先進(jìn)成形與智能技術(shù) 課件 第7章 智能檢測(cè)技術(shù)

7.1無(wú)損檢測(cè)概述戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.1.1無(wú)損檢測(cè)的定義及特點(diǎn)7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇7.1.1無(wú)損檢測(cè)的定義及特點(diǎn)1.無(wú)損檢測(cè)的定義戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1在不影響材料或制件未來(lái)使用和可靠性的前提下，進(jìn)行宏觀缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量、化學(xué)成分分析、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的評(píng)定。7.1.1無(wú)損檢測(cè)的定義及特點(diǎn)2.無(wú)損檢測(cè)的主要內(nèi)容戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造2隨著制造業(yè)向智能化方向發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)成為一門(mén)多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)測(cè)試工件的物理性能產(chǎn)品的在役檢測(cè)7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇1.常用的無(wú)損檢測(cè)方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3按照缺陷部位內(nèi)部缺陷檢測(cè)方法表面及近表面缺陷檢測(cè)方法所借助的物理手段射線檢測(cè)聲學(xué)檢測(cè)磁學(xué)檢測(cè)流體檢測(cè)電學(xué)檢測(cè)光學(xué)檢測(cè)熱學(xué)檢測(cè)7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇1.常用的無(wú)損檢測(cè)方法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造4實(shí)際上，一些無(wú)損檢測(cè)方法本質(zhì)上是復(fù)合方法，不能簡(jiǎn)單地將其歸類(lèi)最多應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)方法射線檢測(cè)超聲檢測(cè)滲透檢測(cè)磁粉檢測(cè)渦流檢測(cè)7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇2.無(wú)損檢測(cè)方法的選用戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5技術(shù)性經(jīng)濟(jì)性不同的檢測(cè)方法產(chǎn)品自身的性質(zhì)無(wú)損檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)及局限性、檢測(cè)對(duì)象及其缺陷的特點(diǎn)考慮缺陷的類(lèi)型、缺陷在產(chǎn)品的位置、產(chǎn)品的材質(zhì)、形狀和大小等因素7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇2.無(wú)損檢測(cè)方法的選用：鑄件中的常見(jiàn)缺陷戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造6氣孔疏松夾雜裂紋縮孔氣孔和縮孔是由于液態(tài)金屬冷卻凝固時(shí)體積收縮得不到補(bǔ)充而形成的夾雜、裂紋和疏松則是由于鑄件凝固緩慢的區(qū)域因微觀補(bǔ)縮通道堵塞而在枝晶間及枝晶臂之間形成的細(xì)小空洞。7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇2.無(wú)損檢測(cè)方法的選用：鍛件中的常見(jiàn)缺陷戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造7鑄造缺陷鍛造缺陷熱處理缺陷鑄造缺陷主要有縮孔殘余、疏松及孔穴鍛造缺陷包括裂紋、白點(diǎn)及折疊；熱處理缺陷則主要是裂紋。7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇2.無(wú)損檢測(cè)方法的選用：軋件中的常見(jiàn)缺陷戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8金屬軋制分為熱軋和冷軋，軋制產(chǎn)品表面的缺陷原因復(fù)雜，形態(tài)多樣。根據(jù)幾何特點(diǎn)點(diǎn)缺陷（如麻點(diǎn)、疤痕）線缺陷（如劃痕、裂紋、條紋）面缺陷（如乳化液斑、銹斑、油污）7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇2.無(wú)損檢測(cè)方法的選用：焊件中的常見(jiàn)缺陷戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9根據(jù)部位焊接接頭部位在焊接過(guò)程中形成的缺陷外觀缺陷包括咬邊、凹陷、表面裂紋、焊瘤和根部未焊透內(nèi)部缺陷包括氣孔、夾渣、裂紋和未焊透幾何特點(diǎn)體積型缺陷（如氣孔、夾渣）線缺陷（如未焊透、未熔合、裂紋）7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇3.無(wú)損檢測(cè)方法的選用：技術(shù)因素戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9技術(shù)因素工件的幾何因素工件的材料特點(diǎn)工件的材料加工工藝工件缺陷的特點(diǎn)工件表面條件檢測(cè)方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及局限性如超聲檢測(cè)在檢測(cè)尺寸極小的工件時(shí)會(huì)遇到困難磁粉檢測(cè)只能用于鐵磁性材料相比于射線檢測(cè)，超聲檢測(cè)更易發(fā)現(xiàn)裂紋類(lèi)缺陷，而渦流檢測(cè)不能檢測(cè)內(nèi)部缺陷鑄件較難采用超聲檢測(cè)表面粗糙度過(guò)大時(shí)，不宜采用超聲檢測(cè)超聲探頭的壓電晶片在高溫下不適用檢測(cè)區(qū)域的可達(dá)性細(xì)小狹長(zhǎng)部位更適合用γ射線檢測(cè)7.1.2無(wú)損檢測(cè)方法及其選擇2.無(wú)損檢測(cè)方法的選用：五種常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法的主要技術(shù)特點(diǎn)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9射線檢測(cè)超聲檢測(cè)滲透檢測(cè)磁粉檢測(cè)渦流檢測(cè)超聲檢測(cè)對(duì)表面和近表面缺陷的檢測(cè)能力低于磁粉、滲透和渦流檢測(cè)射線檢測(cè)結(jié)果直觀且客觀，但對(duì)人和環(huán)境有害滲透檢測(cè)僅能檢測(cè)工件表面的開(kāi)口缺陷，但幾乎沒(méi)有材料種類(lèi)方面的限制磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)鐵磁性材料的表面和近表面缺陷，靈敏度極高渦流檢測(cè)適用于導(dǎo)電材料的表面和近表面缺陷檢測(cè)，且對(duì)表面狀態(tài)要求較低THANKS7.2視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)7.2.2數(shù)字圖像處理與

