光电检测系统

红外成像无损检测技术
• 红外线是介于可见光和微波之间的电磁波， 它的波长范围在0.77-1000um 。红外无损检 测是测量通过物体的热量和热流的传递， 当物体内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。下图说明了热量在在无缺陷和有缺 陷物体中的分布情况。
分类
• 红外光谱检测技术 • 拉曼光谱检测技术 • 机器视觉检测技术 • 超声波检测技术 • X射线检测技术 • 电子鼻和电子舌检测技术
X射线无损检测技术
• X射线是一种类似于光、热和无线电波的电 磁辐射波，它的特点是波长短（工业X射线 探伤中常用的波长范围约在0.1-0.001nm之 间）。由于辐射物质的波长越短，它穿透 物质的能力也愈大，所以X射线具有极大的 穿透物质的能力，正是利用这一特性进行X 射线检测。
• X射线检测技术主要是获取部件的内部缺陷，机器视觉技术更多 的是获取物品的表面的缺陷情形，而红外成像技术不仅可以获 取内部缺陷，也可以获取表面缺陷。三者之间的获取图像的方 式有一些区别，X射线是通过射线的穿透能力的高低来获取图像， 机器视觉技术通过光传感器来获取物件的光特性，红外成像技 术通过物件的红外辐射特性来获取图像。
热量在物体中的分布
• 通过上图可以发现，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
• 工业,农业
应用领域
• 军事,航天
• 家庭
• 医学
设计原理
• 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。光电检测作为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，由输 入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息， 再经模数转换等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 作原理如下图所示。
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。
机器视觉技术与无损检测
• 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。
• （3）远距离、大量程：光是最便于远距离测量的介质， 尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视 遥测等。
• （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一种。
根据不同的应用对象和用户场 合可采用不同的无损光电检 测技术和相应的检测装置来 实现。
光电检测系统
需求分析
• 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 内部品质信息。随着计算机技术的迅速发展， 带动了化学计量学的发展，极大地促进了无损 检测技术在工农业生产中的广泛应用。
X射线检测系Leabharlann Baidu组成示意图
通过X射线检测技术获取的铸件图片
通过上图中的图片，经过后续的图像处理就 可以得到铸件中缺陷类型、位置和大小。
X射线检测系统也是一种机器视觉系统，只 是成像的方式发生了改变，不再是通过简 单的光学成像来获取缺陷的图像，而是选 择新的成像方式，让一些隐藏在物件内部 的缺陷也暴露出来。
• 正是由于光电检测技术具有非接触性、高精度、高速度等特点， 所以在现代无损检测技术中得到广泛的应用，而且应用范围在 逐渐扩大。
提取就是从经过底层处理的图像中提取有利于图像
识别和理解的主要特征量，用有限的特征来描述原 始图像中的目标, 图像的特征包括形状特征、纹理 特征、结构特征、颜色特征和分形特征等。特征提 取主要方法有区域分割、边缘检测和纹理分析等。
总结
• 在本文中简单介绍了光电检测技术在机械零部件无损检测中的 应用，包括红外成像技术、机器视觉技术和X射线无损检测技术。 三者之间有很多的相视之处，比如三种方法都是获取被检样品 的“图像”，通过对获得的图像进行处理分析，获取图像中包 含的信息，而这些信息就是样品的缺陷信息，三者用到的图像 处理技术有许多的相似之处。
光电检测原理图
特点
• （1）高精度：光电测量的精度是各种测量技术中精度 最高的一种，如用激光干涉法测量长度的精度可达到 0.05um每米，用激光测距法测量地球与月球之间距离的 分辨率可达到1米。
• （2）高速度：光电检测以光为媒介，而光是各种物质 中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是 最快的。
人眼视觉系统
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。图像的预处理是将由成 像设备获得的低质量数字图像(反差小、模糊、变形 等)经过噪声过滤、 平滑处理、 图像增强等处理变 成易于进行特征提取等后续操作的过程。图像特征