【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不能滿足在線高速的生產(chǎn)節(jié)奏。此外，人工檢測(cè)不能發(fā)現(xiàn)坯板的分層缺陷。這樣，我們必須想出更好的方法去完善質(zhì)量管理工作。 常用的無(wú)損探傷技術(shù)從檢測(cè)技術(shù)的觀點(diǎn)看，無(wú)損探傷有如下一些特點(diǎn):（1）檢測(cè)對(duì)象形式多樣，從連鑄板坯到各種型號(hào)的冷、熱軋帶鋼和各種機(jī)械零件，因此檢測(cè)機(jī)理具有多樣性。（2）表面缺陷的種類隨著加工工序的延仲呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，而且不同缺陷類別之間的光學(xué)、幾何和電磁等特性參數(shù)各異，增加了檢測(cè)的難度。（3）針對(duì)大量微細(xì)的缺陷，要求檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力和靈敏度高，高速的生產(chǎn)節(jié)奏決定了檢測(cè)系統(tǒng)的高實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。 因此，對(duì)檢測(cè)坯板的表面缺陷和內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了很高的要求。下面介紹幾種常用的無(wú)損探傷技術(shù)：它們能進(jìn)行坯板表面和內(nèi)部的在線檢測(cè)，與人工檢測(cè)相比有了較大的提高。 線陣CCD掃描檢測(cè)技術(shù)（1） 線陣CCD掃描檢測(cè)原理固體攝像器件CCD檢測(cè)原理[6] 胡亮,段發(fā)階,[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2005,26（3）:200203.（）是用特殊光源以一定方向照射到鋼板表面上，CCD攝像機(jī)在帶鋼上掃描成像，掃描所得的圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像采集卡輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)圖像預(yù)處理、二值化、確定檢測(cè)區(qū)域等處理方法后得到鋼板表面缺陷的二值圖像，提取二值圖像中的幾何特征參數(shù)，然后再進(jìn)行圖像識(shí)別[7] McManus G J．Automatic surface inspection of steel sheet[J]．Iron and Steel Engineer，1996，(73)：56～58．，判斷出是否存在缺陷。 線陣CCD掃描檢測(cè)系統(tǒng)原理圖（2） 視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展隨著本世紀(jì)60年代激光技術(shù)、CCD技術(shù)的相繼問(wèn)世和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域推廣普及，有效拓展了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于鋼板表面缺陷在線檢測(cè)的機(jī)理是絕大多數(shù)表面缺陷的光學(xué)特性之間存在著明顯差異。70年代中期日本川崎公司開(kāi)始研制鍍錫板在線檢測(cè)裝置，先后采用了斜交激光掃描系統(tǒng)和平行激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行鋼板表面缺陷檢測(cè)，并針對(duì)特定缺陷(如周期性缺陷)的信號(hào)處理問(wèn)題采用了自相關(guān)技術(shù)和 Fractal分析方法。1988年美國(guó)Sick光電了公司研制成功平行激光掃描檢測(cè)裝置，低功率HeNe激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)反射鏡投射到一個(gè)高精度的多面體棱鏡表面，通過(guò)多面體棱鏡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生垂直于帶鋼運(yùn)動(dòng)方向的橫向掃描。光線經(jīng)多面體棱鏡反射后通過(guò)遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)投射到帶鋼表面，帶鋼表面反射和散射的光線被光接收裝置接收并由光電倍增器完成光電轉(zhuǎn)換后，傳輸至后級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成圖象信號(hào)處理和缺陷識(shí)別任務(wù)。Sick系統(tǒng)可檢出40多種表面缺陷。 Sick激光掃描檢測(cè)原理 在美國(guó)能源部的資助下，Honeywell公司于1983年開(kāi)發(fā)出采用線陣CCD器件的連鑄板坯表面在線檢測(cè)裝置。通過(guò)增加CCD芯片的有效象元數(shù)和提高其幀轉(zhuǎn)移速率，并采用先進(jìn)的數(shù)字圖象處理部件，該裝置能可靠地檢出針孔等微細(xì)的表面缺陷。1986年，Westinghouse公司和 Eastman Kodak公司在美國(guó)鋼鐵隴會(huì)(AISI)的資助下，分別研制出各自的帶鋼表面缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)，、橫向缺陷分辨力。