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1尺寸測(cè)量與定位視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)制造中用于精確測(cè)量工件尺寸和位置，確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)要求，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。表面缺陷檢測(cè)通過(guò)高清攝像頭捕捉圖像，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠識(shí)別并分析工件表面的微小缺陷，有效減少不良品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。物料處理與跟蹤視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在物流和生產(chǎn)流程中扮演關(guān)鍵角色，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的自動(dòng)識(shí)別、分類(lèi)和跟蹤，優(yōu)化資源分配，降低人力成本。123尺寸測(cè)量與定位表面缺陷檢測(cè)物料處理與跟蹤戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造2組成部分介紹在視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中，相機(jī)與光源是獲取圖像信息的關(guān)鍵硬件，它們負(fù)責(zé)將實(shí)際場(chǎng)景轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，為后續(xù)的圖像處理提供原始數(shù)據(jù)。相機(jī)與光源的作用鏡頭作為連接相機(jī)和拍攝對(duì)象的橋梁，其質(zhì)量直接影響到圖像的清晰度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)，是確保視覺(jué)檢測(cè)準(zhǔn)確性的重要因素。鏡頭的重要性圖像采集卡是實(shí)現(xiàn)圖像從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，它負(fù)責(zé)將通過(guò)鏡頭和相機(jī)捕獲的圖像數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。圖像采集卡功能7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造37.2.1.1圖像傳感器7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)CCD相機(jī)CMOS相機(jī)高質(zhì)量圖像輸出低光環(huán)境表現(xiàn)好高速圖像捕捉低功耗性能高速讀取能力靈活性與應(yīng)用廣泛按照?qǐng)D像傳感器的排列方式來(lái)分:面陣相機(jī)線陣相機(jī)采用面陣傳感器捕獲高分辨率圖像清晰細(xì)節(jié)高質(zhì)成像使用線陣傳感器捕捉一維動(dòng)態(tài)對(duì)象高速連續(xù)成像主要考慮圖像分辨率、成像速度以及成像維度戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造47.2.1.2光源照明系統(tǒng)7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)光源選擇重要性影響圖像質(zhì)量光源的選擇直接影響視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中輸入圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量，合理的光源能顯著提高圖像清晰度和對(duì)比度，為后續(xù)圖像處理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。適應(yīng)不同應(yīng)用需求不同的工業(yè)應(yīng)用對(duì)照明方式和光源的發(fā)光機(jī)理有特定要求，如環(huán)形光源適用于成像和檢測(cè)任務(wù)，而同軸光源則更適合表面缺陷檢測(cè)。綜合考量因素在選擇光源時(shí)，需考慮其對(duì)圖像質(zhì)量、功耗、成本和速度的影響，確保所選光源在滿(mǎn)足特定應(yīng)用需求的同時(shí)，也符合經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性原則。123戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造57.2.1.2光源照明系統(tǒng)7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)鎢絲白熾燈鎢絲白熾燈通過(guò)加熱鎢絲使其發(fā)光，是最早的電光源之一，以其成本低廉和連續(xù)光譜輸出而被廣泛使用。鹵素?zé)酐u素?zé)粼趥鹘y(tǒng)白熾燈的基礎(chǔ)上加入鹵素氣體，提高了燈泡的壽命和光效，常用于需要高亮度和色溫穩(wěn)定性的場(chǎng)合。發(fā)光二極管（LED）LED是一種半導(dǎo)體光源，具有高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命和環(huán)保的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于顯示技術(shù)、照明和信號(hào)指示等領(lǐng)域。性能鹵素?zé)鬖ED激光亮度較亮較亮亮響應(yīng)速度慢快慢單色性差好好聚光性差中好頻閃不可頻閃可頻閃不可頻閃常用光源對(duì)比戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造87.2.1.3視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的組成高性能硬件配置在視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇高性能的工業(yè)相機(jī)和服務(wù)器是確保實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵，這些硬件設(shè)備能夠快速獲取圖像數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足在線檢測(cè)的需求。軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性對(duì)于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要，需要設(shè)計(jì)高效的圖像處理算法，以確保數(shù)據(jù)處理速度與硬件獲取速度相匹配，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。系統(tǒng)檢測(cè)速度保障通過(guò)優(yōu)化硬件和軟件的實(shí)時(shí)性，可以有效保證視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)速度，滿(mǎn)足在線檢測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)性的高要求，提高整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造77.2.1.3視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)圖像分類(lèi)物體檢測(cè)語(yǔ)義分割視頻分析軟件系統(tǒng)在視覺(jué)檢測(cè)中的作用軟件系統(tǒng)作為視覺(jué)檢測(cè)的核心，負(fù)責(zé)處理和分析圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)處理、分類(lèi)、目標(biāo)檢測(cè)和分割等模塊，為實(shí)時(shí)在線檢測(cè)提供精確的數(shù)據(jù)支持主要功能模塊軟件系統(tǒng)包括圖像預(yù)處理、分類(lèi)算法、目標(biāo)檢測(cè)算法和分割算法等關(guān)鍵模塊，每個(gè)模塊都承擔(dān)著特定的任務(wù)，共同確保圖像信息的有效處理和精準(zhǔn)分析。第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9圖像預(yù)處理方法1卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2圖像檢測(cè)算法3圖像分割算法4第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造11圖像預(yù)處理方法-濾波算法濾波算法空間域?yàn)V波頻率域?yàn)V波直接對(duì)圖像的像素進(jìn)行操作均值濾波高斯濾波中值濾波在圖像的頻率域進(jìn)行處理低通濾波高通濾波帶阻濾波第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造12圖像預(yù)處理方法-邊緣檢測(cè)算法任務(wù)：識(shí)別圖像中物體之間的邊界或邊緣信息圖像的邊緣：圖像中物體或場(chǎng)景之間像素強(qiáng)度突然變化的地方，如果將圖像的灰度值看作是函數(shù)的話，那么在圖像的邊緣處梯度通常是最大的。可以通過(guò)這一性質(zhì)來(lái)確定圖像中邊緣的位置。第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造13圖像預(yù)處理方法-邊緣檢測(cè)算法邊緣檢測(cè)算法主要包括基于梯度的算子：Sobel、Prewitt、Laplacian算子、Canny邊緣檢測(cè)算法。原圖Robert算子Sobel算子Laplacian算子第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造14卷積層池化層全連接層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一般構(gòu)成第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造15卷積層-ConvolutionLayer

