无损检测技术，旨在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，结合多种技术对产品进行缺陷与材料参数的检测。无损检测是工业发展中必不可少的工具之一，不仅可对制造用原材料、各中间工艺环节、直至最终成品进行全程检测，也可对工作中的设备进行检测。其广泛应用在工业生产中，可提高产品质量，降低生产过程中的现场事故率。

目前已有的五大无损检测技术：涡流法、射线探伤法、磁粉检测法、液体渗透法和超声检测法。涡流法主要通过测定检测线圈阻抗的变化检测材料有无缺陷，但是仅限于检测导体材料。射线探伤法主要检测材料的体缺陷，但是定量检测精度低，且具有放射性。磁粉检测法主要是使磁化的样品吸附施加在表面的磁粉，根据形成的磁痕来进行判断，多用于铁制样品。液体渗透法主要是使渗透液浸入样品中，清洗之后涂抹显像剂来显示缺陷位置。然而磁粉检测法和液体渗透法皆会对样品表面造成污损。超声检测法主要是利用超声波在传播过程中遇到异质界面时产生的透射、反射和折射现象，对超声信号进行分析与处理而提取出缺陷的特征。

近年来，在无损检测领域快速崛起的超声检测技术，因其检测范围广，穿透力强，灵敏度高的优势，常用来对金属、非金属等复合材料的内部缺陷进行检测。被测物体与物体中缺陷的声学性质差异会对声波传播造成影响，根据反射回波所携带的信息便能推算出缺陷的位置和大小。对金属制品内部与表面缺陷进行无损检测可使用超声进行检测，但金属制品往往不是形状单一的块状、板状结构，如高空中的电缆封铅层、发动机增材制件、铁路轨道上的钢轨、涡轮机叶片等。传统超声检测依赖耦合剂，需要超声探头与物体直接接触，较难适用于检测表面复杂的物体或者远距离检测。

激光超声检测技术

激光超声检测技术作为一种新型超声检测技术，可以实现固体材料内缺陷的高精度检测。激光超声检测技术具有以下优点：激光与被检测材料是非接触式的，且可以实现远距离激发和接收信号，激光激发的超声频带宽，时间和空间分辨率高。不仅对材料损伤微小，而且突破了对细微结构检测的难关，适合用于对复杂构件的检测，并且能够在高温高压辐射等恶劣环境下实现对材料的检测。当强度受到调制的激光照射在固体材料表面上时，固体材料内部产生体波、声表面波等多种模式的超声波。通过研究在激光与固体材料相互作用后这些携带材料缺陷、参数信息的超声信号，可以在无损检测领域有更多的研究方向。

在金属材料的加工制造过程中，诸多外部因素如压力、温度等都会导致材料的微小缺陷，并且在生产过程中不断扩大，最终损害材料的性能，无法继续使用，造成经济损失。对于一些精密的金属仪器和零件，需要高精度、非接触式的检测技术来实时检测它们的缺陷。激光超声检测技术一般能检测出金属内部亚毫米量级的缺陷，为了实现裂纹的快速定位检测，提高缺陷检测精度，可借助一些信号处理的手段来提高检测能力。

传统的激光超声技术一般只能检测出金属内部亚毫米量级的缺陷，当缺陷更小时，仅靠传统激光超声技术难以对其进行精准定位，此时可借助一些信号处理的手段以提高检测能力。

激光超声SAFT

合成孔径聚焦技术(Synthetic Aperture Focusing Technology，SAFT)起源于合成孔径雷达，后被应用到超声检测中，可大大改善成像质量。将SAFT应用于激光超声无损检测技术，可提高传统激光超声成像的分辨率和对比度激光超声成像算法就是要有效利用接收到包含缺陷信息的信号，实现缺陷所处位置和几何特征的再现。

合成孔径聚焦技术 (Synthetic Aperture Focusing Technology, SAFT) 作为超声成像领域的一项经典技术，其基本思想来源于 20 世纪 50 年代出现的合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 技术。SAFT 凭借不受近场区限制、高信噪比、高成像质量、在横 向(/方位向)和纵向(/距离向)均具有较高的分辨率且分辨率只与超声换能器尺寸有关而与距离无关等优点而备受瞩目。相较于原B扫描图像，SAFT能大大改善成像质量，因此广泛应用于各个领域，如压力容器、焊缝、混凝土、木材等。将SAFT技术应用到激光超声检测技术可以提高传统激光超声成像的分辨率，以及在图像重建过程中，易干应用各种图像处理技术以提高成像质量。

合成孔径聚焦技术(SAFT)是传统声学领域中提高检测分辨率的途径之一，其基本原理是将一系列单个小孔径传感器结合起来代替一个大孔径传感器，以达到提高检测横向分辨率的目的。这项技术最早应用在雷达领域，Flaherty与Burckhardt等人于上世纪70年代将这项技术拓展到超声检测领域，以提高超声分辨率。时域SAFT是基于时域上的延时叠加(DAS)思想。均匀各向同性材料内，可以认为声波沿直线传播，且声速不变，那么声波的传播路径可由几何关系确定，从而确定回波到达时间。因为SAFT能结合多组回波信号成像，有效提高图像分辨率，并且其扫查模式灵活，所以被广泛应用于超声成像技术中。