此外，為滿足軋制帶鋼表面在線檢測(cè)中高速數(shù)據(jù)處理的需求，意大利和美國(guó)的多家公司都相繼研制出專用的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。90年代以來(lái)，進(jìn)一步完善和提高機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化功能(缺陷自動(dòng)分類等)及實(shí)用化水平己成為研究熱點(diǎn)，其中前者的應(yīng)用研究最多[8] 吳平川,路同浚，[J].無(wú)損檢測(cè)，2000，22（7）:312315。視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，技術(shù)正逐步成熟，功能不斷完善。（3） 線陣CCD掃描檢測(cè)的特點(diǎn)及檢測(cè)范圍線陣CCD掃描檢測(cè)系統(tǒng)通常由LED光源,明暗域結(jié)合成像光學(xué)系統(tǒng)、高速高分辨率線陣CCD器件、FPGA 嵌入式處理系統(tǒng)和缺陷自動(dòng)分類子系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)能對(duì)鋼板表面的麻點(diǎn)、夾雜、壓印、劃傷和壓痕等常見(jiàn)缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),并基于Bayes 決策理論,實(shí)現(xiàn)缺陷的自動(dòng)分類功能[9] 王志成,吳壯志，[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2009，31（1）:6165.。這類系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)指標(biāo)一般為:寬度最大為1800 mm , m/ s ,振動(dòng)幅度小于1 mm , mm mm ,尺寸檢測(cè)誤差不大于1mm。（4）線陣CCD掃描檢測(cè)技術(shù)總結(jié)線陣CCD掃描檢測(cè)是一項(xiàng)世界先進(jìn)的表面檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，技術(shù)成熟。能檢測(cè)出麻點(diǎn)、夾雜、壓印、壓痕和劃傷等常見(jiàn)表面缺陷， ，尺寸檢測(cè)誤差不大于1mm?？梢哉f(shuō)，線陣CCD掃描檢測(cè)是一種全面、準(zhǔn)確、高效的表面檢測(cè)技術(shù)。 超聲蘭姆波檢測(cè)（1） 超聲蘭姆波檢測(cè)原理蘭姆波[10] 張萬(wàn)嶺，[J].無(wú)損檢測(cè)，2006，28（4）:192194.又稱板波，是超聲縱波傾斜入射到薄板中引起共振而形成的波。，可推導(dǎo)出 （1） 式中 α—— 透聲材料中縱波的入射角 蘭姆波波型的產(chǎn)生與換能器入射角度關(guān)系——透聲材料中縱波的波速 ——薄板中蘭姆波的相速度蘭姆波分為對(duì)稱型(S型)和非對(duì)稱型(A型)兩種()。其產(chǎn)生和傳播的速度是與檢測(cè)對(duì)象的介質(zhì)性質(zhì)、波的頻率 f 及薄板的厚度 d 的乘積 fd 相關(guān)的。其相關(guān)的波動(dòng)方程如下 S模態(tài) （2） (a) 對(duì)稱性A模態(tài) (3)（（b）非對(duì)稱性 蘭姆波 式中為薄板中橫波的波速。 相速度、蘭姆波模式與f d的關(guān)系從公式(1)～(3)可以看出，在入射角不變或f d不變的情況下，其適用的范圍和產(chǎn)生的蘭姆波的模式是不同的，其相速度與f d以及入射角度與f ，因此需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選取最佳的檢測(cè)模式。薄板的檢測(cè)主要采用脈沖反射法[11] JunYoul Lee Hierarchical rule based classification of MFL signals obtained from atural gas pipeline inspection[J]．IEEE，2000，07695—06 19—4/00:71—76．，使用一個(gè)探頭兼作發(fā)射和接收探頭。換能器(探頭)發(fā)出的超聲波在板中激發(fā)的板波在傳播過(guò)程中遇到缺陷或端面而產(chǎn)生反射波，被傳感器接收后在示波屏上顯示出缺陷波和底波的位置和幅度。 入射角度、相速度與f d的關(guān)系 （2）超聲蘭姆波探傷發(fā)展概況蘭姆波的發(fā)現(xiàn)是在1917年，英國(guó)力學(xué)家HLamb按平板自由邊界條件解波動(dòng)方程，得到了一種特殊的波動(dòng)解，后人把這種波動(dòng)命名為蘭姆波以紀(jì)念它的發(fā)現(xiàn)者。40年代末，(此人也是超聲探傷的發(fā)明者)首先將蘭姆波應(yīng)用于薄板探傷。 Worlton，日本無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)，日本科學(xué)家尾上守夫，德國(guó)科學(xué)P．Holler都對(duì)蘭姆波進(jìn)行較為深入的研究。我國(guó)航空材料研究所李家偉等也對(duì)蘭姆波探傷進(jìn)行了廣泛地研究。尤其是中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所應(yīng)崇福、張守玉和沈建中用光彈方法對(duì)蘭姆波的應(yīng)力分布，進(jìn)行了直接觀察，這是世界上首次對(duì)蘭姆波的應(yīng)力分布進(jìn)行直接觀察。