W和H分別表示圖像的寬度和高度，下標(biāo)filter表示卷積核的相關(guān)參數(shù)，S表示卷積核步長(zhǎng)，P表示填充數(shù)第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造16池化層-PoolingLayer作用：縮小數(shù)據(jù)規(guī)模，收集關(guān)鍵特征，提高計(jì)算速度

輸入卷積層池化層第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造17池化-Pooling第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造18激活層-ActivationLayer線性關(guān)系非線性關(guān)系第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造19激活函數(shù)-Sigmoid將輸入值映射到0-1范圍內(nèi)第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造20適用于多分類(lèi)任務(wù)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出轉(zhuǎn)換為概率分布，輸出節(jié)點(diǎn)的概率總和為1激活函數(shù)-Softmax0.20.050.75第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造21將輸入值映射到-1-1范圍激活函數(shù)-ReLU第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1全連接層-FullyConnectedLayer全連接層的主要作用：將卷積和池化層的輸出轉(zhuǎn)換為最終的分類(lèi)或回歸結(jié)果。它通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)的最后一層引入全連接操作，將之前層級(jí)提取的特征映射轉(zhuǎn)化為類(lèi)別概率或數(shù)值預(yù)測(cè)。第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造22目標(biāo)檢測(cè)算法有無(wú)區(qū)域提案階段？目標(biāo)：對(duì)待檢測(cè)物體的定位和分類(lèi)YesNo第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造23目標(biāo)檢測(cè)的應(yīng)用車(chē)輛檢測(cè)行人檢測(cè)第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造24目標(biāo)檢測(cè)算法-FasterR-CNN創(chuàng)新點(diǎn)：提出了區(qū)域選擇網(wǎng)絡(luò)用于生成候選框，能極大提升檢測(cè)框的

