虹科直播精彩回顧 | 太赫茲TDS技術(shù)的工業(yè)測(cè)厚與表征應(yīng)用

01

太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)

隨著電磁波頻譜的開(kāi)發(fā)以及光學(xué)電子學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)突破，處于微波與紅外之間的太赫茲波（0.1-10THz）被人們所發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)異的穿透性特點(diǎn)在工業(yè)檢測(cè)方面具有極佳的應(yīng)用前景，適用的材料包括木材、紙張、陶瓷、塑料以及多種復(fù)合材料。并且無(wú)需接觸樣品表面，非接觸測(cè)量更易于工業(yè)自動(dòng)化集成，而其不具有電離輻射的特點(diǎn)對(duì)操作的人員提供了安全保障。

特別的是，基于飛秒激光與光電導(dǎo)天線的光學(xué)方法產(chǎn)生的脈沖太赫茲波具有寬頻譜與指紋頻譜的特性，通過(guò)光電導(dǎo)采樣可以相干探測(cè)到太赫茲波，從而檢測(cè)出物質(zhì)在太赫茲波段的時(shí)域光譜和頻域光譜，對(duì)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析和識(shí)別分揀的作用。更重要的，太赫茲光譜技術(shù)還可以根據(jù)光譜信息實(shí)現(xiàn)成像、參數(shù)表征與厚度測(cè)量的功能，因此在工業(yè)領(lǐng)域極具潛能。

然而，現(xiàn)有的太赫茲時(shí)域光譜儀多是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的大體積設(shè)備，應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域需要設(shè)備能夠適配工業(yè)環(huán)境（比如高度自動(dòng)化集成），且針對(duì)性解決工業(yè)問(wèn)題。虹科針對(duì)汽車、風(fēng)電，以及光伏半導(dǎo)體等材料行業(yè)提出了基于太赫茲時(shí)域光譜儀的工業(yè)完整解決方案。

02

太赫茲工業(yè)測(cè)厚方案及應(yīng)用

基于太赫茲波的穿透性，通過(guò)分析每個(gè)界面的反射太赫茲信號(hào)即可對(duì)被測(cè)材料的厚度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。不同行業(yè)具有不同的涂層方案與測(cè)厚標(biāo)準(zhǔn)，適用的環(huán)境也是多種多樣。因此，虹科提出了針對(duì)汽車與風(fēng)電行業(yè)涂層需求的不同解決方案。

＋

汽車車身涂層測(cè)厚——虹科Irys系統(tǒng)

針對(duì)于汽車行業(yè)多層涂層、測(cè)厚精度要求高、高度集成化以及塑料基底使用率顯著增加的現(xiàn)狀，虹科提供了專業(yè)的太赫茲測(cè)厚平臺(tái)IRYS系統(tǒng)。它是針對(duì)汽車車身涂層測(cè)厚的完整解決方案，其太赫茲探頭適用于任何穿透機(jī)械手臂，適用于自動(dòng)化程度高的汽車產(chǎn)線。

同時(shí)，結(jié)合三角激光定位系統(tǒng)，能夠保持定位的法向誤差小于0.2°。最后，應(yīng)用專利的測(cè)厚算法，可測(cè)層數(shù)高達(dá)5層，能夠?qū)崿F(xiàn)最薄5um材料的測(cè)厚，以及最優(yōu)1um的測(cè)厚精度。

此外，虹科還提供 IPA 大數(shù)據(jù)分析可視化平臺(tái)，它具有高度交互性的用戶友好界面，它可以收集實(shí)時(shí)厚度數(shù)據(jù)和涂裝過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)：如車型、車身ID、顏色、生產(chǎn)線、定時(shí)生產(chǎn)等。并且允許為每個(gè)最終用戶，如制造工廠經(jīng)理，涂裝線經(jīng)理，質(zhì)量控制負(fù)責(zé)人等不同用戶構(gòu)建定制的圖形界面。太赫茲技術(shù)結(jié)合強(qiáng)大的分析工具，可以找出涂裝過(guò)程中的優(yōu)化區(qū)域，實(shí)現(xiàn)更好的汽車涂裝流程控制。

相較于其他傳統(tǒng)的測(cè)厚技術(shù)，基于太赫茲技術(shù)的Irys系統(tǒng)是唯一完整的工業(yè)解決方案，最大優(yōu)勢(shì)在于其適用基底范圍廣泛，包括金屬、塑料與復(fù)合材料基底。此外，非接觸的探測(cè)方式易于自動(dòng)化，一次測(cè)量就可以得到每一層厚度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。最后，沒(méi)有電離輻射，安全性得到保證。

虹科Irys 系統(tǒng)自2020年起第一次落地于大眾西班牙納瓦拉的工廠，經(jīng)過(guò)計(jì)算，Irys系統(tǒng)的使用有助于在涂裝過(guò)程中節(jié)省15%的成本，減少材料、能源和缺陷工件的支出，并相應(yīng)減少對(duì)環(huán)境的影響。

得益于虹科 Irys 系統(tǒng)，汽車的涂裝工藝在噴漆過(guò)程中可以減少二氧化碳排放量50kWh/輛，這意味著每年可減少超過(guò)16 GWh/年的二氧化碳排放量。

＋

風(fēng)電葉片涂層厚度與附著力檢測(cè)—虹科Notus系統(tǒng)

