7.1無損檢測概述戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.1.1無損檢測的定義及特點7.1.2無損檢測方法及其選擇7.1.1無損檢測的定義及特點1.無損檢測的定義戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1在不影響材料或制件未來使用和可靠性的前提下，進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、化學成分分析、組織結構和力學性能變化的評定。7.1.1無損檢測的定義及特點2.無損檢測的主要內容戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2隨著制造業向智能化方向發展，無損檢測技術成為一門多學科交叉的綜合技術產品的質量檢測測試工件的物理性能產品的在役檢測7.1.2無損檢測方法及其選擇1.常用的無損檢測方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3按照缺陷部位內部缺陷檢測方法表面及近表面缺陷檢測方法所借助的物理手段射線檢測聲學檢測磁學檢測流體檢測電學檢測光學檢測熱學檢測7.1.2無損檢測方法及其選擇1.常用的無損檢測方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4實際上，一些無損檢測方法本質上是復合方法，不能簡單地將其歸類最多應用的無損檢測方法射線檢測超聲檢測滲透檢測磁粉檢測渦流檢測7.1.2無損檢測方法及其選擇2.無損檢測方法的選用戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5技術性經濟性不同的檢測方法產品自身的性質無損檢測方法的優勢及局限性、檢測對象及其缺陷的特點考慮缺陷的類型、缺陷在產品的位置、產品的材質、形狀和大小等因素7.1.2無損檢測方法及其選擇2.無損檢測方法的選用：鑄件中的常見缺陷戰略性新興領域教材建設團隊-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金屬冷卻凝固時體積收縮得不到補充而形成的夾雜、裂紋和疏松則是由于鑄件凝固緩慢的區域因微觀補縮通道堵塞而在枝晶間及枝晶臂之間形成的細小空洞。7.1.2無損檢測方法及其選擇2.無損檢測方法的選用：鍛件中的常見缺陷戰略性新興領域教材建設團隊-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、白點及折疊；熱處理缺陷則主要是裂紋。7.1.2無損檢測方法及其選擇2.無損檢測方法的選用：軋件中的常見缺陷戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8金屬軋制分為熱軋和冷軋，軋制產品表面的缺陷原因復雜，形態多樣。根據幾何特點點缺陷（如麻點、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無損檢測方法及其選擇2.無損檢測方法的選用：焊件中的常見缺陷戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9根據部位焊接接頭部位在焊接過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部缺陷包括氣孔、夾渣、裂紋和未焊透幾何特點體積型缺陷（如氣孔、夾渣）線缺陷（如未焊透、未熔合、裂紋）7.1.2無損檢測方法及其選擇3.無損檢測方法的選用：技術因素戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9技術因素工件的幾何因素工件的材料特點工件的材料加工工藝工件缺陷的特點工件表面條件檢測方法的技術優勢及局限性如超聲檢測在檢測尺寸極小的工件時會遇到困難磁粉檢測只能用于鐵磁性材料相比于射線檢測，超聲檢測更易發現裂紋類缺陷，而渦流檢測不能檢測內部缺陷鑄件較難采用超聲檢測表面粗糙度過大時，不宜采用超聲檢測超聲探頭的壓電晶片在高溫下不適用檢測區域的可達性細小狹長部位更適合用γ射線檢測7.1.2無損檢測方法及其選擇2.無損檢測方法的選用：五種常規無損檢測方法的主要技術特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9射線檢測超聲檢測滲透檢測磁粉檢測渦流檢測超聲檢測對表面和近表面缺陷的檢測能力低于磁粉、滲透和渦流檢測射線檢測結果直觀且客觀，但對人和環境有害滲透檢測僅能檢測工件表面的開口缺陷，但幾乎沒有材料種類方面的限制磁粉檢測只能檢測鐵磁性材料的表面和近表面缺陷，靈敏度極高渦流檢測適用于導電材料的表面和近表面缺陷檢測，且對表面狀態要求較低THANKS7.2視覺檢測技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.2.1計算機視覺檢測系統7.2.2數字圖像處理與

