无损检测技术论文

光电检测技术在无损探伤中的应用系部名称：机电工程系班级：10级电气自动化学号：********学生：2012年5月摘要无损检测技术（Non-destructive testing），是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，并给出缺陷的大小、位置、性质和数量的所有技术手段的总称。

由于并不影响被检对象的使用性能，无损检测技术在这些年得到了飞速的发展。

光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一它是以激光红外光纤等现代光电子器件作为基础通过对被检测物体的光辐射经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，再经过后续的处理，获取有用信息的技术。

光电检测技术与无损检测技术的结合，可以取两者的优点，得到越来越广泛的应用，在本文中将对常用的基于光电技术的无损检测技术进行概述。

主要论述红外检测技术、机器视觉检测技术、X射线检测技术等几种无损检测技术。

对他们的原理和适用围都做了详细的论述，并举例说明了每一种技术在实际生活中的应用。

关键词：光电检测，无损检测，红外成像，机器视觉，X射线检测目录摘要 (I)一、光电检测技术与无损检测 (2)（一）光电检测技术原理 (2)（二）光电检测技术的发展趋势 (2)（三）无损检测技术概述 (3)二、红外成像无损检测技术 (3)（一）红外成像原理 (3)（二）焊接缺陷的检测 (5)三、机器视觉技术与无损检测 (5)（一）机器视觉技术概述 (5)（二）机器视觉技术在钢板缺陷监测中的应用 (6)四、X射线无损检测 (8)（一）X射线检测原理 (8)（二）X射线检测在铸件缺陷检测中的应用 (8)五、结论 (9)光电检测技术在无损探伤中的应用随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已成为现代信息科学的一个极为重要的组成部分。

光电检测技术具测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，令其发展十分迅速，并推动着信息科学技术的发展。

它将光学技术与现代电子技术相结合，广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等领域。

无损检测技术是随着高科技发展应运而生的一门新技术,该技术不同于传统的物理化学分析方法，它主要运用物理学方法如光学、电学和声学等手段对产品进行分析，且不破坏样品，在获取了样品信息时保证了样品的完整性，无损检测技术检测速度较传统的物理化学方法迅速，又能有效地判断出从外观无法得出的样品部品质信息。

随着计算机技术的迅速发展，带动了化学计量学的发展，极促进了无损检测技术在工农业生产中的广泛应用。

光电检测技术也是一种非接触的检测技术，它的实施过程也不会对样品造成伤害，能够很好的获取样品的信息，所以说它也是一种无损检测技术。

光电检测技术在机器零部件的探伤方面得到了广泛的应用，在机械零部件的无损检测中常用的光电检测技术有红外成像技术、机器视觉技术和X射线无损检测技术，在本文中将对这几种技术以及他们在无损检测中的应用作详细的介绍。

一、光电检测技术与无损检测（一）光电检测技术原理光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，它是以激光、红外、光纤等现代光电子其件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数，其工作原理如图 1.1所示。

图1.1 光电检测系统工作原理光电检测技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光测量技术以及测量信息的光电处理技术等。

主要有如下特点：1.精度高。

激光干涉法测量长度的精度可达0.05um/m；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可以达到1m。

2.高速度。

光电检测技术以光为媒介，而光的传播速度非常快，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。

3.距离远、大量程。

光是最便于远距离传输的介质，尤其适用于遥控和遥测，如光电跟踪等。

4.非接触测量。

光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的。

（二）光电检测技术的发展趋势通过上面对光电检测技术的原理和特点的分析，同时随着各国在技术创新方面的日新月异，光电检测技术的发展趋势主要表现在：向高精度方向发展：检测精度向高精度方向发展，纳米、亚纳米高精度的光电检测新技术是今后的发展热点；向智能化方向发展：检测系统向智能化方向发展，如光电跟踪与光电扫描测量技术；向数字化方向发展：检测结果向数字化，实现光电测量与光电控制一体化方向发展；向多元化方向发展：光电检测仪器的检测功能向综合性、多参数、多维测量等多元化方向发展，并向人们无法触及的领域发展，如微空间三维测量技术和大空间三维测量技术；向微型化方向发展：光电检测仪器所用电子元件及电路向集成化方向发展，光电检测系统朝着小型、快速的微型光机电检测系统发展；向自动化方向发展：检测技术向自动化、非接触、快速在线测量方向发展，检测状态向动态测量方向发展。

光电检测技术的发展趋势是与科技的整体发展趋势相适应的，还有一些是自己所特有的，整体上来说，是想着高精度、高速度方向发展。

（三）无损检测技术概述无损检测NDT（Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量的所有技术手段的总称。

NDT是指对材料或工件实施一种不损害信息，进而判定被检对象所处技术状态，如合格与否、剩余寿命等或不影响其未来使用性能或用途的检测手段。

通过使用NDT，能发现材料或工件部和表面所存在的缺陷，能测量工件的几何特征和尺寸，能测量材料或工件的部组成、结构、物理性能和状态等。

无损检测方法可以分为常规无损检测方法和非常规无损检测方法。

常规无损检测方法有超声检测Uitrasonic Testing，射线检测Radiographic Testing，磁粉检测Magnetic particle Testing，渗透检测Penetrant Testing，涡流检测Eddy current Testing；非常规无损检测技术有声发射Acoustic Emission，泄露检测Leak Testing，光全息照相Optical Holography，红外热成像，微波检测Microwave Testing。

