島津X射線CT系統(tǒng)與紅外顯微鏡聯(lián)合，賦能ADAS汽車部件無損檢測
發(fā)布時間:2024-08-01 閱讀次數(shù)：367次
X射線CT系統(tǒng)能夠?qū)悠返膬?nèi)部結(jié)構(gòu)進行無損三維觀察，所以它可用于檢驗產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量，在本案例中能夠評估粘合劑中的孔隙并對內(nèi)置部件進行測量。
使用紅外顯微鏡可以對樹脂材料和零部件的粘合劑等有機物進行定性分析。
引言
ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）是用于支持安全駕駛的系統(tǒng)，通過監(jiān)測汽車周圍的環(huán)境，轉(zhuǎn)換成可視化信息和警報來預(yù)防事故的發(fā)生，提高駕駛安全性，保證駕駛員能夠安全舒適地進行駕駛。
ADAS系統(tǒng)在監(jiān)測車輛周圍環(huán)境時，會使用到寬視場相機、毫米波雷達、超聲波傳感器和其他器件，但由于這些器件耗電量大導(dǎo)致發(fā)熱，因此需要高效的散熱和冷卻機制。而且由于這些傳感器遍布車身外部，所以氣密性十分重要。在汽車輕量化的要求下，部分傳感器殼體需要使用樹脂材料，需要保證其不會因內(nèi)部電子器件所產(chǎn)生熱量而變形，所以評估這些樹脂材料本身及其添加劑的耐熱性和低翹曲度尤為重要。
本案例中使用微焦點X射線CT系統(tǒng)（圖1）和紅外顯微鏡（圖2）對ADAS的毫米波雷達進行測試。X射線CT系統(tǒng)用于器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無損觀察，并分析粘合膠粘劑中的孔隙和寬視場相機的安裝角度，同時使用紅外顯微鏡對毫米波雷達中使用的樹脂材料進行定性分析。
圖1：微焦點X射線CT系統(tǒng)inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus
圖2：紅外顯微鏡系統(tǒng)（IRTracer-100 + AIMsight）
毫米波雷達的觀測與測量
使用X射線CT系統(tǒng)360?掃描樣件，采集X射線透視數(shù)據(jù)，并通過計算機重建出三維數(shù)據(jù)。
圖3顯示了毫米波雷達天線部分的斷面圖像，分辨率約為0.050mm，可以進行長度測量，例如，測量天線間的距離。
圖3：天線部分?jǐn)嗝鎴D（MPR）
圖4的三維圖像顯示毫米波雷達內(nèi)密封的電路板及外殼的粘合部分。這里，軟件分析膠粘劑的孔隙體積，并以顏色區(qū)分不同尺寸。因此X射線CT系統(tǒng)可以對熱沖擊等耐久試驗前、后的密封材料進行評估。
圖4：毫米波雷達VR圖和局部放大圖
使用紅外顯微鏡對樹脂部分進行定性分析。對毫米波雷達中使用的樹脂部分進行取樣，用金剛石池將樣品壓扁平后進行測量。表1顯示了測量條件，圖5顯示了獲得的紅外譜圖和檢索結(jié)果。
表1：測量條件
圖5：毫米波雷達中樹脂部件的實測譜圖及檢索結(jié)果
譜圖檢索的結(jié)果表明，樹脂部分的紅外譜圖與聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的參考譜圖高度匹配。PBT是一種熱塑性樹脂，屬于聚酯的一種。其優(yōu)點是成型過程中收縮率低、機械強度高、耐熱性高。將PBT用于毫米波雷達外殼，是因為它能有效傳輸77 GHz和24 GHz的無線電波，這是毫米波雷達常用的頻率。由于在部分樣本中可以看到透明纖維，因此也對透明纖維進行了測量。圖6顯示了獲得的紅外譜圖和檢索結(jié)果。
圖6：毫米波雷達樹脂中玻璃纖維的實測譜圖及搜索結(jié)果
譜圖檢索的結(jié)果表明，這些透明纖維與玻璃的紅外譜圖一致。眾所周知，在PBT中添加玻璃纖維是為了提高樹脂的剛度。如本次實驗所示，紅外顯微鏡系統(tǒng)可以評估樹脂材料的種類和添加劑。
車載相機的觀察與測量
使用X射線CT系統(tǒng)得到車載相機的斷面圖像和VR圖像，結(jié)果如圖7所示。圖7（a）中橙色虛線所示區(qū)域為膠粘劑，與螺釘（圖7（b）共同固定相機，可知車載相機被牢固地固定在殼體上。圖7（c）和（d）顯示出圖7（a）中車載相機的安裝角度。相機鏡頭的軸與殼體底部的夾角為18?，并與外殼側(cè)面的參考軸成90?夾角。因此，X射線CT可以在無損狀態(tài)下確認(rèn)產(chǎn)品在開發(fā)和生產(chǎn)過程中的品質(zhì)。
圖7：車載相機部分的CT圖像
使用紅外顯微鏡測量車載攝像頭的樹脂部分。將外殼直接放置在顯微鏡載物臺上，使用衰減全反射（ATR）法進行了測量。通過分析所得的紅外光譜圖，我們發(fā)現(xiàn)樹脂部分與環(huán)氧樹脂的標(biāo)準(zhǔn)光譜（圖8）有著高度的一致性。環(huán)氧樹脂是一種具有卓越的機械強度、耐熱性、耐水性的熱固性樹脂。
圖8：車載攝像頭中樹脂部分的實測譜圖
結(jié)論
通過X射線CT系統(tǒng)對毫米波雷達和車載攝像頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行觀察，可以清晰地看到毫米波雷達的結(jié)構(gòu)狀態(tài)并測量尺寸，還可確認(rèn)部件的密封部分是否存在孔隙，并檢查相機鏡頭的安裝角度是否正確。通過紅外顯微鏡對毫米波雷達和車載攝像頭的樹脂部分進行了定性分析，發(fā)現(xiàn)兩種器件使用了不同類型的樹脂。這些信息對于產(chǎn)品開發(fā)階段的設(shè)計研究、耐久性評估、制造過程中的質(zhì)量控制，以及與其他公司產(chǎn)品進行基準(zhǔn)測試都是非常有價值的。
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