【文章內容簡介】 不能滿足在線高速的生產節(jié)奏。此外，人工檢測不能發(fā)現坯板的分層缺陷。這樣，我們必須想出更好的方法去完善質量管理工作。 常用的無損探傷技術從檢測技術的觀點看，無損探傷有如下一些特點:（1）檢測對象形式多樣，從連鑄板坯到各種型號的冷、熱軋帶鋼和各種機械零件，因此檢測機理具有多樣性。（2）表面缺陷的種類隨著加工工序的延仲呈現逐漸增加的趨勢，而且不同缺陷類別之間的光學、幾何和電磁等特性參數各異，增加了檢測的難度。（3）針對大量微細的缺陷，要求檢測系統(tǒng)的分辨力和靈敏度高，高速的生產節(jié)奏決定了檢測系統(tǒng)的高實時性的特點。 因此，對檢測坯板的表面缺陷和內部缺陷的無損檢測技術提出了很高的要求。下面介紹幾種常用的無損探傷技術：它們能進行坯板表面和內部的在線檢測，與人工檢測相比有了較大的提高。 線陣CCD掃描檢測技術（1） 線陣CCD掃描檢測原理固體攝像器件CCD檢測原理[6] 胡亮,段發(fā)階,[J].計量學報,2005,26（3）:200203.（）是用特殊光源以一定方向照射到鋼板表面上，CCD攝像機在帶鋼上掃描成像，掃描所得的圖像信號經過圖像采集卡輸入計算機，通過圖像預處理、二值化、確定檢測區(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，然后再進行圖像識別[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掃描檢測系統(tǒng)原理圖（2） 視覺檢測技術的發(fā)展隨著本世紀60年代激光技術、CCD技術的相繼問世和計算機技術的飛速發(fā)展，機器視覺技術應運而生，并迅速在工業(yè)無損檢測領域推廣普及，有效拓展了無損檢測技術的應用范圍。機器視覺技術應用于鋼板表面缺陷在線檢測的機理是絕大多數表面缺陷的光學特性之間存在著明顯差異。70年代中期日本川崎公司開始研制鍍錫板在線檢測裝置，先后采用了斜交激光掃描系統(tǒng)和平行激光掃描系統(tǒng)進行鋼板表面缺陷檢測，并針對特定缺陷(如周期性缺陷)的信號處理問題采用了自相關技術和 Fractal分析方法。1988年美國Sick光電了公司研制成功平行激光掃描檢測裝置，低功率HeNe激光器發(fā)出的激光經過反射鏡投射到一個高精度的多面體棱鏡表面，通過多面體棱鏡的旋轉運動產生垂直于帶鋼運動方向的橫向掃描。光線經多面體棱鏡反射后通過遠心光路系統(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換后，傳輸至后級計算機系統(tǒng)，完成圖象信號處理和缺陷識別任務。Sick系統(tǒng)可檢出40多種表面缺陷。 Sick激光掃描檢測原理 在美國能源部的資助下，Honeywell公司于1983年開發(fā)出采用線陣CCD器件的連鑄板坯表面在線檢測裝置。通過增加CCD芯片的有效象元數和提高其幀轉移速率，并采用先進的數字圖象處理部件，該裝置能可靠地檢出針孔等微細的表面缺陷。1986年，Westinghouse公司和 Eastman Kodak公司在美國鋼鐵隴會(AISI)的資助下，分別研制出各自的帶鋼表面缺陷在線檢測系統(tǒng)，、橫向缺陷分辨力。此外，為滿足軋制帶鋼表面在線檢測中高速數據處理的需求，意大利和美國的多家公司都相繼研制出專用的計算機處理系統(tǒng)。90年代以來，進一步完善和提高機器視覺檢測系統(tǒng)的自動化功能(缺陷自動分類等)及實用化水平己成為研究熱點，其中前者的應用研究最多[8] 吳平川,路同浚，[J].無損檢測，2000，22（7）:312315。視覺檢測技術經過幾十年的發(fā)展，技術正逐步成熟，功能不斷完善。（3） 線陣CCD掃描檢測的特點及檢測范圍線陣CCD掃描檢測系統(tǒng)通常由LED光源,明暗域結合成像光學系統(tǒng)、高速高分辨率線陣CCD器件、FPGA 嵌入式處理系統(tǒng)和缺陷自動分類子系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)能對鋼板表面的麻點、夾雜、壓印、劃傷和壓痕等常見缺陷進行無損檢測,并基于Bayes 決策理論,實現缺陷的自動分類功能[9] 王志成,吳壯志，[J].計算機工程與科學,2009，31（1）:6165.。這類系統(tǒng)在實驗室檢測指標一般為:寬度最大為1800 mm , m/ s ,振動幅度小于1 mm , mm mm ,尺寸檢測誤差不大于1mm。（4）線陣CCD掃描檢測技術總結線陣CCD掃描檢測是一項世界先進的表面檢測無損檢測技術，經過幾十年的發(fā)展，技術成熟。能檢測出麻點、夾雜、壓印、壓痕和劃傷等常見表面缺陷， ，尺寸檢測誤差不大于1mm。可以說，線陣CCD掃描檢測是一種全面、準確、高效的表面檢測技術。 超聲蘭姆波檢測（1） 超聲蘭姆波檢測原理蘭姆波[10] 張萬嶺，[J].