計算機視覺技術基礎理論7.2.3視覺檢測技術的應用案例7.2.1計算機視覺檢測系統應用范圍廣泛戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1尺寸測量與定位視覺檢測系統在工業制造中用于精確測量工件尺寸和位置，確保產品符合設計要求，提升生產效率和產品質量。表面缺陷檢測通過高清攝像頭捕捉圖像，視覺檢測系統能夠識別并分析工件表面的微小缺陷，有效減少不良品率，提高產品質量。物料處理與跟蹤視覺檢測系統在物流和生產流程中扮演關鍵角色，實現對物料的自動識別、分類和跟蹤，優化資源分配，降低人力成本。123尺寸測量與定位表面缺陷檢測物料處理與跟蹤戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2組成部分介紹在視覺檢測系統中，相機與光源是獲取圖像信息的關鍵硬件，它們負責將實際場景轉換為數字圖像，為后續的圖像處理提供原始數據。相機與光源的作用鏡頭作為連接相機和拍攝對象的橋梁，其質量直接影響到圖像的清晰度和細節表現，是確保視覺檢測準確性的重要因素。鏡頭的重要性圖像采集卡是實現圖像從模擬信號到數字信號轉換的關鍵部件，它負責將通過鏡頭和相機捕獲的圖像數據傳輸給計算機進行進一步處理。圖像采集卡功能7.2.1計算機視覺檢測系統戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造37.2.1.1圖像傳感器7.2.1計算機視覺檢測系統CCD相機CMOS相機高質量圖像輸出低光環境表現好高速圖像捕捉低功耗性能高速讀取能力靈活性與應用廣泛按照圖像傳感器的排列方式來分:面陣相機線陣相機采用面陣傳感器捕獲高分辨率圖像清晰細節高質成像使用線陣傳感器捕捉一維動態對象高速連續成像主要考慮圖像分辨率、成像速度以及成像維度戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造47.2.1.2光源照明系統7.2.1計算機視覺檢測系統光源選擇重要性影響圖像質量光源的選擇直接影響視覺檢測系統中輸入圖像數據的質量，合理的光源能顯著提高圖像清晰度和對比度，為后續圖像處理打下堅實基礎。適應不同應用需求不同的工業應用對照明方式和光源的發光機理有特定要求，如環形光源適用于成像和檢測任務，而同軸光源則更適合表面缺陷檢測。綜合考量因素在選擇光源時，需考慮其對圖像質量、功耗、成本和速度的影響，確保所選光源在滿足特定應用需求的同時，也符合經濟性和實用性原則。123戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造57.2.1.2光源照明系統7.2.1計算機視覺檢測系統鎢絲白熾燈鎢絲白熾燈通過加熱鎢絲使其發光，是最早的電光源之一，以其成本低廉和連續光譜輸出而被廣泛使用。鹵素燈鹵素燈在傳統白熾燈的基礎上加入鹵素氣體，提高了燈泡的壽命和光效，常用于需要高亮度和色溫穩定性的場合。發光二極管（LED）LED是一種半導體光源，具有高效節能、長壽命和環保的特點，廣泛應用于顯示技術、照明和信號指示等領域。性能鹵素燈LED激光亮度較亮較亮亮響應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比戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造87.2.1.3視覺檢測系統7.2.1計算機視覺檢測系統視覺檢測系統的組成高性能硬件配置在視覺檢測系統設計時，選擇高性能的工業相機和服務器是確保實時性的關鍵，這些硬件設備能夠快速獲取圖像數據，滿足在線檢測的需求。軟件系統的實時性軟件系統的實時性對于視覺檢測系統至關重要，需要設計高效的圖像處理算法，以確保數據處理速度與硬件獲取速度相匹配，實現實時檢測。系統檢測速度保障通過優化硬件和軟件的實時性，可以有效保證視覺檢測系統的檢測速度，滿足在線檢測對實時性的高要求，提高整個系統的檢測效率和準確性。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造77.2.1.3視覺檢測系統7.2.1計算機視覺檢測系統圖像分類物體檢測語義分割視頻分析軟件系統在視覺檢測中的作用軟件系統作為視覺檢測的核心，負責處理和分析圖像數據，通過預處理、分類、目標檢測和分割等模塊，為實時在線檢測提供精確的數據支持主要功能模塊軟件系統包括圖像預處理、分類算法、目標檢測算法和分割算法等關鍵模塊，每個模塊都承擔著特定的任務，共同確保圖像信息的有效處理和精準分析。第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9圖像預處理方法1卷積神經網絡2圖像檢測算法3圖像分割算法4第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11圖像預處理方法-濾波算法濾波算法空間域濾波頻率域濾波直接對圖像的像素進行操作均值濾波高斯濾波中值濾波在圖像的頻率域進行處理低通濾波高通濾波帶阻濾波第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造12圖像預處理方法-邊緣檢測算法任務：識別圖像中物體之間的邊界或邊緣信息圖像的邊緣：圖像中物體或場景之間像素強度突然變化的地方，如果將圖像的灰度值看作是函數的話，那么在圖像的邊緣處梯度通常是最大的。可以通過這一性質來確定圖像中邊緣的位置。第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造13圖像預處理方法-邊緣檢測算法邊緣檢測算法主要包括基于梯度的算子：Sobel、Prewitt、Laplacian算子、Canny邊緣檢測算法。原圖Robert算子Sobel算子Laplacian算子第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造14卷積層池化層全連接層卷積神經網絡的一般構成第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-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filter表示卷積核的相關參數，S表示卷積核步長，P表示填充數第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造16池化層-PoolingLayer作用：縮小數據規模，收集關鍵特征，提高計算速度