生成速度。第一個(gè)端到端，最接近于實(shí)時(shí)性能的深度學(xué)習(xí)檢測(cè)算法

首先輸入圖像到卷積網(wǎng)絡(luò)中，生成該圖像的特征映射。在特征映射上應(yīng)用RegionProposalNetwork（RPN），返回ObjectProposals（OP）和相應(yīng)分?jǐn)?shù)。應(yīng)用Rol池化層，將所有proposals修正到同樣尺寸。最后，將proposals傳遞到完全連接層，生成目標(biāo)物體的邊界框。第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造25圖像分割算法圖像分割算法傳統(tǒng)圖像分割算法語(yǔ)義分割算法閾值分割：根據(jù)色彩或灰度特征設(shè)置閾值，把圖像像素點(diǎn)分為若干類(lèi)別區(qū)域分割：根據(jù)區(qū)域特征的相似性將圖像劃分成不同的區(qū)塊邊緣分割：根據(jù)邊緣特征（像素的灰度等級(jí)或結(jié)構(gòu)突變的地方）將圖像劃分成不同的區(qū)塊完成在像素點(diǎn)上對(duì)各類(lèi)目標(biāo)的分類(lèi)任務(wù)第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造26語(yǔ)義分割應(yīng)用街景分割醫(yī)學(xué)圖像分割第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造27深度學(xué)習(xí)語(yǔ)義分割算法的發(fā)展現(xiàn)狀第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.2.2數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造28語(yǔ)義分割算法-UNetEncoder-Decoder結(jié)構(gòu)編碼階段：設(shè)計(jì)了一個(gè)23層的卷積網(wǎng)絡(luò)，用于提取圖像中上下文信息。解碼階段：采用跳級(jí)連接融合不同階段的特征圖，逐層恢復(fù)目標(biāo)的細(xì)節(jié)信息，將深層特征圖和編碼器中對(duì)應(yīng)的淺層特征通過(guò)特征級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行融合，逐級(jí)恢復(fù)待分割對(duì)象的細(xì)節(jié)信息，最終輸出分割結(jié)果。Skip-Connection戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造301板帶表面缺陷在線檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)概述7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例光源照射過(guò)程光源發(fā)出的光以一定角度照射到運(yùn)行狀態(tài)的帶鋼表面上，為后續(xù)圖像采集提供光照條件。反射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換線陣CCD攝像機(jī)采集從鋼板表面反射的光，并將反射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成灰度圖像，為后續(xù)圖像處理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。二維圖像構(gòu)建原理線陣CCD相機(jī)完成橫向一維掃描，而帶鋼的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)縱向掃描，從而構(gòu)成二維圖像，便于后續(xù)缺陷檢測(cè)和識(shí)別。缺陷檢測(cè)中的光線變化如果鋼板表面存在缺陷，會(huì)對(duì)入射光產(chǎn)生吸收或散射作用，導(dǎo)致進(jìn)入攝像機(jī)光線的強(qiáng)度發(fā)生變化。反射光強(qiáng)度與缺陷關(guān)系帶鋼表面的缺陷會(huì)改變反射光的強(qiáng)度，通過(guò)檢測(cè)反射光強(qiáng)度的變化，可以判斷鋼板表面是否存在缺陷。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造311板帶表面缺陷在線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)組成：硬件系統(tǒng)介紹7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例上下表面檢測(cè)單元由光源和攝像機(jī)組成，用于獲取帶鋼表面的圖像信息。通過(guò)采集帶鋼表面的反射光，并將其轉(zhuǎn)換成灰度圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼表面缺陷的檢測(cè)。并行計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的并行處理，可以顯著提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。通過(guò)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的并行處理，可以顯著提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。服務(wù)器與控制臺(tái)服務(wù)器與多臺(tái)控制臺(tái)終端相連，用來(lái)顯示和記錄帶鋼的缺陷圖像和數(shù)據(jù)。服務(wù)器與多臺(tái)控制臺(tái)終端通過(guò)有線或無(wú)線的方式連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和顯示。是表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造321板帶表面缺陷在線檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)組成：軟件系統(tǒng)介紹7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例圖像處理圖像處理步驟包括目標(biāo)檢測(cè)、圖像分割、特征提取和缺陷分類(lèi)，這四個(gè)步驟是帶鋼表面缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)的核心流程。簡(jiǎn)化識(shí)別算法簡(jiǎn)化識(shí)別算法可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，保證帶鋼表面缺陷檢測(cè)的高效性和準(zhǔn)確性。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造331板帶表面缺陷在線檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)效果展示：特殊缺陷處理7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例圖像處理熱軋生產(chǎn)中，由于節(jié)奏快、圖像數(shù)據(jù)量大，所以在表面檢測(cè)過(guò)程中需要濾掉大量的非缺陷，比如水印、成片氧化鐵皮等，顯示對(duì)質(zhì)量有較大影響的缺陷，比如氧化鐵壓入、輥印、劃傷、異物壓入、裂紋等，尤其對(duì)于連續(xù)性或周期性缺陷，比如矯直輥壓痕、軋輥印、嚴(yán)重連續(xù)劃傷等需要及時(shí)報(bào)警。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造342高速鐵路重軌表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)基于雙目線陣相機(jī)的多維視覺(jué)感知實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例多維視覺(jué)感知系統(tǒng)概述多維視覺(jué)感知系統(tǒng)是一種基于雙目線陣相機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，用于高速鐵路重軌表面缺陷檢測(cè)。該系統(tǒng)的組成兩臺(tái)高分辨工業(yè)彩色線陣相機(jī)和兩臺(tái)高亮度線型LED光源組成的圖像數(shù)據(jù)采集裝置，以及重軌線性運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。數(shù)據(jù)集構(gòu)建構(gòu)建了一套全新的多維重軌表面缺陷圖像數(shù)據(jù)集，既有二維彩色圖像，又有三維深度圖像。該數(shù)據(jù)集是國(guó)際上首個(gè)公開(kāi)的工業(yè)級(jí)多維表面缺陷圖像數(shù)據(jù)集123戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造353H型鋼尺寸測(cè)量技術(shù)H型鋼概述7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例熱軋H型鋼的重要性熱軋H型鋼是大型工程的重要建材與構(gòu)件，具有較高的抗彎和抗壓性能、比強(qiáng)度高、生產(chǎn)率高、安裝便利、輕質(zhì)、綠色可循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)。H型鋼的應(yīng)用領(lǐng)域熱軋H型鋼廣泛應(yīng)用于建筑、石油化工、船舶、電力、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域助力綠色制造熱軋H型鋼相比焊接H型鋼可以降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗和物耗。12345熱軋H型鋼生產(chǎn)趨勢(shì)產(chǎn)正朝著智能化、高質(zhì)量方向發(fā)展，實(shí)時(shí)獲取型鋼斷面尺寸信息H型鋼尺寸測(cè)量技術(shù)太原理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種基于結(jié)構(gòu)光的視覺(jué)測(cè)量技術(shù)，滿(mǎn)足高溫生產(chǎn)環(huán)境下的測(cè)量需求。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造363H型鋼尺寸測(cè)量技術(shù)：難點(diǎn)7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例高溫環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響熱軋H型鋼的高溫生產(chǎn)環(huán)境使得傳統(tǒng)接觸式測(cè)量方法不能滿(mǎn)足測(cè)量需求，這是當(dāng)前測(cè)量技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。斷面尺寸在線測(cè)量的難題實(shí)現(xiàn)H型鋼斷面全尺寸在線測(cè)量是另一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，需要解決實(shí)時(shí)獲取型鋼斷面尺寸信息和數(shù)據(jù)拼接等問(wèn)題。高精度、抗干擾測(cè)量的需求基于結(jié)構(gòu)光的視覺(jué)測(cè)量技術(shù)雖然具有高精度、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中如何提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性仍是一個(gè)重要挑戰(zhàn)。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造37太原理工大學(xué)先進(jìn)成形與智能裝備團(tuán)隊(duì)：H型鋼斷面全尺寸測(cè)量系統(tǒng)7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例系統(tǒng)組成概述H型鋼斷面全尺寸測(cè)量系統(tǒng)主要由四個(gè)線結(jié)構(gòu)光子系統(tǒng)、H型鋼和電機(jī)等組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)H型鋼斷面尺寸的高精度測(cè)量。子系統(tǒng)功能介紹子系統(tǒng)由工業(yè)相機(jī)、鏡頭、濾光片和單線激光器等組成，分別安裝在輥道上、下、左、右各側(cè)，用于測(cè)量H型鋼對(duì)應(yīng)側(cè)斷面尺寸并進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)拼接。測(cè)量平臺(tái)參數(shù)說(shuō)明H型鋼斷面尺寸測(cè)量平臺(tái)的機(jī)架尺寸為1230mm×1500mm×1840mm（長(zhǎng)×寬×高），輥道寬度為600mm，測(cè)量高度范圍為200~400mm，測(cè)量寬度范圍為100~200mm。123戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造383H型鋼尺寸測(cè)量技術(shù)特征點(diǎn)檢測(cè)算法與輪廓提取與拼接7.2.3視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例高溫H型鋼斷面特征點(diǎn)檢測(cè)針對(duì)高溫H型鋼表面氧化鐵皮造成的斷線問(wèn)題，分析H型鋼斷面輪廓點(diǎn)數(shù)字特征，提出一種基于特征點(diǎn)檢測(cè)的高溫H型鋼斷面全尺寸測(cè)量算法。通過(guò)線結(jié)構(gòu)光中心線提取算法和邊緣檢測(cè)算法提取H型鋼斷面輪廓特征，根據(jù)輪廓點(diǎn)數(shù)學(xué)特征檢測(cè)尺寸特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)斷面尺寸測(cè)量。斷面尺寸測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果在測(cè)量系統(tǒng)上對(duì)兩組規(guī)格為200×100mm的HN型高溫H型鋼的斷面尺寸進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與考慮膨脹系數(shù)后的高溫H型鋼尺寸相比，兩組H型鋼高度和寬度滿(mǎn)足系統(tǒng)規(guī)定的±2%測(cè)量誤差要求，腹板厚度和翼緣厚度滿(mǎn)足系統(tǒng)規(guī)定的0.5mm測(cè)量誤差要求。THANKS7.3超聲檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.3.1.超聲波的基本性質(zhì)7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法7.3.3.超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例人耳所能聽(tīng)見(jiàn)的聲波頻率范圍一般被認(rèn)為是20Hz至20kHz，頻率在此范圍內(nèi)的聲波稱(chēng)為可聞聲波。這些聲波包括大多數(shù)音樂(lè)和語(yǔ)音等聲音。而頻率高于20kHz的聲波則被定義為超聲波，常用于醫(yī)療和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域；而頻率低于20Hz的聲波被稱(chēng)為次聲波，通常無(wú)法被人耳聽(tīng)到，但在某些情況下具有重要的應(yīng)用價(jià)值，比如地震監(jiān)測(cè)和動(dòng)物交流。7.3.1.超聲波的基本性質(zhì)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1良好的方向性1234能量高界面反射、折射和波型轉(zhuǎn)換穿透能力強(qiáng)超聲波特性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造2超聲波的應(yīng)用可用于加工硬度特別高的材料，如紅寶石、金剛石、陶瓷和石英玻璃等機(jī)械加工可應(yīng)用于焊接難以焊接的金屬，如鈦、釷等7.3.1