無損檢測，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。，可推導出 （1） 式中 α—— 透聲材料中縱波的入射角 蘭姆波波型的產生與換能器入射角度關系——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稱型(S型)和非對稱型(A型)兩種()。其產生和傳播的速度是與檢測對象的介質性質、波的頻率 f 及薄板的厚度 d 的乘積 fd 相關的。其相關的波動方程如下 S模態(tài) （2） (a) 對稱性A模態(tài) (3)（（b）非對稱性 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 ，因此需要通過試驗來選取最佳的檢測模式。薄板的檢測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)的板波在傳播過程中遇到缺陷或端面而產生反射波，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的關系 （2）超聲蘭姆波探傷發(fā)展概況蘭姆波的發(fā)現是在1917年，英國力學家HLamb按平板自由邊界條件解波動方程，得到了一種特殊的波動解，后人把這種波動命名為蘭姆波以紀念它的發(fā)現者。40年代末，(此人也是超聲探傷的發(fā)明者)首先將蘭姆波應用于薄板探傷。 Worlton，日本無損檢測學會，日本科學家尾上守夫，德國科學P．Holler都對蘭姆波進行較為深入的研究。我國航空材料研究所李家偉等也對蘭姆波探傷進行了廣泛地研究。尤其是中國科學院聲學研究所應崇福、張守玉和沈建中用光彈方法對蘭姆波的應力分布，進行了直接觀察，這是世界上首次對蘭姆波的應力分布進行直接觀察。他們還對蘭姆波傳播與散射進行了觀察和研究[12] [J].機械設計與制造，2001,(6):8587.。（3）超聲蘭姆波探傷的特點及檢測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τ诒“?尤其是厚度2mm以下的薄板)，無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，但實際做起來比較困難．第三是探傷的效果即缺陷反應不夠理想。蘭姆波探傷剛好彌補以上這些缺點，特別適合薄板探傷。它的優(yōu)點是探傷距離遠，因此探傷效率高，速度快，第二是薄板能檢測出薄板常見的分層缺陷[13] [J].無損檢測,1999，21（9）:409413.。 （4）超聲蘭姆波探傷總結 從特點與應用范圍看，蘭姆波檢測有很多優(yōu)點，如探傷距離遠、效率高、針對性強。從發(fā)展上看，蘭姆波用于金屬薄板的無損檢測雖已有數十年的歷史，并已取得了不少進展，但還存在著許多尚未解決的問題，如分層對蘭姆波的散射機理，如何選擇最佳探傷參數，如何克服有時可能發(fā)生的分層漏檢，如何對缺陷進行定性、定量分析以及人工缺陷的選型等，這些也可能就是國外至今尚未制訂有關標準的原因。國內雖已先后制訂了兩項國標和一項專業(yè)標準，但并不能說明這些問題都已得到妥善解決。 超聲縱波噴水檢測技術（1）超聲縱波噴水檢測原理超聲縱波噴水檢測系統(tǒng)由機械傳動機構和水箱,超聲C掃描控制器,超聲波C 掃描探傷儀以及PC微機系統(tǒng)四部分組成。在檢測時,數據的獲取、處理、存貯與評價都是在每一次掃描的同時由計算機在線實時進行。共有兩個信號輸入計算機進行處理:一個是來自水箱上探頭位置的信號,一個是來自超聲波探傷儀的描述超聲波振幅的模擬信號。這兩信號經過A/D轉換,信號數字化后輸入計算機,然后由掃描模式產生一個確定其尺寸的數據陣列,圖形顯示在這個區(qū)域范圍內。數據陣列里的每個點在顯示器上顯示為一個象素。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 數表示。在每一次掃描結束時,計算機可通過軟件自動完成對每一種顏色和顯示的百分比面積的象素計數。對顯示出來的掃描圖像都可以作出相應的解釋,對缺陷進行評定。 （2）超聲縱波噴水檢測技術的發(fā)展 超聲縱波噴水檢測是一種根據已有研究結果，開展工程化應用的自動檢測技術。該技術通過自動編制自動檢測控制軟件，使其具有探頭和產品運動控制、檢測信號采集、存貯與顯示的功能，實現對鋼板的自動檢測。（3）超聲縱波噴水檢測技術的特點及檢測范圍傳統(tǒng)的超聲穿透法檢測靈敏度低，無法準確檢測出分層缺陷。超聲縱波噴水檢測技術通過改善檢測頻率、噴水嘴直徑等檢測技術參數，提高薄板分層性缺陷的檢測靈敏度。超聲縱波噴水檢測是使用計算機控制超聲換能器(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(指工件內部)