他們還對(duì)蘭姆波傳播與散射進(jìn)行了觀察和研究[12] [J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2001,(6):8587.。（3）超聲蘭姆波探傷的特點(diǎn)及檢測(cè)范圍超聲探傷是目前最常用的探傷方法之一，超聲探傷最常用的波形是縱波和橫波?？墒菍?duì)于薄板(尤其是厚度2mm以下的薄板)，無(wú)論是橫渡探傷或是縱波探傷都很困難。第一是速度慢效率低，第二是雖然原理上可行，但實(shí)際做起來(lái)比較困難．第三是探傷的效果即缺陷反應(yīng)不夠理想。蘭姆波探傷剛好彌補(bǔ)以上這些缺點(diǎn)，特別適合薄板探傷。它的優(yōu)點(diǎn)是探傷距離遠(yuǎn)，因此探傷效率高，速度快，第二是薄板能檢測(cè)出薄板常見(jiàn)的分層缺陷[13] [J].無(wú)損檢測(cè),1999，21（9）:409413.。 （4）超聲蘭姆波探傷總結(jié) 從特點(diǎn)與應(yīng)用范圍看，蘭姆波檢測(cè)有很多優(yōu)點(diǎn)，如探傷距離遠(yuǎn)、效率高、針對(duì)性強(qiáng)。從發(fā)展上看，蘭姆波用于金屬薄板的無(wú)損檢測(cè)雖已有數(shù)十年的歷史，并已取得了不少進(jìn)展，但還存在著許多尚未解決的問(wèn)題，如分層對(duì)蘭姆波的散射機(jī)理，如何選擇最佳探傷參數(shù)，如何克服有時(shí)可能發(fā)生的分層漏檢，如何對(duì)缺陷進(jìn)行定性、定量分析以及人工缺陷的選型等，這些也可能就是國(guó)外至今尚未制訂有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原因。國(guó)內(nèi)雖已先后制訂了兩項(xiàng)國(guó)標(biāo)和一項(xiàng)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但并不能說(shuō)明這些問(wèn)題都已得到妥善解決。 超聲縱波噴水檢測(cè)技術(shù)（1）超聲縱波噴水檢測(cè)原理超聲縱波噴水檢測(cè)系統(tǒng)由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和水箱,超聲C掃描控制器,超聲波C 掃描探傷儀以及PC微機(jī)系統(tǒng)四部分組成。在檢測(cè)時(shí),數(shù)據(jù)的獲取、處理、存貯與評(píng)價(jià)都是在每一次掃描的同時(shí)由計(jì)算機(jī)在線實(shí)時(shí)進(jìn)行。共有兩個(gè)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理:一個(gè)是來(lái)自水箱上探頭位置的信號(hào),一個(gè)是來(lái)自超聲波探傷儀的描述超聲波振幅的模擬信號(hào)。這兩信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,信號(hào)數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī),然后由掃描模式產(chǎn)生一個(gè)確定其尺寸的數(shù)據(jù)陣列,圖形顯示在這個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)陣列里的每個(gè)點(diǎn)在顯示器上顯示為一個(gè)象素。圖像用8種顏色顯示。這8種顏色也就是指定波形的振幅,通常用dB 數(shù)表示。在每一次掃描結(jié)束時(shí),計(jì)算機(jī)可通過(guò)軟件自動(dòng)完成對(duì)每一種顏色和顯示的百分比面積的象素計(jì)數(shù)。對(duì)顯示出來(lái)的掃描圖像都可以作出相應(yīng)的解釋,對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定。 （2）超聲縱波噴水檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展 超聲縱波噴水檢測(cè)是一種根據(jù)已有研究結(jié)果，開(kāi)展工程化應(yīng)用的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)自動(dòng)編制自動(dòng)檢測(cè)控制軟件，使其具有探頭和產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)控制、檢測(cè)信號(hào)采集、存貯與顯示的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板的自動(dòng)檢測(cè)。（3）超聲縱波噴水檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)及檢測(cè)范圍傳統(tǒng)的超聲穿透法檢測(cè)靈敏度低，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)出分層缺陷。超聲縱波噴水檢測(cè)技術(shù)通過(guò)改善檢測(cè)頻率、噴水嘴直徑等檢測(cè)技術(shù)參數(shù)，提高薄板分層性缺陷的檢測(cè)靈敏度。超聲縱波噴水檢測(cè)是使用計(jì)算機(jī)控制超聲換能器(探頭) 位置在工件上縱橫交替搜查,把在探傷距離特定范圍內(nèi)(指工件內(nèi)部)