陳云龍，馮志華

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局，北京 102206）

1.引言

電磁感應(yīng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)通有交變電流的線圈靠近被測(cè)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部缺陷會(huì)改變渦流的分布，使裂紋邊緣的溫度高于非裂紋區(qū)域，通過(guò)試件表面的異常溫升辨別裂紋缺陷的存在[1-6]。文章對(duì)電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)相關(guān)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，希望給該領(lǐng)域的發(fā)展方向起到一定的參考作用。

2.電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)利技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)分析

對(duì)全球和中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，全球申請(qǐng)量及中國(guó)申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。從圖中能夠看出，從申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，全球范圍內(nèi)電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)利申請(qǐng)大致可以分為以下兩個(gè)階段：

2.1.1 緩慢發(fā)展期（1982-2010年）

該時(shí)期主要是電磁激勵(lì)紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)的初始階段，該階段的申請(qǐng)量基本為個(gè)位數(shù)，但是該階段的專(zhuān)利文獻(xiàn)涉及的是相關(guān)技術(shù)的起源，是后期技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。例如1982年的日本專(zhuān)利JPS5930052A便開(kāi)始在待檢測(cè)物體中產(chǎn)生渦流，并利用紅外線來(lái)檢查物體的內(nèi)部缺陷。此外，該階段主要集中在國(guó)外專(zhuān)利申請(qǐng)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)極少，說(shuō)明這一階段國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的研究基本處于空白或起步狀態(tài)。

圖1 全球和中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

2.1.2 快速發(fā)展期（2011年至今）

隨著電磁感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展以及熱像儀的廣泛使用，2011年開(kāi)始，專(zhuān)利申請(qǐng)出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。從圖1可以看出，這主要?dú)w功于中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的快速增長(zhǎng)，說(shuō)明我國(guó)電磁無(wú)損檢測(cè)的研究發(fā)展較快，技術(shù)已在中國(guó)得到成熟研究和廣泛認(rèn)可。同時(shí)該檢測(cè)技術(shù)也已應(yīng)用于各行業(yè)，特別是航空行業(yè)，集中于對(duì)金屬試件、鋼結(jié)構(gòu)等裂紋損傷的檢測(cè)[7-10]。目前相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利仍然維持在較高的申請(qǐng)數(shù)量。

2.2 地域分布分析

從圖2可見(jiàn)，電磁激勵(lì)紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)主要來(lái)自中國(guó)、日本、美國(guó)和德國(guó)。中國(guó)以47%的份額高居榜首，日本、美國(guó)以20%居次席，中、日、美、德四國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)占據(jù)了94%的份額，這反映了這些國(guó)家在該技術(shù)領(lǐng)域的儲(chǔ)備和應(yīng)用較為豐富。但在2010年之前，日本的專(zhuān)利申請(qǐng)占據(jù)了全球申請(qǐng)量的50%以上，說(shuō)明日本在該檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展初期做出了重要的基礎(chǔ)性研究貢獻(xiàn)，這與當(dāng)時(shí)電磁感應(yīng)技術(shù)在日本工業(yè)的廣泛應(yīng)用密不可分。

圖2 全球?qū)＠赜蚍植?/p>

2.3 主要申請(qǐng)人分布

如圖3，在國(guó)外申請(qǐng)人方面，分布分散，排名前位的申請(qǐng)人分別是日本大同特殊鋼株式會(huì)社、第一高周波工業(yè)株式會(huì)社、波音公司、西門(mén)子、德國(guó)MTU等公司，主要集中于日本公司。

圖3 國(guó)外專(zhuān)利申請(qǐng)人排名

如圖4，中國(guó)申請(qǐng)量排名前十的申請(qǐng)人為大專(zhuān)院校、國(guó)內(nèi)研究所和國(guó)外企業(yè)，有電子科技大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、四川大學(xué)、西門(mén)子等。整體上來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體比較分散，主要集中于科研院所，企業(yè)方面與國(guó)外創(chuàng)新主體尤其是日本企業(yè)還有較大的差距。

圖4 國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)人排名

3.電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)路線演進(jìn)

