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目视检测知识
目视检测
2.1概述
2.1.1直接目视检测
直接目视检测是在检测人员的眼睛与检测区之间有连续不间断的光路,可以不借助任何设备,也可以借助镜子、透镜、内窥镜或光导纤维进行的检测。
1)直接目视检测通常用于局部检测。
当眼睛可置于距离被检工件表面600mm以内,并且眼睛与被检工件表面不小于30º视角时适于直接目视检测。
可以使用镜子改善视角,还可以借助放大镜、内窥镜、光导纤维等设备协助检测。
2)直接目视检测也可用在大于600mm距离的一般目视检测中。
3)接受检测的特定工件、部件、容器或其区域,若需要,应使用辅助照明设备进行照明。
一般目视检测最低光照度应达到160lx,局部目视检测最低光照度应达到500lx。
4)为使检测效力最大化,应考虑以下照明要求:
①使用相对于观察点的最佳光线方向;②避免炫目的光;③优化光源的色温度;④使用与表面光反射性相适应的照度级。
2.1.2间接目视检测
间接目视检测是在检测人员的眼睛与检测区之间有不连续的、间断的光路,包括使用摄影术、视频系统、自动系统和机器人进行的检测。
1)无法使用直接目视检测时,可使用间接目视检测。
间接目视检测使用视觉辅助设备,如内窥镜和光导纤维连接到照相机或其他合适的仪器。
2)间接目视检测系统是否适合完成指定的任务应经过验证。
2.2低倍放大镜的选用
2.2.1类型
1)所有类型放大镜的透镜框架或支架上均装有一个照明器。
支架可以是一个定距件、三脚架、支柱或其他支撑物
2)“读数放大镜”型放大镜,A型,通常应为手持式。
A型和B型可以是手持袖珍式放大镜
3)双系统放大镜,C.1型,通常装在一个支架上,但当被检表面难以接近时,也可以从支架上卸下来使用。
C.2型是装在支架上的。
4)C.1型和D型可用于双目观察,可扩大视场和焦深。
D型的使用仅限于小物体。
2.2.2放大率
1)放大率以线性放大率(μ)来表示。
若合适,A型和B型放大镜应在透镜框架上具有永久额定放大率。
线性放大率是所观测物体的线性尺寸的表观尺寸的增加,由下式表示
式中v——图像到透镜的距离,单位为mm;
u——物体到透镜的距离,单位为mm;
D——标准或矫正的清晰图像的距离,单位为mm;
f——透镜的焦距,单位为mm。
2)若生产厂家习惯用屈光度评定透镜放大率,也应标出相当的线性放大率。
否则,应在书面证明中确认放大率。
2.2.3材料
透镜用光学玻璃制造,或使用尺寸稳定、颜色不因年久而改变的光学性能相当的塑料材料制造。
2.2.4光学和其他特性
1)透镜应无细纹、条纹或其他制造缺陷。
整个观察区域应无变形和条纹。
2)A型、B型和C型放大镜的框架应具有良好的光学性能,座架应确保自由移动,以便于观察整个表面。
3)焦距或放大率与其偏差不应超过额定值的10%。
2.2.5照明
1.照明等级
最佳照明等级主要取决于如下因素:
1)工件、眼睛和光源的相对位置,例如被检表面是否容易接近。
2)表面的特性和光反射性。
3)照明方向,即直射或斜射。
4)光学系统的聚光能力和光损失。
2.工件的相对位置
理想状态是:
被检表面或物体可以在光下倾斜,以便能从不同角度、在不同照明强度下进行检测。
相反,若工件本身不可移动,眼睛和光源需要变换位置。
3.表面的特性和光反射性
1)尽管检测锻钢件或电弧焊焊缝表两上的裂纹要求光照度大约为5000lx,但是,磨光金属表面上的裂纹在光照度仅稍高于环境照明时就可以检测到。
2)避免炫目的光很重要,A型和一些B型放大镜可能装有漫射遮光屏,可降低光照度的强烈差异。
有时需要配有柔光镜(漫射片)的独立照明器。
