便携式激光散斑无损检测仪
便携式激光散斑无损检测仪由上海大学研制，具有自主知识产权。它采用实时相移和高动态图像融合技术，消除激光照射引起的物体表面反光对检测的影响，结合人工智能自动识别缺陷，实现对粘接结构和材料内部缺陷的无损检测。
独特优势
1. 实时相移技术：国家发明专利，获得高质量的检测结果；
2. 过曝光自动预警：在激光检测时防止过曝光现象，减小检测盲区；
3. 高动态融合技术：针对药柱表面光强变化大的特点，采用多曝光融合技术，实现药柱全表面无损 检测，无需表面处理；
4. 人工智能缺陷识别：在实时相移过程中自动识别缺陷，并给出缺陷尺寸;
5. 程控操作：仪器高度自动化，通过软件程控，实现所有操作，提高设备控制的精准度；
6. 图像后处理宏操作：丰富的图像处理方法，可定制化检测图像增强与分析；
7. 根据用户需求，开发各类定制化检测设备。
系统主要技术指标
有效测量面积：600 × 500 mm²
实时干涉条纹：30 fps
工作距离：1.0 – 2.0 m
实时相移条纹：30 fps
剪切量方向：0 - 360o 无级可调
缺陷分辨率：3 mm
剪切量大小：0 - 5o 无级可调
镜头：25mm
激光器功率：4 × 100 mW
检测头重量：< 4 kg
图像分辨率：2448× 2048 像素
热辐射灯：2 × 1000W
应用实例
橡胶金属粘接结构中存在脱粘、富胶等缺陷，使用便携式激光散斑无损检测仪检测结果如图(a)所示。蜂窝夹层结构由两块较薄的铝板与中间一层较厚的蜂窝状芯材粘结而成， 可能会存在局部脱粘缺陷，使用该检测仪检测到板材内部的缺陷如图(b)所示。火箭药柱在制作过程中可能存在药块与外侧包裹的绝热橡胶材料的脱粘现象，使用该检测仪可以检测到材料的内部缺陷如图(c)所示。
应用单位
电子部 54 研究所、上海航天 800 所、上海航天 806 所、解放军 5718 厂、内蒙古红峡化工厂、湖北三江江河化工厂、航天科技一院 703 所、空军装备研究院、航空装备研究所、青海大学、郑州大学、大连理工大学、河北工业大学、哈尔滨工业大学。
红外热成像无损检测仪
便携式红外无损检测仪由上海大学研制。它采用长脉冲、锁相两种热激励模式和多种快速高效的热波检测算法，显著提高了缺陷的清晰度，实现了对多种复合材料板材结构内部缺陷的全场原位非接触无损检测。
独特优势
1. 拥有锁相和长脉冲两种热激励模式，加载参数可以自定义设置；
2. 具备高温保护功能，可以自定义设置温度阈值；
3. 自主专利技术，拥有快速高效的算法，获得高对比度检测图像；
4. 程控操作：仪器高度自动化，通过软件程控，实现所有操作，提高设备控制的精准
度；
5. 图像处理：丰富的序列图像处理方法，包括缺陷定位、缺陷尺寸和深度分析；
6. 低成本的原位红外检测手段。
系统主要技术指标
有效测量面积：300 × 200 mm²
缺陷最大深度：10 mm（与材料有关）
工作距离： 0.5 – 1.5 m 缺陷分辨率 3 mm
图像分辨率：640 × 480 像素
热辐射灯：2 × 1000 W
图像最大帧率：50 fps
响应波段：8-14 um
镜头焦距：13 mm
热灵敏度：40 mk
应用实例
玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料的背面预制了不同深度和直径的平底洞缺陷，橡胶金属粘接结构在粘接层中预制了一系列的脱粘缺陷和一块富胶区域。使用该设备的检测结果。如上图所示，所有缺陷均清楚可见。
应用情况
上海卫星装备研究所：用于卫星加热片粘接质量检测;
宁波天擎航天科技有限公司：用于药柱与外绝热层粘接质量检测;
大连理工大学：用于复合材料损伤检测。
ESPI-3D型激光干涉精密测量系统
激光散斑干涉方法（ESPI）是一种利用激光散斑作为信息载体，通过干涉光路测量相位信息的非接触式全场测量方法。可以测量物体在各种载荷作用下的位移和应变/应力分布。其测量精度可以都达到波长量级。