超聲波的基本性質(zhì)焊接清洗化學(xué)工業(yè)醫(yī)學(xué)可以清洗電子零件、光學(xué)器件、醫(yī)療器械等可作為催化劑，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行可利用超聲波進(jìn)行診斷、消毒等超聲波按振動(dòng)模式、波形和持續(xù)時(shí)間分類(lèi)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3超聲波的分類(lèi)7.2.1計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)13根據(jù)波形分類(lèi)可將超聲波分為：平面波、球面波和柱面波根據(jù)振源振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分類(lèi)，根據(jù)波源振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，可以把超聲波劃分為連續(xù)波和脈沖波根據(jù)振動(dòng)模式和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向之間的關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，包括縱波、橫波、表面波、板波、爬波和導(dǎo)波等類(lèi)型2戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造4超聲波的聲速、聲壓及聲強(qiáng)7.3.1.超聲波的基本性質(zhì)聲壓是指由于聲振動(dòng)使聲場(chǎng)中的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到的附加壓力的強(qiáng)度。它用某一時(shí)刻某一點(diǎn)的壓強(qiáng)與沒(méi)有超聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)之差來(lái)表示，，即：

由波動(dòng)方程得到質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度為：

聲強(qiáng)是指聲波傳播的能流密度pu在一個(gè)周期T內(nèi)的平均值，即在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向上單位面積的聲能，常用字母I表示。聲強(qiáng)的常用單位是或。用數(shù)學(xué)公式表示為：

式中pu——垂直通過(guò)單位面積的瞬時(shí)功率，即能流密度。超聲波的聲速是指超聲波在單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離，通常稱(chēng)為傳播速度，用符號(hào)C表示。它是描述聲波現(xiàn)象或聲學(xué)研究的重要參數(shù)之一。超聲波的聲速與介質(zhì)的彈性模量、介質(zhì)的密度、超聲波的波形、溫度、壓力以及介質(zhì)的均勻性等有關(guān)超聲檢測(cè)（UltrasonicTesting，UT）是一種非破壞性檢測(cè)技術(shù)，利用超聲波與工件之間的相互作用來(lái)分析工件內(nèi)部的特性。通過(guò)對(duì)超聲波在物體內(nèi)部的反射、透射和散射現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，技術(shù)人員能夠檢測(cè)和評(píng)估工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面缺陷。超聲檢測(cè)不僅可以有效識(shí)別宏觀缺陷，如裂紋和氣孔，還能用于測(cè)量工件的幾何特性，分析材料的組織結(jié)構(gòu)，評(píng)估材料的力學(xué)性能變化戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造57.3.2.1超聲檢測(cè)的基本原理和應(yīng)用7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造67.3.2.1超聲檢測(cè)的基本原理和應(yīng)用7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、兵器制造、造船、特種設(shè)備、機(jī)械、電力、冶金、化工、礦業(yè)、建筑和交通等工業(yè)領(lǐng)域，以及科學(xué)研究和醫(yī)療領(lǐng)域。超聲檢測(cè)可以測(cè)量材料的聲速、聲衰減、厚度、應(yīng)力和硬度等參數(shù)，還可以檢測(cè)液體的濃度、密度、黏度、流速、流量和液位。此外，它還能用于地層斷裂、空洞測(cè)量、巖石空隙率和含水量的檢測(cè)等。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造77.3.2.2超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法成本低操作簡(jiǎn)便技術(shù)靈活設(shè)備輕便

超聲檢測(cè)能夠檢測(cè)較大厚度的工件，對(duì)人和環(huán)境無(wú)害，并對(duì)內(nèi)部和表面缺陷高度敏感。特別是對(duì)于焊接中的裂紋和未熔合等危害性較大的面積型缺陷，超聲檢測(cè)具有較高的靈敏度。此外，超聲檢測(cè)能夠定量確定缺陷在工件中的深度，通常只需在工件的一側(cè)即可進(jìn)行檢測(cè)。它可以實(shí)時(shí)提供檢測(cè)結(jié)果，除了探傷外，還能進(jìn)行材料特性的測(cè)定，并且在役檢測(cè)也十分方便。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造87.3.2.2超聲檢測(cè)的局限性7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法缺陷判定不直觀難以確定缺陷的密度、大小及類(lèi)型對(duì)檢測(cè)人員的技能和經(jīng)驗(yàn)要求很高

