韩国开发高温超导线材三维非接触检测系统

韩国电工技术研究院 (KERI) 近日宣布，该院低温器件研究中心河洪洙 (Ha Hong-su)、朴仁成 (Park In-sung) 研究团队开发出一套三维非接触式超精密检测系统，可连续测量高温超导线材的厚度和宽度。该机构称，这是全球首个面向高温超导线材的此类检测系统。

韩国电工技术研究院研究员河洪洙和朴仁成与一根高温超导线在3D非接触式超精密检测系统旁合影。[韩国电工技术研究院]

高温超导线材在低于特定温度时电阻趋近于零，可实现大电流低损耗传输，是核聚变装置、医用磁共振成像设备以及高效电力装备中超导磁体的关键材料。这类线材通常呈带状，厚度仅数十微米，比A4纸更薄，宽度约为4至12毫米，长度可达数百米。超导磁体通常由数百层线材紧密绕制而成。

对于这类材料而言，单根线材几微米级的厚度偏差也可能带来影响。在线材层层堆叠后，微小偏差会被放大，导致磁体整体尺寸和形状发生变化，并使局部应力集中，进而增加磁体损伤、磁场不稳定或设备性能下降的风险。

现有接触式检测方法可能划伤或污染线材表面，非接触式方法则容易受到线材传输过程振动的影响，导致测量精度下降。若要进行高精度截面检测，通常还需要切割线材并在显微镜下观察，检测过程成本较高，也难以实现连续在线检测。

研究团队此次将卷对卷传输机构与上下相对布置的彩色共焦激光传感器结合，使线材在一个卷轴向另一个卷轴传输过程中接受扫描。安装在线材上下两侧的激光传感器可快速扫描其表面，并同步测量上下表面距离。该共焦激光测量方式在银、铜等高反射率金属表面上也能保持较稳定的测量效果。

据KERI介绍，即使线材以每小时100米的速度移动并伴随振动，系统仍可将测量误差控制在±1.5微米以内;当传感器横向移动速度被控制在每秒4毫米或更低时，重复测量误差可降至0.2微米以内。该精度相当于人类头发丝直径的很小一部分。

这一系统可在不切割、不接触线材的情况下，对数百米长的高温超导线材进行连续检测，并实时生成线材厚薄变化的三维图像，判断其横截面呈凸起或凹陷状态。研究团队认为，该技术有助于在生产早期发现肉眼不可见的微小缺陷，降低超导磁体制造过程中的质量风险。

除高温超导线材外，该检测技术还可用于其他连续生产的先进材料质量控制，包括二次电池用铜箔和铝箔、轧制金属制品、薄膜太阳能电池材料以及电子元器件用精密薄膜等。

研究团队下一步计划将该技术发展为智能质量控制系统，使测量数据与生产设备实时联动，用于自动调整电镀、轧制等工艺参数。河洪洙表示，高温超导线材的微观厚度变化虽然肉眼不可见，但在数百层堆叠后，会影响整个超导磁体的性能和可靠性。