION公司的产品感兴趣，欢迎联系我们。