超聲檢測(cè)很難檢測(cè)粗晶材料、表面過(guò)于粗糙、形狀不規(guī)則、檢測(cè)對(duì)象過(guò)小或過(guò)薄以及非同質(zhì)材料。平行于聲束的線狀缺陷也難以檢測(cè)。設(shè)備和缺陷均需依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定。在工程實(shí)踐中，超聲檢測(cè)通常與射線檢測(cè)配合使用，以提高檢測(cè)效率和結(jié)果的可靠性。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造97.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

應(yīng)用共振現(xiàn)象對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)的方法叫共振法。探頭把超聲波輻射到試件后，通過(guò)連續(xù)調(diào)整聲波的頻率以改變其波長(zhǎng)，當(dāng)試件的厚度為聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，則在試件中產(chǎn)生駐波，且駐波的波腹正好落在試件的表面上。用共振法測(cè)厚時(shí)，在測(cè)得超聲波的頻率和共振次數(shù)后，可用下式計(jì)算試件的厚度：式中c為超聲波在試件中的傳播速度；為波長(zhǎng)。

當(dāng)在試件中有較大缺陷或壁厚改變時(shí)，將使共振點(diǎn)偏移乃至共振現(xiàn)象消失，所以共振法常用于壁厚的測(cè)量，以及復(fù)合材料的膠合質(zhì)量、板材點(diǎn)焊質(zhì)量、均勻腐蝕和金屬板材內(nèi)部夾層等缺陷的超聲檢測(cè)。（1）共振法

透射法又叫穿透法，是最早采用的一種超聲檢測(cè)技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造107.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法（2）透射法（a）連續(xù)皺穿透法（b）脈沖波穿透法1-脈沖波高頻發(fā)生器；2-發(fā)射探頭；3-工件；4-缺陷；5-接收探頭；6-探頭器；7-顯示屏；8-耦合劑戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造117.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

透射法是將發(fā)射探頭和接收探頭分別置于試件的兩個(gè)相對(duì)面上，根據(jù)超聲波穿透試件后的能量變化情況，來(lái)判斷試件內(nèi)部質(zhì)量的方法。如試件內(nèi)無(wú)缺陷，聲波穿透后衰減小，則接收信號(hào)較強(qiáng)；如試件內(nèi)有小缺陷，聲波在傳播過(guò)程中部分被缺陷遮擋，使之在缺陷后形成陰影，接受探頭只能收到較弱的信號(hào)；若試件中缺陷面積大于聲束截面時(shí)，全部聲束被缺陷遮擋，接收探頭則收不到發(fā)射信號(hào)

值得指出的是，超聲信號(hào)的減弱既與缺陷尺寸有關(guān)，還與探頭的超聲特性有關(guān)。此方法除超聲信號(hào)是衰減而不是增加外，與分貝降低法十分相似。透射法簡(jiǎn)單易懂，便于實(shí)施，不需考慮反射脈沖幅度，而且裂紋的遮蔽作用不受缺陷粗糙度或缺陷方位等因素的影響。（2）透射法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造127.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

透射法優(yōu)點(diǎn)：透射法是根據(jù)缺陷遮擋聲束而導(dǎo)致聲能變化來(lái)判斷缺陷有無(wú)和大小的。當(dāng)缺陷尺寸大于探頭波束寬度時(shí)，該方法測(cè)得的裂紋尺寸的精度高于2mm。在試件中聲波只做單向傳播，適合檢測(cè)高衰減的材料。當(dāng)選擇好耦合劑后，特別適用于單一產(chǎn)品大批量加工制造過(guò)程中的機(jī)械化自動(dòng)檢測(cè)；在探頭與試件相對(duì)位置布置得當(dāng)后，即可進(jìn)行檢測(cè)，在試件中幾乎不存在盲區(qū)（2）透射法

透射法缺點(diǎn)：一對(duì)探頭單收單發(fā)的情況下，只能判斷缺陷的有無(wú)和大小，不能確定缺陷的方位；當(dāng)缺陷尺寸小于探頭波束寬度時(shí)，該方法的探測(cè)靈敏度低。若用探傷儀上透射波高低來(lái)評(píng)價(jià)缺陷的大小，則僅當(dāng)透射聲壓變化20%以上時(shí)，才能將超聲信號(hào)的變化進(jìn)行有效的區(qū)分。若用數(shù)據(jù)采集器采集超聲波信號(hào)，并借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，則可大大提高探測(cè)靈敏度和精度。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造137.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法（3）脈沖反射法直接接觸脈沖反射法

脈沖反射法是應(yīng)用最廣泛的一種超聲檢測(cè)方法。在實(shí)際檢測(cè)中直接接觸式脈沖反射法最為常用A-一次；B-多次1-操頭；2-缺陷；3-工件；4-顯示屏該法按照檢測(cè)時(shí)所使用的波的類(lèi)型大致可分為：縱波法、橫波法、表面波法、板波法。在某些特殊情況下，有的是用兩個(gè)探頭來(lái)進(jìn)行的，有的則必須在液浸的情況下才能進(jìn)行檢測(cè)。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造147.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

