智能制造概论 课件 2.3 智能检测技术

《智能制造概论》课程2.3智能检测技术智能制造是一种全新的制造模式，其核心融合了机器智能和人类智能，使生产过程具备自我感知、自我调节、自我诊断、自主决策及自我修复等功能。智能制造的生产流程聚焦于制造、产品及服务的深度整合与交互，借助互联网、移动通信技术、大数据分析、云计算等多样科技手段，与机器人、智能装置紧密协作，实现产品、设备、人员与服务之间的互联互通。在这个过程中，智能检测技术是进行设备联通、数据采集与交互的技术基础，也是智能制造实现过程中的关键。2.3智能检测技术完整的智能制造系统主要包括5个层级：设备层、控制层、车间层、企业层和协同层，如图所示。2.3智能检测技术在智能制造系统中，控制层与设备层广泛依赖于各种测量仪器与数据采集任务，这就要求有实时高效的智能检测设备作为支撑。因此，智能检测技术是智能制造系统中不可或缺的核心环节，它为上层的车间层、企业层与协同层提供了坚实的数据基础。智能仪器等各种智能硬件的使用，是智能生产线、智能车间、智能工厂互通互联的硬件基础。2.3智能检测技术2.3智能检测技术

2.3.1智能检测技术的定义智能检测技术是综合性技术领域，它涵盖了测量、检验、信息处理、决策判断以及故障诊断等多个方面。

智能检测技术通过让检测设备模拟人类的智能行为，巧妙地将计算机技术、信息技术以及人工智能等先进技术融合在一起。2.3.1智能检测技术的定义

智能检测技术的特点：测量过程高度软件化，能够实现快速且高精度的测量；具备高度的灵活性，内置的智能反馈和控制子系统使其能够应对各种复杂场景；智能检测技术能够同时检测多个参数，并进行数据融合处理，展现出强大的智能化功能和广泛的应用能力。2.3.1智能检测技术的定义2.3智能检测技术

2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类1.智能检测系统的工作原理智能检测系统指的是能自动完成测量、数据处理、显示（输出）测试结果的一类系统的总称。它是在标准的测控系统总线和仪器总线的基础上组合而成的，采用计算机、微处理器作为控制器，通过测试软件完成对性能数据的采集、变换、处理、显示等操作，具有高速度、多功能、多参数、测量速度快、精度高、智能化、功能强等特点。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类1.智能检测系统的工作原理智能检测系统包含基础控制层、自适应参数层和智能层。系统内部有两个信息流，一个是被测信息流，另一个是内部控制信息流。被测信息流在系统中的传输要求不失真或失真在允许范围内。智能检测系统工作原理如图所示。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成智能检测系统包括硬件、软件两大组成部分。智能检测系统的硬件一般有传感器、数据采集模块、处理器等。智能检测系统的软件一般包括操作系统、数据处理与分析算法、用户界面软件等。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成智能检测系统的结构如图所示。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成（1）智能检测系统的硬件智能检测系统的硬件包括控制主机、若干单片机以及传感器等，它们共同构成了智能检测系统的基本架构。各种被测信号由传感器转换成所需的电信号，传感器输出的电信号经调节放大后，变成DC0～DC5V电压信号，经模数转换后送单片机进行初步数据处理。单片机通过通信电路将数据传输到主机，实现检测系统的数据分析和测量结果的存储、显示、打印、绘图，以及与其他计算机系统的联网通信。对于直流输出的传感器信号，则不需要交流放大和整流滤波等环节。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类智能检测系统的硬件基本结构如所示。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成（2）智能检测系统的软件智能检测系统的软件是其实现智能化功能的核心，它负责数据处理、分析决策、设备控制以及人机交互等关键任务。

智能检测系统的软件一般包括操作系统、数据处理与分析算法、用户界面（UI）与交互软件、通信协议栈与中间件等。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类

操作系统作为软件的基础，负责管理硬件资源（如CPU、内存、存储器）、提供任务调度、进程管理、内存分配和文件系统等基本服务。

数据处理与分析算法主要功能是对传感器采集的原始数据进行清洗、转换、特征提取和模式识别，以支持后续的决策和控制。

用户界面与交互软件的功能是提供人机交互接口，支持数据可视化、参数设置、设备控制等功能，使用户能够方便地与智能检测系统进行交互。

通信协议栈与中间件的功能是实现设备间或设备与云平台的数据传输和协议解析，确保数据的可靠传输和系统的互联互通。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类3.智能检测系统的分类

(1)按被测对象分类依据被测对象的不同特性,智能检测系统可以分为在线实时智能检测系统和离线智能检测系统。在线实时智能检测系统主要用于生产与试验现场,如粮食烘干系统的水分检测控制、热力参数运行的测量控制、病人的医疗诊断、武器的性能测试等。离线智能检测系统主要用于对非运行状态的对象进行检测,如集成电路参数检测、仪器产品质量检验、地形勘探系统测量等。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类(2)按标准接口总线系统分类依据所采用的标准接口总线系统的不同,智能检测系统可以分为计算机通用总线系统、IEC-625系统、CAMAC系统、HP-IL系统、RS-232C系统、CAN系统、FC系统等。随着新的接口与总线系统的诞生,必将有新类型的智能检测系统问世。

