南昌航空大学无损检测实验室2023年度进展

2023年实验室培养新增江西省青年科技奖获得者1人、江西省高层次高技能领军人才2人、江西省主要学科学术带头人青年类人才2人、江西省杰出青年基金获得者2人，建设了3个省优势科技创新团队、4个省示范型研究生导师创新团队和5个省级高水平本科教学团队。

实验室无损检测智能化方向带头人陈震教授领衔，联合中国科学院自动化研究所、电子科技大学完成的科技成果项目《面向动态复杂场景的视觉运动估计与目标感知理论及应用》荣获2023中国航空学会科学技术奖自然科学一等奖。

图1 颁奖现场

Part.01

为解决现有超声检测技术难以适用于复杂曲面构件自动无损检测的技术瓶颈，形成面向航空叶片、壁板等复杂型面构件的自动化检测装备，利用构件表面回波信号时间差建立静态轮廓点，并根据探头扫描位姿反演用于表征构件轮廓形状的动态轮廓点，并将各扫描位置上的动态轮廓点进行融合，获得反映构件实际轮廓和位置的重建点云图。

提出了基于自适应虚拟源点云重建的双层非规则介质的仿形超声成像检测方法，实现了复杂型面构件的轮廓测量和超声成像；提出了基于相干加权算法的工件内部缺陷高精度测量及表面盲区抑制方法，使内部缺陷测量精度达到0.8 mm，表面盲区在2.5 mm以内，此技术已应用于某中国航发企业。

Part.02

针对航空齿轮磨削烧伤的酸洗检查时间长、废液处理难、需要人工判别的问题，研制了七轴联动机器人自动扫查的电磁多参数特征成像系统（图3），采用数字孪生技术实现磨削烧伤的三维C扫成像。研制了扁平式仿形电磁多参数探头，可抑制齿面曲率变动的影响，实现齿根受限空间内的仿形扫查。采用数据驱动模型融合电磁多参数特征对齿面应力、硬度进行同步表征，实现了航空齿轮表面磨削质量的快速无损定量表征。

Part.03

针对在航空设备等较大物体的三维形貌测量中遇到被测面复杂且具有高光现象，或需要原位测量等问题，开发了基于结构光投影技术的三维测量技术，结合机械臂构成三维形貌测量系统（图4）。

提出投影条纹周期校正模型提高测量精度；采用时间相位展开法解决大物体相位解包裹问题；提出基于二进制条纹离焦和双频光栅傅里叶变换轮廓术方法来实现物体快速、高精度三维面形测量；提出新的相位编码方式，采用彩色条纹编码提高物体三维测量的速度和精度，实现动态物体的三维测量；针对镜面物体的三维测量，提出了基于曲面屏幕的相位测量偏折技术。

Part.04

针对高温合金、钛合金的铸锻件、激光增材制造高温合金的金相组织结构及微观组织缺陷进行线性/非线性超声检测技术及多参数融合智能评价研究。

该项技术通过实现对高温合金、双相钛合金初生α相的晶粒尺寸、形状进行超声检测与定量评价，并进行晶粒尺寸、形状分布的二维可视化显示，有效提高了晶粒尺寸超声检测与定量评价的精度，并从检测实际出发，开展晶粒尺寸与超声检测特征参数之间单调性一致的评价方法研究，提高了检测结果评价的可读性，同时更加有效地的提高大规格棒料、锻件、轧件产品的金相组织的全覆盖检测与定量评价。

在晶粒尺寸的定量评价方面可达到的精度为±2 μm，目前已经实现GH4169、GH738、GH706、TC4、TC25的检测与评价。图5所示为某试样及其缺陷的线性/非线性超声检测结果。

Part.05

产品表面缺陷检测是工业生产中的重要环节，是产品质量把控的关键步骤，也是新一代信息技术与先进制造技术融合应用发展的重要方向。

项目组针对航空发动机叶片表面缺陷检测领域存在的技术难题，研发了基于人工智能的航空发动机叶片表面缺陷原位视觉检测设备（图6），显著提升了该领域检测任务的智能化水平与生产质量、制造效率。

提出并构建了多尺度连接和特征级联的立体匹配稠密卷积神经网络模型和基于迭代残差优化的多帧单目深度估计模型，显著提升了复杂/弱纹理图像深度估计的鲁棒性以及单目深度估计的准确性；设计了联合全局/半全局匹配与代价聚合的视差估计算法，构建了基于无监督/自监督深度神经网络的叶片表面缺陷三维测量模型；研制了一套轻量化、便携式的柔性内镜机器人系统，拥有5 mm超窄双目外径；成像分辨率达0.01 mm；可实时单目深度估计，缺陷三维测量精度达0.05 mm。

