1风机塔筒焊缝缺陷检测机器人
围绕风力发电机塔筒焊缝缺陷检测的迫切需求，提出了一种基于漏磁/磁扰动结合使用的缺陷检测方法，研制了一款紧凑型磁扰动与漏磁阵列式传感器。面向阵列式磁传感器，开发了具有低噪声的多通道信号调理检测及采集电路。设计开发了基于磁轮的塔筒攀爬机器人，集成搭载多通道磁检测仪器、激光轮廓仪、数字图传等系统，形成了塔筒焊缝缺陷检测专用机器人系统（图17），具备焊缝识别循迹、自动转向和缺陷检测等功能。
图17 风机塔筒焊缝缺陷检测机器人系统
2高空间分辨率多功能微磁显微镜
钢铁、机械装备制造、薄膜功能器件制备都亟需具有优异性能的铁磁新材料。为实现制备工艺优化及制造质量评价，必须对铁磁新材料的电磁特性、微观组织均匀性、残余应力状态及力学性能指标进行综合测试。目前的科学仪器都只能对铁磁材料的单项或有限项物性参数进行测试，不具备多功能测试的能力。
利用铁磁材料电磁特性和微观组织、残余应力的内在关联性，发展了基于磁巴克豪森噪声和增量磁导率的铁磁材料多物性参数无损检测技术，可实现材料磁参量（磁滞损耗、矫顽力、剩磁、磁导率曲线等）、残余应力、力学性能指标（硬度、强度与塑性指标、硬化层深度等）的定量评价。
通过突破高空间分辨率微磁传感器关键技术，集成开发了百微米尺度磁头式传感器的多功能微磁显微镜，其实物如图18所示。
图18 高空间分辨率微磁显微镜实物
与传统线圈式传感器相比，新开发传感器展示了更优的空间分辨率（亚毫米级），磁巴克豪森噪声与增量磁导率测试结果分别如图19和图20所示。
图19 高空间分辨率磁巴克豪森噪声扫查成像结果
图20 高空间分辨率增量磁导率扫查成像结果
由此构建的微磁显微镜具备磁、力、热耦合加载功能，能够在多场耦合条件下实现对磁性薄膜、软磁合金、合金钢等材料的高空间分辨率扫查，提供晶粒尺度上材料的多物性参数分布成像结果，用于综合评价材料电磁特性、微观组织均匀性、残余应力状态及力学性能指标。研发的微磁显微镜不仅可为新材料工艺优化及制造质量评价提供技术手段，也可为铁磁新材料基因工程及磁畴动力学研究提供科学仪器。
3高频超声显微检测系统
团队在声传播理论框架指导下搭建了纯国产化高频超声显微检测系统，实物如图21所示。自研了500 MHz带宽的SNR500型高频超声激励/接收仪，通过激励国产高频水浸压电换能器，并用采集卡采集处理过的试件超声回波信号，利用自主开发的超声显微成像软件对缺陷位置、形貌信息进行可视化与重构，实现了10 µm分辨力的高精度检测。
①SNR500
②300 MHz水浸换能器
③国产采集卡
④超声显微镜
⑤超声显微成像软件
图21 高频超声显微检测系统
目前本成果关键核心指标均能达到国际先进水平，部分指标优于市场水平。其能够实现对精密微结构内部晶格结构、杂质颗粒、内部裂纹、分层缺陷、孔洞、气泡、空隙等的检测，且成本低，而广泛应用在半导体制造过程中物料检测（IQC）、失效分析（FA）、质量控制（QC）、质量保证及可靠性（QA/REL）、研发（R&D）等领域的无损检测。
设备可实现的参数指标如下：最大行程500 mm×500 mm×150 mm；重复精度±10 μm；收发频率带宽5~500 MHz；AD采样率2 GHz；换能器中心频率5~500 MHz，共9种；最大扫描速度1000 mm/s；最高采样分辨率10 μm（100像素/mm）；最大分辨率20 μm（500像素/mm）。
该超声显微测量系统通过对大面积晶圆键合层进行内部成像（图22）、对IGBT焊接层进行扫描成像（图23）、对电池插板缺陷进行扫描成像（图24）来进行技术水平验证。
图22 晶圆键合空洞扫查结果
图23 IGBT焊接层扫查结果
图24 电池插板缺陷扫查结果