輸入卷積層池化層第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造17池化-Pooling第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造18激活層-ActivationLayer線性關系非線性關系第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造19激活函數-Sigmoid將輸入值映射到0-1范圍內第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造20適用于多分類任務，將神經網絡的輸出轉換為概率分布，輸出節點的概率總和為1激活函數-Softmax0.20.050.75第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造21將輸入值映射到-1-1范圍激活函數-ReLU第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-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換為最終的分類或回歸結果。它通過在網絡的最后一層引入全連接操作，將之前層級提取的特征映射轉化為類別概率或數值預測。第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造22目標檢測算法有無區域提案階段？目標：對待檢測物體的定位和分類YesNo第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造23目標檢測的應用車輛檢測行人檢測第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造24目標檢測算法-FasterR-CNN創新點：提出了區域選擇網絡用于生成候選框，能極大提升檢測框的

生成速度。第一個端到端，最接近于實時性能的深度學習檢測算法

首先輸入圖像到卷積網絡中，生成該圖像的特征映射。在特征映射上應用RegionProposalNetwork（RPN），返回ObjectProposals（OP）和相應分數。應用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，生成目標物體的邊界框。第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造25圖像分割算法圖像分割算法傳統圖像分割算法語義分割算法閾值分割：根據色彩或灰度特征設置閾值，把圖像像素點分為若干類別區域分割：根據區域特征的相似性將圖像劃分成不同的區塊邊緣分割：根據邊緣特征（像素的灰度等級或結構突變的地方）將圖像劃分成不同的區塊完成在像素點上對各類目標的分類任務第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造26語義分割應用街景分割醫學圖像分割第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造27深度學習語義分割算法的發展現狀第7章先進成形智能檢測技術7.2.2數字圖像處理與計算機視覺技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造28語義分割算法-UNetEncoder-Decoder結構編碼階段：設計了一個23層的卷積網絡，用于提取圖像中上下文信息。解碼階段：采用跳級連接融合不同階段的特征圖，逐層恢復目標的細節信息，將深層特征圖和編碼器中對應的淺層特征通過特征級聯的方式進行融合，逐級恢復待分割對象的細節信息，最終輸出分割結果。Skip-Connection戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造301板帶表面缺陷在線檢測技術檢測系統概述7.2.3視覺檢測技術的應用案例光源照射過程光源發出的光以一定角度照射到運行狀態的帶鋼表面上，為后續圖像采集提供光照條件。反射光強度轉換線陣CCD攝像機采集從鋼板表面反射的光，并將反射光的強度轉換成灰度圖像，為后續圖像處理提供數據基礎。二維圖像構建原理線陣CCD相機完成橫向一維掃描，而帶鋼的運行實現縱向掃描，從而構成二維圖像，便于后續缺陷檢測和識別。缺陷檢測中的光線變化如果鋼板表面存在缺陷，會對入射光產生吸收或散射作用，導致進入攝像機光線的強度發生變化。反射光強度與缺陷關系帶鋼表面的缺陷會改變反射光的強度，通過檢測反射光強度的變化，可以判斷鋼板表面是否存在缺陷。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造311板帶表面缺陷在線檢測技術系統架構組成：硬件系統介紹7.2.3視覺檢測技術的應用案例上下表面檢測單元由光源和攝像機組成，用于獲取帶鋼表面的圖像信息。通過采集帶鋼表面的反射光，并將其轉換成灰度圖像，實現對帶鋼表面缺陷的檢測。并行計算機處理系統通過實現多臺計算機對圖像的并行處理，可以顯著提高系統的數據處理能力。通過實現多臺計算機對圖像的并行處理，可以顯著提高系統的數據處理能力。服務器與控制臺服務器與多臺控制臺終端相連，用來顯示和記錄帶鋼的缺陷圖像和數據。服務器與多臺控制臺終端通過有線或無線的方式連接，實現數據的實時傳輸和顯示。是表面缺陷檢測系統的重要組成部分。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造321板帶表面缺陷在線檢測技術系統架構組成：軟件系統介紹7.2.3視覺檢測技術的應用案例圖像處理圖像處理步驟包括目標檢測、圖像分割、特征提取和缺陷分類，這四個步驟是帶鋼表面缺陷在線檢測系統的核心流程。