3)若可能,其他强烈反差的光源也应避免,以降低眼睛疲劳,特别是通常需要高光照度的小物体检测。
透镜周围的护眼罩应是半透明的,物体和放物体的表面应有大约相同的光反射性。
4.照明方向
正如光照度,照明方向应受光反射性和检测目的支配。
照明应扩展至视场外围,光照度从中心到外围区域的变化不应超过3:
1。
5.聚光能力和光损失
1)装有大型物镜透镜的C.1型放大镜能有效地聚光,因此特别适用于照明较差的情况。
如在相对难以接近的场所进行现场作业。
2)多片镜系统中的光损失有时可以通过使用镀膜透镜来减少。
2.2.6放大镜选择的制约条件及使用注意事项
1.制约条件
放大率为2~4倍的手持式单片镜或多片镜放大镜具有广泛的工业应用范围,操作简单。
但以下原因引起的错觉,可能削弱高放大率的优点:
1)高放大率意味着较短的眼睛到透镜的距离和较短的工作距离。
2)工作距离短,只能用一只眼睛,容易引起操作人员的疲劳。
3)由于视角被大大减小,因此增加了检测时间。
4)焦深变得更小,被检表面各部分之间的空间关系变得难以评定。
2.放大率范围
目视检测中常用的放大率范围及相关数据见表2-1。
表2-1常用的放大率范围及相关数据
线性放大率
透镜直径(视场)/mm
工作距离/mm≈
×2
125
140
×4
65
62
×8
18
31
×10
14
25
×15
10
13
注:
上述尺寸量度物理上具有相关性,因此,不可能得到可以用于工作距离显著大于表中所列数字的放大镜。
3.使用放大镜的注意事项
1)不考虑为某一特殊目的选用的放大率范围,重要的一点是保证选用的放大率在整个检测过程中都与规定的相一致。
2)检测速度有要求并且需要搬动被检物体时,最好是将放大镜装在一根柱子上,柱子上有一个调节装置,可调节到眼睛的高度,操作简单,例如,球窝式夹具惰钳。
换句话说,小物体最容易的检测方法是放在工作台上,用装在一个定距片或三点支架上的透镜去观测,定距片或三点支架上配有照明器。
3)若难以接近被检物体或表面(如现场作业),特别是没有良好的照明条件时,C.1型放大镜是最佳选择。
4)如果检测速度和焦深是次要的,则可要求高达15倍的放大镜,在这种情况下,建议使用C.2型放大镜,以便于检测。
5)可以对双目镜放大镜的光学系统进行改进,以便产生立体图像。
关于立体放大镜,使用者应当清楚,检测的主要目的是保证这种设备是精选品。
2.3工业内窥镜的选用
工业内窥镜可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察,主要用于汽车、航空发动机、管道、机械零件等,可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测,广泛应用于航空、汽车、船舶、电气、化学、电力、煤气、原子能、土木建筑等现代核心工业的各个部门。
工业内窥镜还可与照相机、摄像机或电子计算机耦接,组成照相、摄像和图像处理系统,从而进行视场目标的监视、记录、储存和图像分析。
其使用范围为:
(1)焊缝表面缺陷检查检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏等焊接质量。
(2)内腔检查检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀等缺陷。
(3)状态检查当某些产品(如蜗轮泵、发动机等)工作后,按技术要求规定的项目进行内窥检测。
(4)装配检查当有要求和需要时,使用三维工业视频内窥镜对装配质量进行检查;装配或某一工序完成后,检查各零部件装配位置是否符合图样或技术条件的要求,是否存在装配缺陷。