基于 ESPI 原理，我们开发了一系列高精度测量设备。其中 SD-ESPI-1D 主要用于离面变形测量，SD-ESPI-IN 主要用于面内变形测量、SD-ESPI-3D 主要用于三维变形测量。其中， 3D ESPI 系统运用单模光纤技术、实时相移技术和 GPU 并行技术，可以实现物体三维位移场的高精度同步测量。
独特优势
1. 实时相移技术：国家发明专利，获得高质量的检测结果；
2. 单模光纤技术：简化光路布置，设备高度集成化；
3. 高动态融合技术：采用多曝光融合技术，增强在各种物体表面的测量能力；
4. 丰富的图像处理方法，全场位相去包裹，位移伪彩色显示，可定制化检测图像增强与分析；
5. GPU 并行技术：多通道数据并行处理，实现三维位移场的同步测量。
系统主要技术指标
有效测量面积：120 × 90 mm²
测量精度：优于 0.2um
激光器波长： 473nm、532nm、671nm
激光器功率： 20mW、50mW×2
测量分辨率：优于 1/256 级条纹
图像分辨率：1390×1040
实时干涉条纹： 20 fps
实时相移条纹：15 fps
信噪比：56 dB
应用实例
（一）红外成像芯片 77K~300K 温度变化下三维变形测量
制冷型红外芯片工作时温度为液氮温度，由室温到工作温度之间的温差变化会引起芯片的变形。通过激光散斑干涉方法可以测量得到芯片在温度变化中的三维变形场。如图 1 所示， 左图为检测系统的实物图，右图为芯片在 223K 温差下的三维变形云图。
（二）微电子器件封装的泄漏检测
微电子封装器件的气体泄露影响器件性能的稳定性，利用激光干涉测量方法可以实现芯片的泄漏检测。对芯片施加一个可控的气压，通过检测芯片表面的轮廓变形化，即可判别封装芯片是否密封。如图 2 所示，左图显示了同时测量 14 个封装器件的相位图，右图是某个元件随时间的三维变形图。
红外光弹性应力实时测量系统
红外光弹性应力实时测量系统基于当前最先进的像素化偏振相机并使用可穿透硅的近红外光源， 在应力测量过程中实现了实时动态相移，无需旋转任何光学元件即可实现半导体硅基材料内部应力的实时测量。系统软件采用了 CPU 并行算法，极大地提高应力测试效率。此外，本设备还可应用于玻璃、石英、透明注塑件以及 SiC 晶圆的残余应力检测。
独特优势
1. 高度自动化、智能化：无需驱动任何光学元件即可实现主应力方向、主应力差和剪应力场的实时显示；自动化地实现应力分离。
2. 全场应力分布伪彩色显示：自动完成全场任意应力的定量计算，并以伪彩色形式显示。
3. CPU 并行算法：图像处理采用并行计算技术，提高计算速度的同时实现高帧率测试结果的输出显示。
4. 设备高度集成化且操作简单：利用自主开发的软件实现实时动态相移，只需将试件放置在移动平台上即可实时测量试件内部应力场。
5. 应用领域广：本设备可用于芯片内部的残余应力检测、硅晶圆键合质量检测（如内部隐裂、空隙等）、透明的玻璃、石英和 SiC 晶圆的残余应力检测。
系统主要技术指标
测量面积：75 × 75 mm²（可变）
图像分辨率：1224×1024 像素
采集相机： USB 3.0 接口/ 帧率 25 fps
工作波长：1064nm
双折射量程：266nm
应用实例
（一）芯片 3D 封装关键技术 TSV 热机械应力检测
TSV 的热机械可靠性是 3D 芯片封装的关键问题。由于硅的热膨胀系数和铜的膨胀系数相差较大，在芯片制造和使用过程，环境温度的变化会导致 TSV 结构中出现较大热机械应力，从而影响芯片的使用性能甚至直接导致芯片的失效。芯片三维封装 TSV 结构如图 1 (a)所示，利用红外光弹系统对芯片 TSV 结构进行应力测试，结果如图 1 (b)~(d)所示。
（二）MEMS 器件阳极键合应力测量
MEMS 器件以集成电路为发展基础，广泛应用于压力传感器加速度计等精密测量器件的制造。键合后 MEMS 器件内部的残余应力会影响硅的压阻效应，改变硅的电学性能，从而影响其测试精度，开展应力测量对 MEMS 产品的可靠性评价具有重要意义。MEMS 键合如图 2(a)所示，利用红外光弹系统对芯片 TSV 结构进行应力测试，结果如图 2 (b)和(c)所示。