簡化識別算法簡化識別算法可以提高系統的實時數據處理能力，保證帶鋼表面缺陷檢測的高效性和準確性。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造331板帶表面缺陷在線檢測技術檢測效果展示：特殊缺陷處理7.2.3視覺檢測技術的應用案例圖像處理熱軋生產中，由于節奏快、圖像數據量大，所以在表面檢測過程中需要濾掉大量的非缺陷，比如水印、成片氧化鐵皮等，顯示對質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，尤其對于連續性或周期性缺陷，比如矯直輥壓痕、軋輥印、嚴重連續劃傷等需要及時報警。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造342高速鐵路重軌表面缺陷檢測系統基于雙目線陣相機的多維視覺感知實時數據采集與分析處理系統7.2.3視覺檢測技術的應用案例多維視覺感知系統概述多維視覺感知系統是一種基于雙目線陣相機的實時數據采集與分析處理系統，用于高速鐵路重軌表面缺陷檢測。該系統的組成兩臺高分辨工業彩色線陣相機和兩臺高亮度線型LED光源組成的圖像數據采集裝置，以及重軌線性運動平臺。數據集構建構建了一套全新的多維重軌表面缺陷圖像數據集，既有二維彩色圖像，又有三維深度圖像。該數據集是國際上首個公開的工業級多維表面缺陷圖像數據集123戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造353H型鋼尺寸測量技術H型鋼概述7.2.3視覺檢測技術的應用案例熱軋H型鋼的重要性熱軋H型鋼是大型工程的重要建材與構件，具有較高的抗彎和抗壓性能、比強度高、生產率高、安裝便利、輕質、綠色可循環等優點。H型鋼的應用領域熱軋H型鋼廣泛應用于建筑、石油化工、船舶、電力、交通運輸等領域助力綠色制造熱軋H型鋼相比焊接H型鋼可以降低生產過程中的能耗和物耗。12345熱軋H型鋼生產趨勢產正朝著智能化、高質量方向發展，實時獲取型鋼斷面尺寸信息H型鋼尺寸測量技術太原理工大學團隊提出了一種基于結構光的視覺測量技術，滿足高溫生產環境下的測量需求。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造363H型鋼尺寸測量技術：難點7.2.3視覺檢測技術的應用案例高溫環境對測量的影響熱軋H型鋼的高溫生產環境使得傳統接觸式測量方法不能滿足測量需求，這是當前測量技術面臨的主要挑戰之一。斷面尺寸在線測量的難題實現H型鋼斷面全尺寸在線測量是另一個技術挑戰，需要解決實時獲取型鋼斷面尺寸信息和數據拼接等問題。高精度、抗干擾測量的需求基于結構光的視覺測量技術雖然具有高精度、抗干擾能力強等特點，但在實際應用中如何提高測量精度和穩定性仍是一個重要挑戰。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造37太原理工大學先進成形與智能裝備團隊：H型鋼斷面全尺寸測量系統7.2.3視覺檢測技術的應用案例系統組成概述H型鋼斷面全尺寸測量系統主要由四個線結構光子系統、H型鋼和電機等組成，用于實現對H型鋼斷面尺寸的高精度測量。子系統功能介紹子系統由工業相機、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，用于測量H型鋼對應側斷面尺寸并進行測量數據拼接。測量平臺參數說明H型鋼斷面尺寸測量平臺的機架尺寸為1230mm×1500mm×1840mm（長×寬×高），輥道寬度為600mm，測量高度范圍為200~400mm，測量寬度范圍為100~200mm。123戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造383H型鋼尺寸測量技術特征點檢測算法與輪廓提取與拼接7.2.3視覺檢測技術的應用案例高溫H型鋼斷面特征點檢測針對高溫H型鋼表面氧化鐵皮造成的斷線問題，分析H型鋼斷面輪廓點數字特征，提出一種基于特征點檢測的高溫H型鋼斷面全尺寸測量算法。通過線結構光中心線提取算法和邊緣檢測算法提取H型鋼斷面輪廓特征，根據輪廓點數學特征檢測尺寸特征點，實現斷面尺寸測量。斷面尺寸測量實驗結果在測量系統上對兩組規格為200×100mm的HN型高溫H型鋼的斷面尺寸進行了測量實驗，實驗結果表明，與考慮膨脹系數后的高溫H型鋼尺寸相比，兩組H型鋼高度和寬度滿足系統規定的±2%測量誤差要求，腹板厚度和翼緣厚度滿足系統規定的0.5mm測量誤差要求。THANKS7.3超聲檢測技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.3.1.超聲波的基本性質7.3.2.超聲檢測的特點和方法7.3.3.超聲檢測技術的應用案例人耳所能聽見的聲波頻率范圍一般被認為是20Hz至20kHz，頻率在此范圍內的聲波稱為可聞聲波。這些聲波包括大多數音樂和語音等聲音。而頻率高于20kHz的聲波則被定義為超聲波，常用于醫療和工業檢測等領域；而頻率低于20Hz的聲波被稱為次聲波，通常無法被人耳聽到，但在某些情況下具有重要的應用價值，比如地震監測和動物交流。7.3.1.超聲波的基本性質戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1良好的方向性1234能量高界面反射、折射和波型轉換穿透能力強超聲波特性戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2超聲波的應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械加工可應用于焊接難以焊接的金屬，如鈦、釷等7.3.1

