青年因城市而聚，城市因青年而興，青年是城市發展的“最佳合伙人”；奮發有為、挺膺擔當，大學生是青年群體中最具生機與活力的“雙創”力量。
在鄭州這片熱土，大學生們積極投身科技創新浪潮，以青年力量推進新質生產力加快發展，他們砥礪深耕、篤行致遠，與國家中心城市雙向奔赴、共榮相生。
“靈眸”團隊成員與指導老師在一起
聚焦產業需求 打造智檢“黑科技”
近日，鄭州大學舉行第十二屆“挑戰杯”大學生創業計劃競賽終審決賽，前沿的科技成果集中亮相，吸引了近萬人前往觀摩。面對日新月異的社會發展，莘莘學子聚焦時代課題，關注民生熱點，以扎實的數據、實干的成果點亮一棵棵“科技樹”。
鄭州大學物理學院“靈眸”團隊研發的“基于聚焦法的精密零件缺陷檢測裝置”，不但可以為電子電力、半導體、醫藥等領域提供高精度高速的檢測設備，還做到了在保證檢測質量和檢測速度的同時降低設備的成本，以解決實際問題的初心和獨特的創新思維，獲得科技創新與未來產業賽道金獎。
“靈眸”團隊負責人、鄭大物理學院2021級本科生李根介紹，當前3D重建技術普遍存在著設備結構復雜、造價昂貴、實時性較差，與現代化工業生產流水線的匹配度較低的問題。
在團隊指導老師張斌教授的實驗室中，李根及團隊成員第一次接觸到了一種結構簡單、成本較低的3D重建方法——聚焦形貌恢復技術。李根對此產生了極大的興趣，并與幾位志同道合的同學共同組隊，申請了國家級大學生創新訓練計劃項目“基于聚焦法的高速3D成像系統設計與實現”，開啟了他們高精度、低成本3D重建技術的研究之路。
研發的3D重建系統結構圖
“一滴水”啟發靈感 直面挑戰不斷破局
要減少聚焦形貌恢復技術的系統誤差，就必須實現測量系統在靜止的情況下獲取一系列不同聚焦程度的圖像。如何解決獲取圖像難題？李根和團隊成員決定從平時攝影時所使用的變焦鏡頭入手。
“事情遠沒有我們想象的那么簡單，變焦鏡頭在原理上仍是通過鏡頭的機械步進來實現，這種方法并不能完全消除機械誤差，且響應速度較慢。”正在項目組陷入困局時，一次偶然的機會，團隊成員吳英杰發現，雨后荷葉上會凝聚出近似球形的水滴。靈感來了！“如果我們的鏡頭可以像水滴一樣，是不是就可以直接通過控制液體的曲率來改變焦距呢？”吳英杰立刻將這一想法告訴團隊成員，大家意識到液態鏡頭可能是破局的關鍵。
經過一段時間的調研，團隊成員終于找到了一種成熟的液態鏡頭的方案，其原理是通過可伸縮的彈性薄膜將液態封裝在一個微型腔內，通過控制液體充注或排出微型腔，液態透鏡的曲率半徑和折射率就可以被控制，從而實現變焦功能。依照這個思路，團隊成員結合傳統的聚焦法形貌恢復原理，構建了一套基于液態鏡頭的3D重建裝置。
解決了獲取圖像的難題，項目還面臨著重建精度跟重建速度兩道難關。從2023年6月到2024年3月，在張斌老師和實驗室學長學姐的指導下，團隊成員在實驗室開啟了一輪又一輪的實驗，先后嘗試了超過30種評價算子，對其重建速度和重建誤差進行對比。通過大量的實驗探索、文獻調研、選定修正，團隊終于實現了對精度和速度的協同提升。團隊成員發表SCI論文2篇、申請發明和實用新型專利各2項，獲批軟件著作權1項，榮獲學科競賽國家級獎項10余項。
團隊成員在進行測試
科技賦能 探索制造強國的“星辰大海”
再優秀的產品，如果只停留在實驗室，也會失去其科研價值。如何將科技創新成果轉化成有利于社會經濟發展的新質生產力？歷經3年的探索，項目實現了從產品結構設計到最終裝置的制備——通過提供高清2D全景深顯示和高精度3D重建，快速識別和定位產品缺陷，為數字化、信息化的制造業生產提供了可靠的技術支撐。
安全是企業生產的生命線。3D成像設備在精密零件外觀缺陷檢測領域的應用，將有效滿足對產品質量檢測和安全防護的使用需求。在指導老師的牽頭組織下，項目實現了3D重建設備用于芯塊外觀檢測的可行性驗證，同多家企業開展了密切合作。
在核工業領域，核燃料芯塊作為反應堆的基礎核心元件，在核電生產中至關重要。如果核燃料芯塊外觀存在缺陷，包括裂紋、缺損、凸起、凹坑，在高溫和高輻射環境中會影響熱傳導，極易引起芯塊包層相互作用，導致燃料棒包殼破裂，造成核泄漏，從而引發反應堆結構損傷、熱工故障、輻射危害等一系列安全問題，會大幅度降低核電站的性能和效率。因此，對燃料芯塊外觀缺陷進行檢測，是核燃料生產過程中非常關鍵的環節。團隊成員把研制的3D成像設備應用到核燃料芯塊外觀缺陷自動化檢測系統中，實現高精度的核燃料芯塊外觀質量檢測，為核設施安全保駕護航。
“十四五”智能制造發展規劃提出，5G、人工智能、大數據、邊緣計算等新技術在典型行業質量檢測、過程控制、工藝優化、計劃調度、設備運維、管理決策等方面的適應性技術是關鍵核心技術。“3D檢測設備正是在傳統無損檢測的基礎上，面向這些新質生產力的應用需求點。”李根介紹，接下來團隊將繼續深入攻關，開發更先進、更高效、更高質量的3D檢測設備，使其推廣應用到民生電子消費和食品醫藥安全等領域，為生產一線提供更加堅強的設備服務保障，為推進制造業數字化轉型提供新思路。
記者 張競昳 文/圖
《鄭州晚報》版面截圖
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