(5)多余物检查检查产品内腔残余内屑、外来物等多余物。
工业内窥镜由于它的特殊设计,可以不破坏被检测物体的表面,即可简便、准确地观察物体内部表面结构或工作状态。
2.3.1直杆内窥镜
1.工作原理
直杆内窥镜(见图2-1)利用一组自聚焦体型透镜来传送图像,利用光导纤维来实现光源的传送,在自聚焦棒喇透镜的两端增加一个物镜和一个目镜,可通过目镜直接观察,外层为不锈钢管。
直杆内窥镜用于工件表面与观察者之间有直通道的场合,直接对正(不需要拐弯)插入深度较浅的位置,例如狭窄直径的孔洞及笔直的管道内部,不需要拐弯的铸模件小孔,液压装置及喷嘴内部,飞机发动机叶片,枪管、炮管等。
在目镜上接上摄像头,就可在监视器上显示图像。
图2-1直杆内窥镜
2.直杆内窥镜的特点
直杆内窥镜所呈现的图像清晰,在目镜上可获得高质量的图像,机械式手动对焦,侧视镜头可360º旋转。
3.直杆内窥镜的基本配置
只需直杆内窥镜和光源,即可实现基本的目视(眼睛)观察。
4.直杆内窥镜的选配件
直杆内窥镜接口,CCD摄像头,工业级监视器。
5.直杆内窥镜分类
1)纫直杆硬性镜,直径1.2~2.7mm,长度96~188mm。
2)一般直杆内窥镜,直径4.1~16.Imm,长度330~440mm。
3)视野角(45º~115º0)可变直杆内窥镜,直径6~8mm,长度21~1440mm。
2.3.2柔性光纤内窥镜
1.组成
柔性光纤内窥镜(见图2-2)由物镜部、弯曲部、柔软部以及操作部和目镜光束、导像束和用似操纵头部角度的钢丝等均装在镜筒中,其工作原理如图2-3。
图2-2柔性光纤内窥镜
图2-3柔性光纤内窥镜工作原理
1一物镜2一导光束3一导像束
4一光导管连接器5一目镜镜片
2.常用柔性光纤内窥镜
常用柔性光纤内窥镜的型号及性能参数见表2-2。
型号
导向方向
插入管
视向
工作长度/m
视野
F2D
2方向
PVC
0º
0.5/1.0/1.5/2.0
60º
F3D
2方向
不锈钢
0º
0.5/1.0/1.2
60º
F4D
2方向
不锈钢
0º/90º
1.0/1.5
60º
F5D
2方向
不锈钢
0º/90º
1.0/1.5/1.8
60º
2.3.3柔性视频内窥镜
柔性视频内窥镜(见图2-4)由先端部、弯曲部、柔软部、控制部、视频内窥镜控制组和监视器组成,其工作原理如图2-5所示。
图2-4柔性视频内窥镜
图2-5柔性视频内窥镜工作原理
1一物镜2-CCD(电荷耦合元件)3一光导管4-光导管连接器5—连接器
2.3.4内窥镜性能比较
三种常用的工业内窥镜性能比较见表2-3。
2.3.5内窥镜检测常见缺欠特征
内窥镜检测常见缺欠特征见表2-4。
2.4焊缝目视检测
焊接接头目视检测是由焊接检查员通过个人目视(或借助量具等)检查焊缝的外形尺寸和外观缺陷的质量检测方法,是一种简单而应用广泛的检测手段。
焊缝的外形尺寸、表面不连续性是表征焊缝形状特性的指标,是影响焊接工程质量的重要因素。
当焊接工作完成后,首先要进行外观检查。
多层焊时,各层焊缝之间和接头焊完之后都应进行外观检测。
因此,认真做好焊接施工各阶段的外观检测对保证焊接工程质量具有重要意义。
焊缝外观检测工具有专用工具箱(主要包括咬边测量器、焊缝内凹测量器、焊缝宽度和高度测量器、焊缝放大镜、锤子、平锉、划针、尖形量针、游标卡尺等)、焊接检测尺、数显式焊缝测量工具,以及基于激光视觉传感的焊后检测系统等。
1.专用工具箱
咬边测量器有百分表型和测量尺型两种,均能快速准确地测量焊缝的咬边尺寸。
焊缝内凹测量器也叫深度测摄器,使用时把钢直尺伸向焊接结构内,将钩形针探头对准凹陷处,掀动钩针的另一端,使钩形针探头仲向凹陷的根部,然后用游标卡尺量出探头伸出的长度,便可获得内凹深度的数值。