超聲波的基本性質焊接清洗化學工業醫學可以清洗電子零件、光學器件、醫療器械等可作為催化劑，促進化學反應的進行可利用超聲波進行診斷、消毒等超聲波按振動模式、波形和持續時間分類，適用于多種應用場景。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3超聲波的分類7.2.1計算機視覺檢測系統13根據波形分類可將超聲波分為：平面波、球面波和柱面波根據振源振動的持續時間分類，根據波源振動的持續時間，可以把超聲波劃分為連續波和脈沖波根據振動模式和質點振動方向與波的傳播方向之間的關系進行分類，包括縱波、橫波、表面波、板波、爬波和導波等類型2戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4超聲波的聲速、聲壓及聲強7.3.1.超聲波的基本性質聲壓是指由于聲振動使聲場中的介質質點受到的附加壓力的強度。它用某一時刻某一點的壓強與沒有超聲波存在時的靜態壓強之差來表示，，即：

由波動方程得到質點的振動速度為：

聲強是指聲波傳播的能流密度pu在一個周期T內的平均值，即在單位時間內通過垂直于傳播方向上單位面積的聲能，常用字母I表示。聲強的常用單位是或。用數學公式表示為：

式中pu——垂直通過單位面積的瞬時功率，即能流密度。超聲波的聲速是指超聲波在單位時間內傳播的距離，通常稱為傳播速度，用符號C表示。它是描述聲波現象或聲學研究的重要參數之一。超聲波的聲速與介質的彈性模量、介質的密度、超聲波的波形、溫度、壓力以及介質的均勻性等有關超聲檢測（UltrasonicTesting，UT）是一種非破壞性檢測技術，利用超聲波與工件之間的相互作用來分析工件內部的特性。通過對超聲波在物體內部的反射、透射和散射現象進行深入研究，技術人員能夠檢測和評估工件的內部結構及表面缺陷。超聲檢測不僅可以有效識別宏觀缺陷，如裂紋和氣孔，還能用于測量工件的幾何特性，分析材料的組織結構，評估材料的力學性能變化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造57.3.2.1超聲檢測的基本原理和應用7.3.2.超聲檢測的特點和方法。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造67.3.2.1超聲檢測的基本原理和應用7.3.2.超聲檢測的特點和方法

該技術被廣泛應用于航空航天、核工業、兵器制造、造船、特種設備、機械、電力、冶金、化工、礦業、建筑和交通等工業領域，以及科學研究和醫療領域。超聲檢測可以測量材料的聲速、聲衰減、厚度、應力和硬度等參數，還可以檢測液體的濃度、密度、黏度、流速、流量和液位。此外，它還能用于地層斷裂、空洞測量、巖石空隙率和含水量的檢測等。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造77.3.2.2超聲檢測的優點7.3.2.超聲檢測的特點和方法成本低操作簡便技術靈活設備輕便