研究现状

Johnson等人研究了不同参数对时域SAFT成像结果所造成的影响并减少了由有限合成孔径引起的旁瓣伪像。Lockwood等提出了一种应用于稀疏周期阵列探头的SAFT成像方法，通过使用不同的传感器间距进行发射和接收，可以减少旁瓣的产生，并实现帧速率较高的成像。Karaman等人提出了一种基于合成孔径和波束空间插值的超声子孔径处理方法，根据给定收发子孔径组合的空间采样准则，选择了扫描图像平面的波束线数，对两个不同模型的实验数据进行了测试后验证了这种方法的高效性。

2018年，Varnosfaderani等人将合成孔径方法与MV波束形成器相结合，应用于二次谐波超声成像中。抑制了噪声，在信噪比低的时候提高了MV波束形成器在谐波成像中的性能，同时提高了成像分辨率和对比度。Peyton等提出了一种用于B超成像的正交合成孔径前端接收机，以应用于小规模成像。使用合成孔径波束形成将系统复杂度、面积、功耗和成本最小化，从而仅使用单个信道以顺序方式处理信号，与正交采样相结合，进一步降低了计算量。Tsunoi等人利用SAFT解决了光声信号中低频成分引起的成像分辨率低的问题，并对离体和活体的大鼠皮下组织进行了成像。2019年Li等人考虑到皮质骨和软组织中的声速会发生显著变化，将一个基于压缩感测的三层速度模型应用于皮质骨骨折影响中，利用多基地合成孔径技术抑制了伪像，并进行了体外实验。

同时，国内众多学者也对SAFT进行了研究。孙宝申等人于1993年详细介绍了SAFT的基本理论及实现方法。2017年，陈玲等人将时域SAFT成像过程映射为正向画圆弧的操作，提升了双层介质物体的成像速率。赵梦林等人基于双层介质的加模块全聚焦算法，借鉴虚拟源波束序列合成思想改进了加楔块多阵元SAFT模型。孙扬等实现了一种液浸环境和内扫查方式下的空心轴频域SAFT超声成像技术。2018年，罗嵘等人通过角谱运算对频域内声场进行重建，利用频域SAFT实现了钢制主轴内部缺陷的成像。2019年，王硕等人为解决超声合成孔径成像中非均匀介质和表面不平整引起的相位聚焦畸变，研究了一种基于信号相关性校正相位畸变的方法，对估计信号相位偏差量和对比超声回波A扫间的相关性进行优化，建立了对应优化估计函数对信号进行相位校正。邓惟心等人提出一种基于编码激励和相干系数的合成孔径超声成像算法，提高了图像的轴向分辨率，抑制了图像中的横向旁瓣。

在1997年，Lorraine等人首次将SAFT技术应用到激光超声领域，提高了激光超声技术在检测微小缺陷时的性能，其亚表面区域的工作能力可以与使用聚焦压电传感器的超声相当;并采用类似于零偏移法的技术，同时移动激发光源和检测光源,使二者重合于材料表面上的同一点,实现了对材料内部及表面缺陷的成像。此后Blouin以及Levesque等人利用SAFT技术提高激光超声无损检测的空间分辨率和信噪比，并探测出铝块表面毫米量级缺陷。到现在，该团队一直都致力于研究SAFT激光超声技术，提出了时域和频域两种算法，能探测到焊件中毫米量级的缺陷，以及金属铝材料中亚毫米量级的缺陷。Yamamoto等人结合SAFT技术，利用激光激发的超声对厚度为150mm的管道样品进行了实验。Selim等人将激光超声技术与传统传感器检测技术相结合，在铅板表面进行二维扫查，结合SAFT技术探测出埋深厘米量级，纵向尺寸毫米量级的圆柱形缺陷。李俊燕等提出了一种将激发光源与检测光源分离的SAFT成像方法，使用移动的脉冲激光线源在样品内激发超声纵波，用激光测振仪在固定点探测，从钢样品中得到时域B扫信号，从时域信号中提取缺陷反射的纵波回波，对样品内部缺陷进行成像。

总之，对工业生产中的金属制品进行缺陷检测可以采用超声检测，但金属制品往往具有复杂结构，不是形状单一的块状、板状结构，难以提供传统超声检测所需要的检测窗口。且传统超声检测依赖耦合剂，需要超声探头与物体直接接触检测形状复杂的样品具有一定局限性。在这种情况下，采用激光超声检测技术，并与成像算法结合，不仅可以实现对平面样品的内部和表面缺陷检测，还可以实现自由曲面缺陷检测，SAFT激光超声检测在无损行业具有非常广阔的应用前景。