脈沖反射法是利用超聲波脈沖在試件內(nèi)傳播的過(guò)程中，遇有聲阻抗相差較大的兩種介質(zhì)的界面時(shí)，將發(fā)生反射的原理進(jìn)行檢測(cè)的方法。采用一個(gè)探頭兼做發(fā)射和接收器件，接收信號(hào)在探傷儀的熒光屏上顯示，并根據(jù)缺陷及底面反射波的有無(wú)、大小及其在時(shí)基軸上的位置來(lái)判斷缺陷的有無(wú)、大小及其方位。（3）脈沖反射法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造167.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)包括檢測(cè)靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)較小缺陷；經(jīng)過(guò)調(diào)整后可實(shí)現(xiàn)較高精度；適用范圍廣，易于操作和實(shí)施。其缺點(diǎn)則為單探頭檢測(cè)存在盲區(qū)，無(wú)法有效檢測(cè)薄壁試件和近表面缺陷，缺陷波大小與缺陷取向相關(guān)，且對(duì)高衰減材料不適用。直接接觸脈沖反射法依賴(lài)探頭與試件的接觸質(zhì)量，需使用耦合劑以?xún)?yōu)化聲耦合效果。該法包括縱波、橫波、表面波和板波，其中縱波法應(yīng)用最廣。（3）脈沖反射法戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造177.3.2.3

超聲波檢測(cè)方法7.3.2.超聲檢測(cè)的特點(diǎn)和方法

液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體介質(zhì)作耦合劑，使聲波首先經(jīng)過(guò)液體耦合劑，而后再人射到試件中去，探頭與試件并不直接接觸，從而克服了直接接觸法的上述缺點(diǎn)。液浸法中，探頭角度可任意調(diào)整，聲波的發(fā)射、接收也比較穩(wěn)定，便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，大大提高了檢測(cè)速度。缺點(diǎn)是當(dāng)耦合層較厚時(shí)，聲能損失較大。另外，自動(dòng)化檢測(cè)還需要相應(yīng)的輔助設(shè)備，有時(shí)是復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備它們對(duì)單一產(chǎn)品（或幾種產(chǎn)品）往往具有很高的檢測(cè)能力，但缺乏靈活性?？傊渑c直接接觸法相比，各有利弊，應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的具體情況選用不同的方法。（4）液浸法第7章先進(jìn)成形智能檢測(cè)技術(shù)7.3.3.超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造18基于深度學(xué)習(xí)的航空機(jī)匣環(huán)件超聲全聚焦缺陷檢測(cè)技術(shù)基于超聲平面波全聚焦的管座角焊縫缺陷檢測(cè)技術(shù)2

基于激光超聲的波紋復(fù)合板界面缺陷在線檢測(cè)技術(shù)137.3.3.超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例1.基于深度學(xué)習(xí)的航空機(jī)匣環(huán)件超聲全聚焦缺陷檢測(cè)技術(shù)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造19

航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣環(huán)件的制造過(guò)程中可能出現(xiàn)折疊、孔洞和裂紋等缺陷，這些缺陷會(huì)嚴(yán)重影響零件的安全與壽命。武漢理工大學(xué)華林團(tuán)隊(duì)提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的超聲全聚焦缺陷檢測(cè)技術(shù)，利用水浸超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合YOLOX-S深度學(xué)習(xí)模型，在檢測(cè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)孔洞、裂紋及密集型孔的高精度識(shí)別。該方法平均識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)99.17%，顯著提升了檢測(cè)效率與準(zhǔn)確性。7.3.3.超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例2.

基于超聲平面波全聚焦的管座角焊縫缺陷檢測(cè)技術(shù)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造22管座角焊縫廣泛應(yīng)用于電站鍋爐及油氣管道，易產(chǎn)生缺陷，亟需超聲無(wú)損檢測(cè)。浙江大學(xué)金浩然團(tuán)隊(duì)提出了一種超聲平面波全聚焦成像方法，從接管端進(jìn)行多模態(tài)融合檢測(cè)。通過(guò)聲場(chǎng)解析模型獲得靈敏度圖像，發(fā)射特定角度的平面聲波并采集回波數(shù)據(jù)，處理生成高分辨率的融合成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法能清晰呈現(xiàn)氣孔、裂紋、未焊透等缺陷，定位誤差小于0.59mm，定位精準(zhǔn)，為接管焊縫檢測(cè)提供了新的技術(shù)方案。7.3.3.超聲檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例3.

基于激光超聲的波紋復(fù)合板界面缺陷在線檢測(cè)技術(shù)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造26激光超聲是一種先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)激光非接觸式激發(fā)和檢測(cè)工件中的超聲波。利用熱彈機(jī)制和燒蝕機(jī)制，超聲波在工件中傳播，缺陷會(huì)導(dǎo)致反射、折射和衰減，影響表面微位移。激光超聲不依賴(lài)耦合劑，適用于惡劣環(huán)境，且可同時(shí)激發(fā)多種超聲波。掃描成像技術(shù)通過(guò)分析回波數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)圖像重構(gòu)，分為B掃、C掃等，其中B掃是最常用的，能提供材料表面的斷面圖，具有直觀的缺陷展示效果。THANKS7.4數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論7.4.2數(shù)字射線成像系統(tǒng)7.4.3射線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論1.射線的基本性質(zhì)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造1射線（ray）是由各種放射性核素，或者原子、電子、中子等粒子在能量交換過(guò)程中發(fā)射出的、具有特定能量的粒子束或光子束流。常見(jiàn)的有的α射線、β射線、γ射線、X射線和中子射線等。γ射線-核爆炸β射線-顆粒物檢測(cè)X射線-醫(yī)學(xué)影像7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論1.射線的基本性質(zhì)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造2電磁波譜包含了各種不同波長(zhǎng)和頻率的電磁波，它們共同構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)的頻譜范圍。射線屬于電磁波譜的一部分，是一種波長(zhǎng)極短的電磁波。電磁波譜按照波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短（或頻率從低到高）的順序依次包括無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和γ射線等?？梢?jiàn)光是光譜中很小的一部分；電磁波譜中各部分沒(méi)有嚴(yán)格的分界線；能量=普朗克常量×頻率（普朗克常數(shù)為定值），頻率越高，能量越強(qiáng)；光速=波長(zhǎng)*頻率（光速為定值），波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低，穿墻能力越好。（可以理解為波長(zhǎng)越長(zhǎng)，繞過(guò)障礙物的能力越好）7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論1.射線的基本性質(zhì)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造3α射線β射線α射線實(shí)際是帶有兩個(gè)正電荷和質(zhì)量數(shù)等于4的氦原子核。電離能力很強(qiáng)，穿透能力很弱，一張紙就可以阻擋。β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，帶一個(gè)單位的負(fù)電荷。穿透能力比α射線大，但電離本領(lǐng)不及α射線，穿透能力取決于能量，但不及γ射線。γ射線X射線γ射線是原子核內(nèi)能級(jí)躍遷釋放出的高能光子流。本身不帶電；波長(zhǎng)很短，小于0.01nm，穿透能力極強(qiáng)，可以穿透75mm厚的鉛版。X射線是原子內(nèi)層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的光子。本身不帶電，波長(zhǎng)在0.01~10nm，穿透能力弱于γ射線，可以被1~2mm的鉛板阻擋。7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論2.X射線的產(chǎn)生戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造4三個(gè)基本條件包括：電子源、加速電場(chǎng)、撞擊陽(yáng)極靶面。電子源—燈絲通過(guò)電流加熱至一定溫度后，即放出電子，這些電子在燈絲周?chē)纬煽臻g電荷，也稱(chēng)電子云。高速電子流—燈絲放出的電子，要高速?zèng)_擊陽(yáng)極，必須具備兩個(gè)條件：a.在X線管的陰極和陽(yáng)極間加以高電壓，通過(guò)在兩極間產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)使電子向陽(yáng)極加速心