随着这些年的飞速发展，无损检测技术逐渐由定性检测向定量检测方向发展，在检测过程中，不仅要探测出缺陷的有无及位置，还要测定出缺陷的类型、尺寸、形状和取向。

通过上面的分析，可以发现光电检测技术和无损检测技术的本质都是通过传感器获取物件的状态信息。

通过传感器检测到的电信号，经过后续的处理，从而得到物件的状态信息，确定物件的运行状态。

从这个层面上判断，二者应该有很大的交集，事实也是这样的，光电检测技术在无损检测领域得到了广泛的应用，主要包括红外成像技术、机器视觉技术和X射线等技术。

二、红外成像无损检测技术（一）红外成像原理红外线是介于可见光和微波之间的电磁波，它的波长围在0.77-1000um，频率为。

图2.1表示整个电磁辐射光谱图以及红外线在光谱图中的位置。

在自然界中,任何高于绝对温度的物体都是红外辐射源，具有辐射现象。

斯蒂芬-玻尔兹曼定律告诉我们，发射的红外线强度为：其中是灰体发射系数，为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T是物体的绝对温度。

红外无损检测是测量通过物体的热量和热流的传递，当物体部存在裂缝或其它缺陷时，它将改变物体的热传导，使物体表面温度分布出现差异或不均匀变化，利用这些差异或不均匀的变化图像，可直观地查出物体的缺陷位置。

当然具体的热量输入方式会有多种。

图2.2说明了热量在在无缺陷和有缺陷物体中的分布情况。

图2.1 电磁辐射光谱图图2.2 热量在物体中的分布通过图2.2可以发现，当物体中存在缺陷时，热量穿过物体的量和被物体反射的量都不再是均匀分布的，而从被测物某一点辐射的红外人射垂直和水平的光学扫描镜上，通过垂直及水平扫描镜聚集到红外线探测器上，把红外线能量信号转换成电信号，经过放大器放大及信号处理器处理。

经过处理的信号反映出被测体表面温度场的分布的红外图像信号，这个红外图像可以直接反映被测物体是否存在质量缺陷等问题。

红外成像技术通常用于检测金属或非金属材料质量、探测部缺陷，尤其是对焊接缺陷的检测，存在其他检测方法无法比拟的优点。

（二）焊接缺陷的检测机械设备中，有些金属结构件由于焊接等原因质量不合格，从而影响了机械强度和使用寿命，甚至酿成事故。

对焊口缺陷的检测，是保证焊接质量的关键，但焊口表面起伏不平，采用射线、超声波、涡流等方法都难于发现部的缺陷；而红外热成像技术不受物体表面形状的限制，能快速、准确地检测出焊接区的各种缺陷。

具体的原理已经在前面进行了详细的论述，只是这里的热源采用的电流发热。

实际的焊接区剖视图如图2.3所示，（a）焊接区无缺陷，（b）焊接区有缺陷。

若将一交流电压加在焊接区的两端，在焊口上会有交流电通过，由于电流的集肤效应，靠近表面的电流会比下层大。

由于电流的作用，焊口将产生一定的热量，热量的大小正比于材料的电阻率和电流密度的平方。

在没有缺陷的焊接区，电流分布是均匀的，各处产生的热量大致相等，焊接区的表面温度分布是均匀的。

而存在缺陷的焊接区，由于缺陷的电阻很大，使这一区域损耗增加，温度升高。

通过红外成像设备，可以很好的得到红外图像，从而准确地判断热点，进而断定存在的焊接缺陷。

图3.3零件焊接区剖视图在检测焊接缺陷时通常采用交流电加热，这样做的好处是可以通过改变电源的频率来控制电流的透入深度。

低频电流透入较深，对发现部缺陷有利；高频电流集肤效应强，表面温度特性比较明显。

三、机器视觉技术与无损检测（一）机器视觉技术概述机器视觉是就是用机器代替人眼来做测量和判断，它在半导体生产、汽车制造、医药包装等工业生产过程中得到了广泛应用。

在机器视觉系统中，机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传输给图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标特征，从而得到感兴趣的目标信息。

人眼视觉系统的组成如图3.1所示。

机器视觉系统与人眼视觉系统的原理相类似，也由信号采集、信号传输、信号处理等部分组成，由于机器视觉系统通常在工业中得到应用，所以在工业机器视觉系统中，通常会包含一个执行机构，可以得到常用的机器视觉系统组成如图3.2所示。

图3.1人眼视觉系统图3.2 机器视觉系统机器视觉系统最重要的一个部分是图像处理与决策模块，从逻辑上可分为三阶段：图像的预处理、特征提取、模式识别和理解。