超聲檢測能夠檢測較大厚度的工件，對人和環境無害，并對內部和表面缺陷高度敏感。特別是對于焊接中的裂紋和未熔合等危害性較大的面積型缺陷，超聲檢測具有較高的靈敏度。此外，超聲檢測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即可進行檢測。它可以實時提供檢測結果，除了探傷外，還能進行材料特性的測定，并且在役檢測也十分方便。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造87.3.2.2超聲檢測的局限性7.3.2.超聲檢測的特點和方法缺陷判定不直觀難以確定缺陷的密度、大小及類型對檢測人員的技能和經驗要求很高

超聲檢測很難檢測粗晶材料、表面過于粗糙、形狀不規則、檢測對象過小或過薄以及非同質材料。平行于聲束的線狀缺陷也難以檢測。設備和缺陷均需依據標準進行標定。在工程實踐中，超聲檢測通常與射線檢測配合使用，以提高檢測效率和結果的可靠性。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造97.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法

應用共振現象對試件進行檢測的方法叫共振法。探頭把超聲波輻射到試件后，通過連續調整聲波的頻率以改變其波長，當試件的厚度為聲波半波長的整數倍時，則在試件中產生駐波，且駐波的波腹正好落在試件的表面上。用共振法測厚時，在測得超聲波的頻率和共振次數后，可用下式計算試件的厚度：式中c為超聲波在試件中的傳播速度；為波長。

當在試件中有較大缺陷或壁厚改變時，將使共振點偏移乃至共振現象消失，所以共振法常用于壁厚的測量，以及復合材料的膠合質量、板材點焊質量、均勻腐蝕和金屬板材內部夾層等缺陷的超聲檢測。（1）共振法

透射法又叫穿透法，是最早采用的一種超聲檢測技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造107.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法（2）透射法（a）連續皺穿透法（b）脈沖波穿透法1-脈沖波高頻發生器；2-發射探頭；3-工件；4-缺陷；5-接收探頭；6-探頭器；7-顯示屏；8-耦合劑戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造117.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法

透射法是將發射探頭和接收探頭分別置于試件的兩個相對面上，根據超聲波穿透試件后的能量變化情況，來判斷試件內部質量的方法。如試件內無缺陷，聲波穿透后衰減小，則接收信號較強；如試件內有小缺陷，聲波在傳播過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；若試件中缺陷面積大于聲束截面時，全部聲束被缺陷遮擋，接收探頭則收不到發射信號

值得指出的是，超聲信號的減弱既與缺陷尺寸有關，還與探頭的超聲特性有關。此方法除超聲信號是衰減而不是增加外，與分貝降低法十分相似。透射法簡單易懂，便于實施，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）透射法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造127.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法

透射法優點：透射法是根據缺陷遮擋聲束而導致聲能變化來判斷缺陷有無和大小的。當缺陷尺寸大于探頭波束寬度時，該方法測得的裂紋尺寸的精度高于2mm。在試件中聲波只做單向傳播，適合檢測高衰減的材料。當選擇好耦合劑后，特別適用于單一產品大批量加工制造過程中的機械化自動檢測；在探頭與試件相對位置布置得當后，即可進行檢測，在試件中幾乎不存在盲區（2）透射法

透射法缺點：一對探頭單收單發的情況下，只能判斷缺陷的有無和大小，不能確定缺陷的方位；當缺陷尺寸小于探頭波束寬度時，該方法的探測靈敏度低。若用探傷儀上透射波高低來評價缺陷的大小，則僅當透射聲壓變化20%以上時，才能將超聲信號的變化進行有效的區分。若用數據采集器采集超聲波信號，并借助于計算機進行信號處理，則可大大提高探測靈敏度和精度。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造137.3.2.3

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

脈沖反射法是應用最廣泛的一種超聲檢測方法。在實際檢測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時所使用的波的類型大致可分為：縱波法、橫波法、表面波法、板波法。在某些特殊情況下，有的是用兩個探頭來進行的，有的則必須在液浸的情況下才能進行檢測。戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造147.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法