b.為防止電子與空氣分子沖擊而減速和燈絲的氧化損壞，必須保持高真空度。撞擊陽(yáng)極靶面—陽(yáng)極靶面接受高速電子撞擊，使高速電子所帶的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄線能；因?yàn)殛?yáng)極需要承受高速電子的沖擊，所以靶物質(zhì)（焦點(diǎn)面）一般都是用高原子序數(shù)、高熔點(diǎn)的金屬制成。陽(yáng)極有兩個(gè)作用：a.接受高速電子的撞擊

b.完成高壓電路的回路。7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論3.射線檢測(cè)原理及特點(diǎn)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造5（1）射線在物質(zhì)中的衰減定律X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)發(fā)生吸收，這是一種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。射線的能量光子與物質(zhì)中原子軌道上的電子相互撞擊，致使與原子核聯(lián)系較弱的電子脫離原子，從而使原子發(fā)生離子化。碰撞情況不同，有的量子撞擊時(shí)會(huì)耗盡全部能量，使飛出的電子具備較大速度，即光電子；而有的量子僅損失部分能量。逸出的電子情況各異，速度較高的電子能夠逸出被照射物體，一部分形成與陽(yáng)極射線類(lèi)似的輻射，另一部分則在與物質(zhì)的量子碰撞時(shí)，把自身動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。

7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論3.射線檢測(cè)原理及特點(diǎn)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造6（2）射線檢測(cè)原理

7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造7（3）射線檢測(cè)特點(diǎn)1）檢測(cè)結(jié)果可及時(shí)給出，可以長(zhǎng)期保存，顯示直觀；3）可在各種角度的透視方向上檢查，提高缺陷顯示的可能性；5）在X射線透視檢查同時(shí)，直接調(diào)整被檢工件位置；7）對(duì)檢驗(yàn)技術(shù)和檢驗(yàn)工作質(zhì)量可以監(jiān)測(cè)。2）檢驗(yàn)效率高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水作業(yè)；4）保證被檢部件和操作人員聯(lián)系，可以逐點(diǎn)進(jìn)行檢查；6）檢驗(yàn)人員可遠(yuǎn)離射線源，有效解決防護(hù)問(wèn)題；射線檢測(cè)技術(shù)適用于各種材料的檢驗(yàn)，不僅可用于金屬材料（黑色金屬和有色金屬），也可用于非金屬材料和復(fù)合材料的檢驗(yàn)，特別是還可以用于放射性材料的檢驗(yàn)。射線檢測(cè)對(duì)被檢工件的表面和結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊要求，可應(yīng)用于各種產(chǎn)品的檢驗(yàn)。射線檢測(cè)的原理決定了這種技術(shù)最適宜體積型缺陷（即具有一定空間分布的缺陷，特別是具有一定厚度的缺陷）的檢測(cè)。射線檢測(cè)的靈敏度與一系列因素相關(guān)，除了所采用的射線照相技術(shù)外，主要是缺陷的類(lèi)型、被檢工件的材料與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3.射線檢測(cè)原理及特點(diǎn)7.4.1射線成像基礎(chǔ)理論4.射線成像應(yīng)用戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8醫(yī)療影像診斷安檢包裹檢查工業(yè)無(wú)損檢測(cè)7.4.2數(shù)字射線成像系統(tǒng)1.數(shù)字射線系統(tǒng)的組成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9（1）面陣探測(cè)器數(shù)字射線檢測(cè)系統(tǒng)1-射線源2-面陣射線探測(cè)器3-圖像顯示與處理單元4-工件基本組成部分：射線源、面陣探測(cè)器、圖像顯示與處理單元。面陣探測(cè)器類(lèi)型及功能：常用的是非晶硅面陣探測(cè)器、CMOS面陣探測(cè)器或非晶硒面陣探測(cè)器。探測(cè)器完成對(duì)射線的探測(cè)與轉(zhuǎn)換，同時(shí)完成圖像數(shù)字化，直接獲得數(shù)字檢測(cè)圖像。常用的面陣探測(cè)器像素尺寸為200μm、150μm、100μm等；A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)一般都可達(dá)到12bit、14bit或16bit。更小的像素尺寸、更高的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)可以構(gòu)成性能更好的數(shù)字射線檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)方式：通常采用靜態(tài)檢測(cè)方式獲取檢測(cè)信號(hào)，如果配備適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置和軟件，這類(lèi)系統(tǒng)也可以采用動(dòng)態(tài)方式完成檢測(cè)。7.4.2數(shù)字射線成像系統(tǒng)1.數(shù)字射線系統(tǒng)的組成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造10