陳云龍，馮志華

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 102206）

1.引言

電磁感應(yīng)無損檢測技術(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導(dǎo)體時，導(dǎo)體內(nèi)部缺陷會改變渦流的分布，使裂紋邊緣的溫度高于非裂紋區(qū)域，通過試件表面的異常溫升辨別裂紋缺陷的存在[1-6]。文章對電磁激勵紅外熱成像無損檢測相關(guān)國內(nèi)外專利技術(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，希望給該領(lǐng)域的發(fā)展方向起到一定的參考作用。

2.電磁激勵紅外熱成像無損檢測專利技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 全球?qū)＠暾堏厔莘治?/h3>

對全球和中國專利申請數(shù)據(jù)按時間序列進(jìn)行了統(tǒng)計分析，全球申請量及中國申請量發(fā)展趨勢如圖1所示。從圖中能夠看出，從申請量發(fā)展趨勢來看，全球范圍內(nèi)電磁激勵紅外熱成像無損檢測專利申請大致可以分為以下兩個階段：

2.1.1 緩慢發(fā)展期（1982-2010年）

該時期主要是電磁激勵紅外熱成像檢測技術(shù)的初始階段，該階段的申請量基本為個位數(shù)，但是該階段的專利文獻(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年的日本專利JPS5930052A便開始在待檢測物體中產(chǎn)生渦流，并利用紅外線來檢查物體的內(nèi)部缺陷。此外，該階段主要集中在國外專利申請，中國專利申請極少，說明這一階段國內(nèi)該領(lǐng)域的研究基本處于空白或起步狀態(tài)。

圖1 全球和中國專利申請趨勢

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年開始，專利申請出現(xiàn)明顯增長。從圖1可以看出，這主要?dú)w功于中國專利申請的快速增長，說明我國電磁無損檢測的研究發(fā)展較快，技術(shù)已在中國得到成熟研究和廣泛認(rèn)可。同時該檢測技術(shù)也已應(yīng)用于各行業(yè)，特別是航空行業(yè)，集中于對金屬試件、鋼結(jié)構(gòu)等裂紋損傷的檢測[7-10]。目前相關(guān)技術(shù)專利仍然維持在較高的申請數(shù)量。

2.2 地域分布分析

從圖2可見，電磁激勵紅外熱成像檢測技術(shù)專利申請主要來自中國、日本、美國和德國。中國以47%的份額高居榜首，日本、美國以20%居次席，中、日、美、德四國的專利申請占據(jù)了94%的份額，這反映了這些國家在該技術(shù)領(lǐng)域的儲備和應(yīng)用較為豐富。但在2010年之前，日本的專利申請占據(jù)了全球申請量的50%以上，說明日本在該檢測技術(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 主要申請人分布

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

圖3 國外專利申請人排名

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

圖4 國內(nèi)專利申請人排名

3.電磁激勵紅外熱成像無損檢測技術(shù)路線演進(jìn)

1982-2002年涉及電磁激勵紅外熱成像無損檢測技術(shù)的專利申請均為國外申請，主要集中于日本企業(yè)，這與當(dāng)時日本電磁加熱技術(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)換成電信號通過依次移動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開始研究如何提高探傷可靠性，其采用多個加熱線圈實(shí)現(xiàn)同一檢測平面上的多重結(jié)構(gòu)，提高加熱效率，并設(shè)置自動控制器。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)用于對混凝土表面的無損檢測，判斷混凝土中鋼筋的銹蝕情況。

2004-2010年的相關(guān)專利申請主要集中在電磁激勵紅外熱成像無損檢測成套裝置以及應(yīng)用方面，并且開始將該技術(shù)應(yīng)用于航空等重點(diǎn)領(lǐng)域，說明該階段相關(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)翼的無損檢測，US2005167596A用于飛機(jī)蒙皮的缺陷檢測系統(tǒng)，DE102011009624A用于航空發(fā)動機(jī)的過程檢測。此外，在其他領(lǐng)域，JP2006200654A用于鑄件表面氣孔的檢測，JP2011242362A用于對鋼板的檢測。其中，中國專利申請中，電磁激勵紅外熱成像無損檢測領(lǐng)域最早的申請為美國吉萊特公司的CN101080630A，其用于對剃刀片中的裂紋檢測。該階段，中國申請量還較少。

從2012年開始，電磁激勵紅外熱成像無損檢測技術(shù)的中國專利申請量快速增加。專利內(nèi)容方面，除將該技術(shù)應(yīng)用到不同的工業(yè)領(lǐng)域，對磁場、線圈等基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵構(gòu)件的研究和升級開始涌現(xiàn)。特別是在2016年以后，中國的電子科技大學(xué)、中國計量大學(xué)等高校開始轉(zhuǎn)向磁場原理等基礎(chǔ)研究，主要是磁場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)熱像無損檢測裝置、CN106525903A的旋轉(zhuǎn)磁場渦流熱成像檢測系統(tǒng)以及相關(guān)線圈部件的改進(jìn)。同時，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用，也出現(xiàn)了對電磁激勵紅外熱成像無損檢測技術(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損檢測電磁激勵數(shù)學(xué)模型建模方法。缺陷識別也開始從人工識別向自動識別發(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識別方法。

4.結(jié)語

整體來看，隨著成套檢測設(shè)備的逐漸成熟和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛覆蓋，專利申請的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到可靠性提高、自動控制等研究上來。未來電磁激勵紅外熱成像無損檢測技術(shù)將朝向便攜式、小型化、多種檢測技術(shù)融合、自動識別、自動化控制以及工程化應(yīng)用等方向發(fā)展。

在此基礎(chǔ)上，通過國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)專利的分析和統(tǒng)計，既可以對現(xiàn)有的電磁激勵紅外熱成像無損檢測技術(shù)進(jìn)行定位，也可以明確未來相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢，能夠達(dá)到技術(shù)學(xué)習(xí)和互補(bǔ)的目的，指導(dǎo)專利布局，為制造業(yè)的發(fā)展提供支撐。