脈沖反射法是利用超聲波脈沖在試件內傳播的過程中，遇有聲阻抗相差較大的兩種介質的界面時，將發生反射的原理進行檢測的方法。采用一個探頭兼做發射和接收器件，接收信號在探傷儀的熒光屏上顯示，并根據缺陷及底面反射波的有無、大小及其在時基軸上的位置來判斷缺陷的有無、大小及其方位。（3）脈沖反射法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造167.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法

脈沖反射法的優點包括檢測靈敏度高，能發現較小缺陷；經過調整后可實現較高精度；適用范圍廣，易于操作和實施。其缺點則為單探頭檢測存在盲區，無法有效檢測薄壁試件和近表面缺陷，缺陷波大小與缺陷取向相關，且對高衰減材料不適用。直接接觸脈沖反射法依賴探頭與試件的接觸質量，需使用耦合劑以優化聲耦合效果。該法包括縱波、橫波、表面波和板波，其中縱波法應用最廣。（3）脈沖反射法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造177.3.2.3

超聲波檢測方法7.3.2.超聲檢測的特點和方法

液浸法是在探頭與試件之間填充一定厚度的液體介質作耦合劑，使聲波首先經過液體耦合劑，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。液浸法中，探頭角度可任意調整，聲波的發射、接收也比較穩定，便于實現檢測自動化，大大提高了檢測速度。缺點是當耦合層較厚時，聲能損失較大。另外，自動化檢測還需要相應的輔助設備，有時是復雜的機械設備和電子設備它們對單一產品（或幾種產品）往往具有很高的檢測能力，但缺乏靈活性。總之，其與直接接觸法相比，各有利弊，應根據被檢對象的具體情況選用不同的方法。（4）液浸法第7章先進成形智能檢測技術7.3.3.超聲檢測技術的應用案例

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造18基于深度學習的航空機匣環件超聲全聚焦缺陷檢測技術基于超聲平面波全聚焦的管座角焊縫缺陷檢測技術2

基于激光超聲的波紋復合板界面缺陷在線檢測技術137.3.3.超聲檢測技術的應用案例1.基于深度學習的航空機匣環件超聲全聚焦缺陷檢測技術

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造19

航空發動機機匣環件的制造過程中可能出現折疊、孔洞和裂紋等缺陷，這些缺陷會嚴重影響零件的安全與壽命。武漢理工大學華林團隊提出了一種基于深度學習的超聲全聚焦缺陷檢測技術，利用水浸超聲相控陣檢測系統，結合YOLOX-S深度學習模型，在檢測過程中實現孔洞、裂紋及密集型孔的高精度識別。該方法平均識別準確率達99.17%，顯著提升了檢測效率與準確性。7.3.3.超聲檢測技術的應用案例2.

基于超聲平面波全聚焦的管座角焊縫缺陷檢測技術

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造22管座角焊縫廣泛應用于電站鍋爐及油氣管道，易產生缺陷，亟需超聲無損檢測。浙江大學金浩然團隊提出了一種超聲平面波全聚焦成像方法，從接管端進行多模態融合檢測。通過聲場解析模型獲得靈敏度圖像，發射特定角度的平面聲波并采集回波數據，處理生成高分辨率的融合成像。實驗結果顯示，該方法能清晰呈現氣孔、裂紋、未焊透等缺陷，定位誤差小于0.59mm，定位精準，為接管焊縫檢測提供了新的技術方案。7.3.3.超聲檢測技術的應用案例3.