Part.06

针对有限空间内满足常规武器制导化过程中对小体积、高精度、低成本、大动态范围、抗高过载的要求，提出了采用光学微腔为核心敏感单元的解决方案，研制了谐振式光学陀螺系统。

提出波导单元结构图形高精度转移技术，实现超低损耗纳米光波导及高Q耦合光学微谐振腔制造方法；提出超高Q微腔结构单元高效耦合及一体化集成技术，实现纳米级的表面粗糙度；提出双法拉第旋转系统，抑制光学微腔检测系统中的非互易性噪声，实现高信噪比的微纳检测系统。图7所示为该光学谐振微腔微纳精密测量系统与检测结果示例。

Part.01

10月26日，2023国际产学研用合作会议（江西会区）在南昌开幕。实验室承办的航空智能检测与评价分论坛，邀请了哈尔科夫国立技术大学、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司、中国航发动力股份有限公司、航天材料及工艺研究所、上海航天精密机械研究所、中国航发商用航空发动机有限责任公司、中国航发哈尔滨东安发动机有限公司、中国航发沈阳发动机研究所（606所）、航空工业昌飞、航空工业洪都等10余单位专家参加本次会议。与会的专家学者及师生们通过报告和讨论，进一步加深了对航空智能检测与评价领域的认识和理解，为相关领域的研究人员提供了宝贵的经验和启示，推动了航空智能检测与评价技术的创新与应用。

9月18-21日，实验室联合承办第八届国际超声大会。我校校长卢超教授应邀出席了大会开幕式，实验室部分师生参会。本次大会共设置了15个分会场，实验室独立承办的“航空构件无损评价及应用”分会场由卢超教授担任主席，实验室刘远、郭双林博士分别作报告。

图9 实验室参会人员合影

Part.02

7月21日，中国工程院院士、北京航空航天大学教授宫声凯，沈阳黎明公司副总工程师熊瑛一行来实验室调研指导。

10月12日下午，中国航发副总经理、党组成员向巧院士带领中国航发有关人员来校调研，一行来实验室调研指导。

5月13日，2023年中国超声检测大会在山东济宁举行。我校校长卢超教授受邀出席大会并作题为《中国超声检测技术发展路线图》的大会报告。报告论述了中国超声检测技术的发展现状，指出超声检测技术发展趋势将面向高可靠性方向、多特征评价性方向、在役检测及检测大数据分析方向、专业化定制化方向、多种超声检测新技术竞争方向等多个方向发展，同时指出计算机模拟检测将在未来发挥更重要的作用。

7月14-16日，第十三届全国仪器科学与技术学科院长论坛和2023中国仪器仪表年会在哈尔滨市顺利召开。我校校长卢超教授，副校长陈震教授及实验室部分师生参加会议。

实验室负责人宋凯教授作了题为《特色引领 产教融合 团队协同 装备驱动——南昌航空大学电子信息（仪器仪表工程）专业学位研究生培养探索与实践》的报告，介绍了南昌航空大学在仪器学科专业学位研究生的培养特色和培养理念，阐述了“以学生实践能力为中心”专业学位研究生的培养模式，从多个方面分享了我校特色做法和成效，受到与会各级领导和专家的高度认可。实验室师生分别作了相关方面的报告。

10月11-14日，中国机械工程学会无损检测分会召开第十二届年会，会上卢超教授当选副主任委员，宋凯教授、邬冠华教授当选常务委员，敖波教授当选委员。

Part.03

8月，中国航发批准建设了首批10个集团级联合技术中心（UTC），我校作为唯一地方高校，并与中国航发动力股份有限公司签署了UTC协议，共建航空发动机智能无损检测技术中心。

8月，与航空工业沈飞共同签订了先进无损检测技术应用联合实验室合作协议，共建先进无损检测技术应用联合实验室，李克明和代冀阳共同为联合实验室揭牌。双方与会代表还就联合实验室发展规划、科学研究、项目申报、人才培养、学术交流等进行了深入的研讨交流。

2024年，实验室锚定“十四五”规划发展目标，在《质量强国建设纲要》和《智能检测装备产业发展行动计划（2023—2025年）》等指导下，持续积极对接国防、航空、高铁、特种设备等行业与地方产业需求，开发各类装备测试系统，努力达到产业化并推广至相关企业。