1982-2002年涉及電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)均為國(guó)外申請(qǐng)，主要集中于日本企業(yè)，這與當(dāng)時(shí)日本電磁加熱技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用發(fā)展密切相關(guān)。如最早的JPS5930052A開(kāi)始提出相關(guān)方法，在待檢查物體中產(chǎn)生渦流，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)通過(guò)依次移動(dòng)被檢查物體表面上的線圈，可以找到被檢查物體內(nèi)部缺陷的位置和粗糙狀態(tài)。JP03183940A開(kāi)始研究如何提高探傷可靠性，其采用多個(gè)加熱線圈實(shí)現(xiàn)同一檢測(cè)平面上的多重結(jié)構(gòu)，提高加熱效率，并設(shè)置自動(dòng)控制器。JPH0815194A采用高頻電感應(yīng)線圈實(shí)現(xiàn)渦流的滲透深度精確控制和表面溫度的均勻。JPH07151719A則將該技術(shù)用于對(duì)混凝土表面的無(wú)損檢測(cè)，判斷混凝土中鋼筋的銹蝕情況。

2004-2010年的相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)成套裝置以及應(yīng)用方面，并且開(kāi)始將該技術(shù)應(yīng)用于航空等重點(diǎn)領(lǐng)域，說(shuō)明該階段相關(guān)技術(shù)和設(shè)備已發(fā)展較為成熟，可靠性以得到認(rèn)可。例如US2008304539A1用于飛機(jī)機(jī)翼的無(wú)損檢測(cè)，US2005167596A用于飛機(jī)蒙皮的缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，DE102011009624A用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程檢測(cè)。此外，在其他領(lǐng)域，JP2006200654A用于鑄件表面氣孔的檢測(cè)，JP2011242362A用于對(duì)鋼板的檢測(cè)。其中，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域最早的申請(qǐng)為美國(guó)吉萊特公司的CN101080630A，其用于對(duì)剃刀片中的裂紋檢測(cè)。該階段，中國(guó)申請(qǐng)量還較少。

從2012年開(kāi)始，電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量快速增加。專(zhuān)利內(nèi)容方面，除將該技術(shù)應(yīng)用到不同的工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)磁場(chǎng)、線圈等基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵構(gòu)件的研究和升級(jí)開(kāi)始涌現(xiàn)。特別是在2016年以后，中國(guó)的電子科技大學(xué)、中國(guó)計(jì)量大學(xué)等高校開(kāi)始轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)原理等基礎(chǔ)研究，主要是磁場(chǎng)研究和線圈部件的改進(jìn)，例如CN105823797A的共生式磁軛線圈的感應(yīng)熱像無(wú)損檢測(cè)裝置、CN106525903A的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)渦流熱成像檢測(cè)系統(tǒng)以及相關(guān)線圈部件的改進(jìn)。同時(shí)，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用，也出現(xiàn)了對(duì)電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的模擬研究，如華東交通大學(xué)的CN103472092A建立了基于偏最小二乘回歸的紅外無(wú)損檢測(cè)電磁激勵(lì)數(shù)學(xué)模型建模方法。缺陷識(shí)別也開(kāi)始從人工識(shí)別向自動(dòng)識(shí)別發(fā)展，如電子科技大學(xué)的CN105352998A便建立了脈沖渦流紅外熱圖像的自動(dòng)識(shí)別方法。

4.結(jié)語(yǔ)

整體來(lái)看，隨著成套檢測(cè)設(shè)備的逐漸成熟和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛覆蓋，專(zhuān)利申請(qǐng)的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到可靠性提高、自動(dòng)控制等研究上來(lái)。未來(lái)電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將朝向便攜式、小型化、多種檢測(cè)技術(shù)融合、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)化控制以及工程化應(yīng)用等方向發(fā)展。

在此基礎(chǔ)上，通過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利的分析和統(tǒng)計(jì)，既可以對(duì)現(xiàn)有的電磁激勵(lì)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行定位，也可以明確未來(lái)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，能夠達(dá)到技術(shù)學(xué)習(xí)和互補(bǔ)的目的，指導(dǎo)專(zhuān)利布局，為制造業(yè)的發(fā)展提供支撐。