超声扫描显微镜的设备介绍（棒材超声检测案例）

在入职无损检测行业之前，我也是第一次听说超声扫描显微镜这款设备。中学时期我只接触过光学显微镜，当时还用它观察过洋葱的表皮细胞——洋葱表皮差不多是半透明的，很适合用来看看细胞内部的渗透情况。

光学显微镜

一.光学显微镜与超声扫描显微镜的共性与差异

其实光学显微镜和超声扫描显微镜都属于无损检测成像设备，核心作用都是观察物体的微观结构，以及找出里面可能存在的缺陷。

不过两者的侧重点不一样：光学显微镜主要看的是“表面能直接看到的缺陷”，比如物体表面的划痕、凹陷这些；而超声扫描显微镜更擅长找“内部界面处的隐藏缺陷”，这些缺陷从外面根本看不出来。

今天就和大家好好说说我工作中天天打交道的超声扫描显微镜。它的英文全称为Scanning Acoustic Microscope，简称超声SAM，是一款靠高频声学探测原理工作的精密无损检测设备。它最大的优点就是“不破坏被检测物体、能穿透到物体内部、成像精度高”，正因为这些优势，它成了航空航天、新能源汽车、半导体电子、复合材料这些高端制造领域里，把控产品质量的关键工具。

超声扫描显微镜有很多种类，但不管是哪种，核心原理都一样：都是通过超声换能器（探头）向材料内部发送超声波信号，利用超声波在材料里传播时产生的透射、折射这些物理现象来检测的。我平时接触过专门用来检测棒材的多轴水浸超声扫描成像设备。这款设备水槽里的运动控制机构，是完全按照棒材的尺寸和形状“量身定做”的，特别贴合检测需求。

这款设备还有个很灵活的特点：如果用户的工件有特殊要求，还能额外增加运动轴，保证能全方位扫描到，不会有遗漏。它是专门为检测那些不规则形状的工件设计的，比如盘形、球形、环形、螺旋形的工件，都能实现多自由度扫描。这套系统包含XYZAW五个运动轴，我给大家简单说说：其中XY轴是直线电机驱动的，扫描精度能达到0.1微米；Z轴是伺服电机驱动的，扫描精度约0.5微米，主要负责对焦和扫描，确保每个地方都能扫到，不会留下扫不到的“盲区”。这XYZ三个轴是超声无损检测设备最基础的运动机构，用的是高精度丝杠结构。

可能有朋友会问，为什么要专门用这么精密的设备检测棒材呢？这是因为棒材在生产加工的时候，很容易出现一些缺陷。具体来说，棒材的原材料（也就是坯料）内部本身可能就有问题，比如存在缩孔（简单说就是坯料凝固时内部没填满，留下的小空洞）、夹杂物（就是生产时不小心混进去的杂质，比如小沙粒、金属碎屑之类的）。这些原材料自带的问题，在加工过程中就容易引发裂纹。

坯料内部存在缩孔、夹杂物等缺陷，会不可避免地产生裂纹，主要有纵向裂纹、横向裂纹、缩孔和夹杂缺陷四种类型。由于存在裂纹尖端应力集中效应，这些缺陷在棒材应用过程中受到恶劣环境的影响，会逐渐延展变长，最终可能造成相关产品损坏，甚至严重的安全事故。

因此，为了防止棒材在服役过程中发生断裂，对棒材缺陷进行检测是必不可少的。基于棒材的缺陷是分布于棒材内部到表面的各个区域，并且尺寸较小，肉眼检测不易发现缺陷，容易造成漏检，无法有效地对缺陷棒材进行筛选，所以需要采用无损检测技术对棒材进行缺陷检测。其中，超声无损检测技术以其穿透性强、分辨率高、检测灵敏度高、携带信息丰富、对人体安全无害等优势而应用最广泛。