（三）1 英寸钠钙玻璃圆盘对径压缩应力测量
对 1 英寸钠钙玻璃圆盘进行对径压缩实验，应力测量结果如图 3 所示。
单目视频引伸计
单目视频引伸计，是一种以数字图像相关技术实现实时位移/应变的测量设备。通过两步整像素搜索算法，即利用微粒群优化算法获得最佳初始估计值附近的点，并结合梯度下降搜索法快速获得最佳初始估计值。然后利用反向合成高斯牛顿算法快速获得目标点在变形图中的亚像素位置。该算法与传统数字图像相关方法相比，可以大大减少计算所消耗的时间，能够稳定的跟踪到目标点。
单目视频引伸计，可实现实时位移/应变测量，同时进行纵向、横向两种应变测量，实时得到并展现试件的纵向和横向应变曲线。相比传统的接触式引伸计、应变片、传感器等测量手段，具有显著的优势，其长期成本低、数据实时显示、避免接触式精度影响，对于试件大小、材质、实验条件的适应性更高，携带方便，操作友好。
独特优势
1. 双向应变同时测量：同时测量纵向、横向的位移与应变，实时显示双向测量曲线；
2. 实时多点同步测量：应用并行计算技术，实现多点的实时测量，多点应变与位移数据同步输出，以评估材料不同区域上的运动与变形；
3. 设备姿态校准：融合倾角传感器，图像画面具备水平调节校准，俯仰调节校准，减小因相机光轴倾斜产生的测量误差；
4. 具备过曝光显示：应用图像处理技术，实时突出显示相机画面中的过曝光及欠曝光区域，方便测量时的设备调节，实现精准测量。
系统主要技术指标
图像分辨率：1200 万像素
数据输出频率：25Hz
测量精度：0.005%
测量范围：0.005%-1000%
角度调节精度：0.01°
应用实例
薄钢板低周疲劳试验
实验目的是测试给定金属薄板在应变控制下的低周疲劳曲线和材料参数。在试验过程中， 用单目视频引伸计来测量循环过程中试样的标距范围内的应变变化。单目视频引伸计对准试 样的中心区域。通过监测试样的一个侧面来测量应变的变化(图 1)。为了获得较高的相关系数，试验中经常采用在试样表面喷洒散斑的方法来制造高对比度随机分布的纹理，然而在本 试验中，由于视场范围大约为 3×2 mm2，如图 1 所示，金属表面存在着天然的高对比度随机分布的纹理[72]，因此不需要在试样表面喷洒人工散斑。
薄钢板低周疲劳试验中单目视频引伸计的应变测量结果如图 2 所示：
单目视频挠度仪
挠度是评估桥梁结构健康状态的重要指标， 基于摄像测量原理的挠度测量方法与其他挠度测量技术相比具有显著优势，可以直接进行远程测量，节省大量的工作时间和成本， 目前已经被逐步应用在实际测量中。我们承接之前的工作，采用一种计算每个测量点到相机仰角变化的斜光轴摄像挠度测量方法， 结合工业相机和倾角传感器，开发了一套单目视频挠度仪。
为了得到图像上更多位置的高精度的挠度测量结果，我们提出了一种基于测点到相机光线仰角变化的挠度测量方法，可对视场中任意处位置的挠度精确测量，并结合数字图像相关方法开发了单目视频挠度仪，实现了远距离非接触测量目标点的竖直挠度或位移，可替代传统的百分表、水准仪、LVDT、位移传计等位移传感器。
独特优势
1. 图像去雾，灰度增强；
2. 曝光时间自动调节；
3. 实时多点位移输出、显示；
4. 挠度数据滤波、频域分析；
5. 定制化功能扩展--根据用户需求，灵活添加新功能。
系统主要技术指标
图像分辨率：500 万像素
测量距离：0.3-500 米
测量点数：40
数据输出频率：40Hz
测量精度： ±0.05mm@10m
应用实例
混凝土三跨箱梁铁路桥主跨跨中挠度测量试验
我们使用单目视频挠度仪对一混凝土三跨箱梁铁路桥主跨跨中位置的挠度进行了现场可行性测试。测试现场如图 1 所示：
单目视频挠度仪架设在桥底一侧绿化带内，距离该桥主跨跨中位置约 75 米。测试选用焦距为 50mm 的成像镜头，对准跨中位置，图像空间分辨率为 2048 × 1536 像素， 在图像中选择一个测量点开始测量后，该位置的挠度以 58 Hz 的频率实时输出。整个测量过程中，系统通过自适应曝光调节算法动态的控制相曝光时间，防止测量点受光照变化变得过暗或过曝，测量到两列地铁交汇经过时跨中挠度结果如图 2 所示：
