纳秒门控高速成像技术在焊接领域的应用

焊接作为一种实现材料永久性连接的方法，被广泛用于机械制造、石油化工、桥梁、船舶、建筑、动力工程、交通车辆、航空航天等各个部门，已成为机械制造行业中不可缺少的加工工艺。在焊接中产生使金属熔化所必需的热量时会产生非常强的高能量辐射，例如极亮的可见光、紫外辐射以及红外辐射等，强烈的辐射使人眼无法直视正在进行的焊接过程。

自从1950年代出现相机技术以来，人们就不断尝试使用相机来获取焊接过程的清晰图像。如今，借助高速摄像技术，焊接与激光加工过程中许多裸眼无法观察的试验现象或试验对象可转换成适宜观察的图像等可视化模式，形象直观地表达焊接与激光加工过程。不仅有助于全面深入地认识焊接内在机理和机制，而且可为焊接材料、焊接工艺和焊接结构的优化设计、焊接与激光加工过程的实时控制、焊接结构的健康评价等提供依据。

中科原子自主研发的纳秒门控高速成像技术，基于微纳光场调控、图像增强技术及高速图像采集读出电路，通过纳秒脉冲激光照明与纳秒快门同步，在目标被照亮的瞬间（10亿分之一秒）采集目标反光信号，大幅削减环境光干扰，实现高对比度穿透成像。先进的ICMOS图像传感器能够提供高对比度的图像，而不会使图像的最亮部分饱和，从而露出电极、熔池、接缝和周围环境的细节。

纳秒门控高速成像技术在焊接领域可实现快速且远程地对准焊枪和焊缝；实现在线缺陷检测，及早发现缺陷并确定焊接过程中存在的技术问题，减少中断焊接过程以进行质量检查和验证，从而提高生产效率。结合非破坏性检查方法，进一步降低检查人员破坏完整焊缝以测试质量的依赖性。

目前，航空、核工业、造船、车体及机械制造等工业领域采用的高速相机基本依赖进口，存在价格高昂、售后及技术支持不及时等问题；近几年国内也有厂家推出了系列高速相机，价格较低但性能远不如进口产品。中科原子针对我国高新技术发展、产业升级和国防建设等方面对纳秒门控高速成像器件的迫切需求，研发高性能、低成本高速相机，打破行业对进口产品的依赖，填补市场空白。