風(fēng)電葉片是風(fēng)電渦輪機(jī)最關(guān)鍵的部件，它的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在環(huán)境條件下，由此可能產(chǎn)生一些損傷，因此通常要對(duì)葉片采用涂層保護(hù)。一方面，每一層涂層的厚度與汽車行業(yè)要求一樣，需要達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面在于涂層表面以下的一些附著性缺陷（比如氣泡、孔洞等）也是需要檢測(cè)的重點(diǎn)。

虹科提供的Notus系統(tǒng)具有足夠強(qiáng)功率的太赫茲波，適用于500um-4mm范圍的風(fēng)電葉片涂層厚度，其分辨率為層厚的5%。另一個(gè)要點(diǎn)在于其具有附著力檢測(cè)的功能，基于缺陷位置回波信號(hào)的特異性，Notus系統(tǒng)采用了附著指數(shù) (AdI) 算法來(lái)評(píng)估涂層的附著性。

ADI是一種分類器算法，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)分析可將樣本的附著性結(jié)果分為兩個(gè)結(jié)果：附著性通過(guò)或失敗。該附著系數(shù)與傳統(tǒng)方式拉拔測(cè)試的數(shù)據(jù)一樣，但是并不需要破壞性檢測(cè)以及專業(yè)人員，根據(jù)直觀結(jié)果可以判斷被測(cè)涂層位置是否存在肉眼不可見(jiàn)的內(nèi)部缺陷，比如涂層內(nèi)部的孔洞、氣孔、氣泡等缺陷。

得益于 Notus 系統(tǒng)，西門子歌美颯可以在生產(chǎn)過(guò)程中和整個(gè)使用壽命期間獲得有關(guān)風(fēng)車葉片涂層狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。Notus 的使用表明，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商每年可能節(jié)省10%的運(yùn)維成本，每年為風(fēng)能行業(yè)節(jié)省運(yùn)維支出約150億，是一個(gè)巨大的節(jié)省成本的機(jī)會(huì)。

03

太赫茲工業(yè)表征方案及應(yīng)用

科研院所的材料研究以及工業(yè)領(lǐng)域的材料生產(chǎn)與質(zhì)量控制流程中，都需要利用一些表征技術(shù)對(duì)所用材料的性質(zhì)與質(zhì)量做出判斷。傳統(tǒng)表征方法具有一定缺陷，比如四探針?lè)ǖ玫奖粶y(cè)樣品的電導(dǎo)率，但必須接觸樣品造成損傷，因此不適用于生產(chǎn)檢測(cè)。而對(duì)于納米尺寸的材料而言，常用的拉曼光譜、AFM和TEM方法可以通過(guò)非接觸、非破壞性的方式得到分辨率高達(dá)nm級(jí)別的圖像，然而這需要復(fù)雜的樣品制備步驟與較長(zhǎng)的掃描時(shí)間，僅適用實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用。

虹科Onxy系統(tǒng)是市場(chǎng)上第一個(gè)旨在實(shí)現(xiàn)石墨烯、薄膜和其他2D材料的全區(qū)域無(wú)損表征的系統(tǒng)。通過(guò)反射式采集樣品的多種電參數(shù)，包括電導(dǎo)率、電阻率、電荷載流子遷移率、電荷載流子密度、載流子散射時(shí)間與均勻性。

虹科Onyx系統(tǒng)填補(bǔ)了宏觀和納米尺度表征工具之間的空白，同時(shí)具有快速表征（12cm2/min）和高分辨率（50um），并且探測(cè)面積可從0.5 mm2到更大面積(m2)，促進(jìn)了材料研究領(lǐng)域的工業(yè)化。

目前，CIEMAT已經(jīng)利用Onyx系統(tǒng)對(duì)各類石墨烯制作的光伏器件做電學(xué)參數(shù)的表征；CIC nanogune利用了Onxy系統(tǒng)對(duì)石墨烯材料與其他表征方法對(duì)比，驗(yàn)證了太赫茲測(cè)量電學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性；IHP則利用Onxy系統(tǒng)為將先進(jìn)材料的晶圓集成到微電子元件中提供了一種無(wú)損，非接觸式，快速且更可靠的質(zhì)量控制過(guò)程，可以在生產(chǎn)過(guò)程的最早階段識(shí)別有缺陷的零件。

虹科Onxy系統(tǒng)采用了太赫茲技術(shù)，相較于其他檢測(cè)技術(shù)，更滿足工業(yè)應(yīng)用的快速大面積的檢測(cè)要求。

04

總結(jié)

虹科基于太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)，提供針對(duì)性解決多行業(yè)問(wèn)題的太赫茲工業(yè)解決方案：針對(duì)于汽車行業(yè)涂層測(cè)厚的太赫茲系統(tǒng)Irys，搭配大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車涂裝產(chǎn)線的質(zhì)量控制；針對(duì)風(fēng)電行業(yè)，提供風(fēng)電葉片厚度與附著性無(wú)損檢測(cè)的Notus系統(tǒng)，并且具有適配各種應(yīng)用環(huán)境（實(shí)驗(yàn)室、工廠與現(xiàn)場(chǎng)）的不同設(shè)備版本；針對(duì)光伏與晶圓材料檢測(cè)領(lǐng)域，虹科Onxy系統(tǒng)能夠以無(wú)損、非接觸、高速與高分辨率的方式一次性表征材料的多種電參數(shù)，是產(chǎn)業(yè)化檢測(cè)的最佳選擇。