焊缝宽度和高度测量器用于测最焊缝宽度和高度,也可用于焊后焊件变形的测量。
一般采用4倍或10倍的放大镜观测焊缝表面。
锤子规格为1/4lb(1lb=0.4536kg),用来剔除焊渣。
平锉规格一般为6in(lin=25.4mm),用来清理试件表面。
划针用来剔抠焊缝边缘死角的药皮,尖形量针用来挑、钻少量的表面沙眼。
小扁铲用来清除焊接工件表面的飞溅物。
2.焊接检测尺
焊接检测尺是利用线纹和游标测量等原理,检测焊接件的焊缝宽度、高度、焊接间隙、坡口角度和咬边深度等的计量器具,如图2-6所示。
根据国家质量监督检验检疫总局标准JJG704-2005《焊接检验尺检定规程》的划分,检测尺的主要结构型式分为I型、Ⅱ型、Ⅲ型、
Ⅳ型四个类型。
(1)测量坡口角度焊接检测尺测量坡口角度的使用方法如图2-7所示。
(2)测量错边量焊接检测尺测量错边量的使用方法如图2-8所示。
(3)测缝对口间隙焊接检测尺测量对口间隙的使用方法如图2-9所示。
(4)测量焊缝余高焊接检测尺测量焊缝余高的使用方法如图2-10所示。
(5)测量焊缝宽度焊接检测尺测最焊缝宽度的使用方法如图2-11所示。
图2-6焊接检测尺
图2-7测量坡口角度
a)测量型钢和板材坡口b)测量管道坡口
图2-8测量错边量
a)测量型钢和板材错边量b)测量管道错边量
图2-9测量对口间隙
a)测量型钢和板材对口间隙b)测量管道对口间隙
图2-10测量焊缝余高
a)测量型钢和板材焊缝余高b)测量管道焊缝余高
图2-11测量焊缝宽度
a)测量型钢和板材焊缝宽度b)测量管道焊缝宽度
(6)测量焊缝平直度及焊脚尺寸焊接检测尺测量焊缝平直度及焊脚尺寸的使用方法如图2-12所示。
图2-12测量焊缝平直度及焊脚尺寸
a)测量焊缝平直度b)测量焊缝焊脚尺寸
3.数显焊缝规
数显焊缝规是将传统焊缝检测尺或焊缝卡板与数字显示部件相结合的一种焊缝测量工具。
数显焊缝规具有读数直观、使用方便、功能多样的特点。
图2-13所示为一种数显焊缝规,它由角度样板、高度尺、传感器、控制运算部分和数字显示部分组成。
该焊缝规有四种角度样板,可用于坡口角度、焊缝尺寸的测量,可实现任意位置清零,任意位置公英制转换,并带有数据输出功能。
图2—13数显焊缝规
4.基于激光视觉传感的焊后检测技术
基于激光视觉传感的焊后检测技术,是利用激光视觉传感器对焊缝外观进行视觉检查的一种新技术。
激光结构的光视觉以其独特的优点,在工程检测领域得到了广泛应用,使用该技术的焊缝检查仪器,被成功应用于焊缝质量的在线检测及焊后检测中。
激光视觉传感器的工作原理是基于三角测量原理,它主要由激光发射器和CCD摄像机组成。
检测时,传感器中的激光发射器发出条形平面激光束,照射到待检测焊缝表面上,CCD摄像机接收工件上漫反射的激光条纹成像。
由于焊缝表面上各点的激光条纹位置不同,在CCD摄像机像面的位置也各不相同,因此根据图像上激光条纹的变形程度就可以计算出焊缝的形状。
激光视觉传感器获取焊缝图像的过程如图2-14所示。
基于激光视觉传感的焊后检测技术,是将激光视觉传感器所采集的焊接接头的图像模拟信号,经过模一数转换后送到处理器,处理器对图像处理后得出反映其焊缝尺寸的特征量。
该方法可提供对焊缝表面外观、表面几何形状以及存在的表面不连续牲或缺陷的质量分析,并可实现焊接过程实时在线自动检测,克服了传统检测方法存在的测量精度低、受工件装配状况影响大、检测花费时间长、对焊接质量评定取决于人的主观判断等缺点,是一种有广阔发展前景的检测技术。
图2-14激光视觉传感器获取
焊缝图像的过程
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