激光错位散斑技术应用剖析：从航空航天到工业制造

激光错位散斑干涉技术（Shearography），自诞生以来便与尖端制造紧密相连。其首次大规模商业化应用可追溯至1987年，服务于诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）的B-2隐形轰炸机项目。该项目的核心挑战之一，便是对大量复合材料构件进行快速、可靠的无损检测（NDT）。为满足这一需求，当时甚至建造了容积达 7.6 m × 3.1 m × 3.7 m 的巨型真空室。时至今日，据美国激光技术公司（LTI）的数据，其错位散斑检测系统已在全球安装了数百套，不仅用于现场检测，更通过大型真空室集成到复合材料的生产线中，成为关键的质量控制环节。

1. 航空航天复合材料构件的高效检测

在现代航空器中，复合材料的用量与日俱增，对其进行全面、高效的质量检测是保障飞行安全的前提。

错位散斑技术在F-22战斗机复合材料构件的生产过程中扮演了至关重要的角色。采用LTI-9000这类带有大型真空室的系统，其检测效率相较于传统的超声C扫描技术实现了质的飞跃。根据LTI公司总裁Newman的报告，在F-22部件检测中，激光错位散斑的检测速度高达 46 m²/h (500 ft²/h)，而超声C扫描的速度仅为 0.9 m²/h (10 ft²/h)，两者相差近50倍。这种效率优势对于大尺寸部件的生产节拍至关重要。

图1 Steinbichler公司的便携式错位散斑系统用于空客飞机的现场检测

德国的Steinbichler公司则凭借其专利的空间相移技术，将检测速度推向了新的高度。传统光学相移技术通常需要采集3至5幅图像来计算相位，而空间相移技术仅需单幅图像即可生成相位图，极大简化了数据采集流程。无论是固定式大型检测系统，还是便携式设备，Steinbichler的解决方案在空客A380的部件检测中都得到了广泛应用。同样，LTI公司的LTI-5100HD系统配合 3.7 m × 7.3 m 的大型龙门扫描机构，也成功应用于波音787机翼等关键部件的检测。

图2 LTI-5100HD系统配合扫描机架对波音787机翼部件进行检测

这些复杂的航空部件检测，不仅要求设备性能卓越，更对检测方案设计、数据解读和缺陷评定提出了极高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。 精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测复合材料无损检测，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

2. 关键部件的专项检测应用

除了机身机翼等大型构件，错位散斑技术在其他关键部件的检测中同样表现出色，展现了其高度的适应性。

• 预警机雷达天线罩：LTI公司的4200型系统被用于预警机（AWACS）旋转雷达天线罩的冲击损伤与脱粘检测。这类大型曲面结构的检测对便携性和现场适应性要求很高。Dantec公司的Q810产品也服务于英国皇家空军，执行类似任务。

图3 便携式错位散斑系统用于预警机雷达罩的缺陷检测

• 蜂窝结构进水检测：协和飞机的方向舵和升降副翼采用了铝蒙皮/铝蜂窝结构。LTI的系统曾用于检测内部进水问题。在蒙皮厚度达 2.54 mm (0.1 in) 的情况下，采用热加载方式，能够探测出单个蜂窝格中仅 0.1 mL 的积水，灵敏度极高。在2000年后，由于飞行中出现方向舵损坏事件，该检测方法被纳入常规维护，每50个飞行小时执行一次，直至项目结束。

• 发动机风扇机匣：罗罗公司（Rolls-Royce）生产的Trent 900发动机风扇机匣，其蜂窝结构同样采用错位散斑技术进行检测。通过热加载，能够清晰地揭示蜂窝近表面及更深层次的脱粘缺陷。

图4 错位散斑系统检测罗罗公司Trent 900发动机风扇机匣

3. 复杂结构与多种激励方式的结合

面对不同的材料、结构和缺陷类型，错位散斑技术可以灵活配合多种激励（加载）方式，以达到最佳检测效果。

• 直升机旋翼：德国Ettemeyer公司（后被Dantec Dynamics收购）在上世纪90年代就为欧直公司开发了直升机旋翼桨叶的错位散斑检测系统，成功取代了更早的激光全息技术。该系统实现了全自动检测，每片桨叶的检测时间仅需10分钟，且无需对桨叶表面进行特殊处理。其长达11米的真空室内置两套成像系统，可同时对桨叶的两面进行成像。

图5 Ettemeyer公司为欧直公司研制的直升机旋翼错位散斑检测系统

• 航天器泡沫隔热层：在为NASA马歇尔宇航飞行中心检测泡沫隔热层（SOFI）及固体火箭推进器时，LTI的系统展现了多种加载方式的协同优势。
  • 真空加载：在常规检测中，使用约5英寸水柱的微弱真空加载，即可检出2英寸厚SOFI层下直径为1英寸的预制脱粘缺陷。对于固体火箭推进器，真空加载的灵敏度最高，可检出的最小缺陷直径达 0.375 in。
  • 声激励：当脱粘面积过大导致漏气，真空加载失效时，声激励便成为替代方案。通过高达 120 dB 的声场激励，可有效检出直径 0.75 in 的缺陷。
  • 热加载：配合适当的峰值检测算法，热加载也能获得与声学加载相似的检测结果。

在一项盲样测试中，错位散斑技术成功检测出全部预制脱粘缺陷以及8个意外的制造缺陷，其可靠性得到充分验证。

图6 采用声激励的错位散斑系统检测波音Delta IV火箭的泡沫隔热防护系统

4. 轮胎工业的规模化质量控制

错位散斑技术早已走出航空航天的象牙塔，在轮胎制造及翻新等工业领域实现了规模化应用。德国Steinbichler公司在近20年间，已为全球轮胎企业提供了超过200套检测系统。

其Intact 2800轮胎检测系统，可处理最大外径达 2800 mm 的轮胎，并能扩展至 4300 mm，覆盖了从民用汽车、卡车到大型工程车辆及飞机轮胎的广泛规格。系统集成了大型真空加载室（压强差可达 20 kPa）、轮胎定位装置、光学测量系统和控制台。整个检测流程高度自动化，轮胎可用标准铲车方便地装卸，检测过程中无需翻动轮胎，极大地提升了检测效率和便利性。

图7 用于轮胎质量检测的错位散斑系统

除了上述领域，错位散斑技术在复合材料帆船、复合材料包裹压力容器、风力发电机叶片等产品的无损检测中，也均有成熟的应用案例，持续为新材料和新结构的质量保证提供着强有力的技术支撑。