基于激光超聲的波紋復合板界面缺陷在線檢測技術

戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造26激光超聲是一種先進的無損檢測技術，通過激光非接觸式激發和檢測工件中的超聲波。利用熱彈機制和燒蝕機制，超聲波在工件中傳播，缺陷會導致反射、折射和衰減，影響表面微位移。激光超聲不依賴耦合劑，適用于惡劣環境，且可同時激發多種超聲波。掃描成像技術通過分析回波數據實現圖像重構，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數字射線檢測技術基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS7.4.1射線成像基礎理論7.4.2數字射線成像系統7.4.3射線檢測技術的應用案例7.4.1射線成像基礎理論1.射線的基本性質戰略性新興領域教材建設團隊-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程中發射出的、具有特定能量的粒子束或光子束流。常見的有的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X射線-醫學影像7.4.1射線成像基礎理論1.射線的基本性質戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2電磁波譜包含了各種不同波長和頻率的電磁波，它們共同構成了一個連續的頻譜范圍。射線屬于電磁波譜的一部分，是一種波長極短的電磁波。電磁波譜按照波長從長到短（或頻率從低到高）的順序依次包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線等。可見光是光譜中很小的一部分；電磁波譜中各部分沒有嚴格的分界線；能量=普朗克常量×頻率（普朗克常數為定值），頻率越高，能量越強；光速=波長*頻率（光速為定值），波長越長，頻率越低，穿墻能力越好。（可以理解為波長越長，繞過障礙物的能力越好）7.4.1射線成像基礎理論1.射線的基本性質戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3α射線β射線α射線實際是帶有兩個正電荷和質量數等于4的氦原子核。電離能力很強，穿透能力很弱，一張紙就可以阻擋。β射線是高速運動的電子流，帶一個單位的負電荷。穿透能力比α射線大，但電離本領不及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射線是原子核內能級躍遷釋放出的高能光子流。本身不帶電；波長很短，小于0.01nm，穿透能力極強，可以穿透75mm厚的鉛版。X射線是原子內層電子受到激發產生的光子。本身不帶電，波長在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射線成像基礎理論2.X射線的產生戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4三個基本條件包括：電子源、加速電場、撞擊陽極靶面。電子源—燈絲通過電流加熱至一定溫度后，即放出電子，這些電子在燈絲周圍形成空間電荷，也稱電子云。高速電子流—燈絲放出的電子，要高速沖擊陽極，必須具備兩個條件：a.在X線管的陰極和陽極間加以高電壓，通過在兩極間產生的強電場使電子向陽極加速心

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。撞擊陽極靶面—陽極靶面接受高速電子撞擊，使高速電子所帶的一部分動能轉變為X線能；因為陽極需要承受高速電子的沖擊，所以靶物質（焦點面）一般都是用高原子序數、高熔點的金屬制成。陽極有兩個作用：a.接受高速電子的撞擊

b.完成高壓電路的回路。7.4.1射線成像基礎理論3.射線檢測原理及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5（1）射線在物質中的衰減定律X射線通過物質時發生吸收，這是一種能量轉換過程。射線的能量光子與物質中原子軌道上的電子相互撞擊，致使與原子核聯系較弱的電子脫離原子，從而使原子發生離子化。碰撞情況不同，有的量子撞擊時會耗盡全部能量，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，一部分形成與陽極射線類似的輻射，另一部分則在與物質的量子碰撞時，把自身動能轉化為熱能。

7.4.1射線成像基礎理論3.射線檢測原理及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6（2）射線檢測原理

7.4.1射線成像基礎理論戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7（3）射線檢測特點1）檢測結果可及時給出，可以長期保存，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，直接調整被檢工件位置；7）對檢驗技術和檢驗工作質量可以監測。2）檢驗效率高，可實現自動化流水作業；4）保證被檢部件和操作人員聯系，可以逐點進行檢查；6）檢驗人員可遠離射線源，有效解決防護問題；射線檢測技術適用于各種材料的檢驗，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合材料的檢驗，特別是還可以用于放射性材料的檢驗。射線檢測對被檢工件的表面和結構沒有特殊要求，可應用于各種產品的檢驗。射線檢測的原理決定了這種技術最適宜體積型缺陷（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。射線檢測的靈敏度與一系列因素相關，除了所采用的射線照相技術外，主要是缺陷的類型、被檢工件的材料與結構特點。3.射線檢測原理及特點7.4.1射線成像基礎理論4.射線成像應用戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8醫療影像診斷安檢包裹檢查工業無損檢測7.4.2數字射線成像系統1.數字射線系統的組成戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9（1）面陣探測器數字射線檢測系統1-射線源2-面陣射線探測器3-圖像顯示與處理單元4-工件基本組成部分：射線源、面陣探測器、圖像顯示與處理單元。面陣探測器類型及功能：常用的是非晶硅面陣探測器、CMOS面陣探測器或非晶硒面陣探測器。探測器完成對射線的探測與轉換，同時完成圖像數字化，直接獲得數字檢測圖像。常用的面陣探測器像素尺寸為200μm、150μm、100μm等；A/D轉換位數一般都可達到12bit、14bit或16bit。更小的像素尺寸、更高的A/D轉換位數可以構成性能更好的數字射線檢測系統。檢測方式：通常采用靜態檢測方式獲取檢測信號，如果配備適當的機械裝置和軟件，這類系統也可以采用動態方式完成檢測。7.4.2數字射線成像系統1.數字射線系統的組成戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10