2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.3智能检测技术

2.3.3智能检测技术的应用1.工业领域的应用在智能制造过程中需要进行各种检查、测量和零件的识别应用。例如，航空航天零件尺寸检测、自动装配精度检测、电子装配线自动零件定位、饮料瓶盖印刷质量检测、机械零件的自动识别分类等。这些应用实例均为连续大批量生产场景，且对外观、质量都有很高的要求，因此需要使用智能检测技术。随着现代企业逐渐采用更为灵活的生产模式，生产测量室在车间现场的重要性不断提升，同时，抽样检查的覆盖范围和频率也日益标准化和规范化。2.3.3智能检测技术的应用1.工业领域的应用目前，在工业领域，机器视觉识别检测广泛应用于汽车制造、食品加工、电子制造、包装等方面，主要用于检验产品外形和表面缺陷，如机械零件尺寸测量、金属表面视觉检测、二极管基片检查、印制电路板缺陷检查、零件焊缝缺陷自动识别等。2.3.3智能检测技术的应用1.工业领域的应用1）AGV视觉识别系统自动导引车（automatedguidedvehicle，AGV）是根据电磁或光学信号实现自动导引的装置。它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护及各种运载功能。它的工作原理是利用视觉传感器获取AGV前方或下方路面的环境信息，然后经过控制系统的识别和解析，生成控制指令，从而使AGV小车沿规定的路线行驶。2.3.3智能检测技术的应用2）工件尺寸检测系统CCD图像传感器具有高分辨率和高灵敏度，具有较宽的动态范围，这些特点决定了它可以广泛应用于自动控制和自动测量，尤其适用于图像识别技术。CCD图像传感器在检测物体的位置、工件尺寸的精确测量及工件缺陷的检测方面有独到之处。2.3.3智能检测技术的应用2.医疗领域的应用

在医疗领域，可以采用机器视觉技术进行医学的辅助诊断。首先，采集核磁共振、超声波、激光、X射线、γ射线等对人体检查记录的图像，再利用数字图像处理技术、信息融合技术对这些医学图像进行分析、描述和识别，最后得出相关信息。

机器视觉技术对辅助医生诊断人体病源大小、形状和异常，并在实施有效治疗中扮演了关键角色。不同医学影像设备得到的是不同特性的生物组织图像，如X射线反映的是骨骼组织，核磁共振影像反映的是有机组织图像，而医生往往需要考虑骨骼有机组织的关系，因而需要利用数字图像处理技术将两种图像适当地叠加起来，方便开展医学分析。

2.3.3智能检测技术的应用3.交通领域的应用

在轨道交通装备的试验、运行过程中，需要对其数据进行实时记录与分析，为车辆状态评估与分析提供基础。

铁路运输中的货车运行故障动态图像检测系统(TFDS)是一套通过高速像机阵列实时动态拍摄货车车底和侧下部的全部可视信息，实现过车信息、故障及其图像、检修处理信息和车辆部件图像等数据的精确采集和信息管理。

2.3.3智能检测技术的应用4.桥梁领域的应用

在桥梁领域，智能化检测包括基于导电性材料的混凝土裂缝分布式自动检测系统和智能混凝土技术，以及前沿的基于机器视觉的检测方法。基于导电性材料的检测技术虽然使用方便、设备简单、成本低廉，但是需要事先在混凝土结构上涂刷或者埋设导电性材料，而且应用智能混凝土技术还有无法确定裂缝位置和裂缝宽度等一系列问题，距实用化还有较长的距离。基于机器视觉的检测方法是利用CCD相机获取桥梁外观图片，然后运用计算机处理后自动识别出裂缝图像，并从背景中分离出来后进行裂缝参数计算的方法，它具有便捷、直观、精确、非接触、再现性好、适应性强、灵活性高、成本低廉的优点，能解放劳动力，排除人为干扰，具有很好的应用前景。2.3.3智能检测技术的应用2.3智能检测技术

2.3.4智能检测技术的发展方向1.智能仪器功能设计与标准制定

应加强智能仪器功能设计和标准制定的深入研究,系统解决制约智能传感器和智能仪器的研发、设计、材料、工艺、检测和产业化等关键问题,研制出能满足智能制造和智能工厂要求的智能传感器和智能仪器产品,积极推广在数字化生产线改造、智能单元及智能车间建设等项目中的应用。2.3.4智能检测技术的发展方向1.智能仪器功能设计与标准制定在智能制造与物联网技术深度融合的发展趋势下,智能仪器主要向着微型化、智能化、多功能化、网络化方向发展。研制具有数据采集、存储、分析、处理、控制、推理、决策、传输和管理等多项功能于一体的智能仪器。研制体积小、功耗低、功能强,能够嵌入生产设备、智能生产线,便于灵活配置,具有操作自动化、自测试、自学习、自诊断和数据自处理、自发送等功能的智能仪器,实现检测过程的智能化。2.3.4智能检测技术的发展方向

2.离散行业的智能制造解决方案在离散制造行业里,底层生产环节对智能化有着极高的要求。该行业不仅需要实现设备状态的检测与数据采集,还需要结合完整的工艺流程和业务需求,进行数据的融合与分析,为整体的智能制造系统提供完整的解决方案,以工艺管理信息化平台、智能仪器、自动化试验设备为基础,不断完善产品体系,为离散行业的智能制造模式提供思路与研发产品。2.3.4智能检测技术的发展方向

3.智能检测技术智能检测技术将检测环节嵌入生产线,使其分布于智能设备之中,实现实时检测。在此过程中,检测数据能够自动完成记录、存储、处理及管理等一系列操作。将智能检测技术与智能生产线的构建相结合,通过在生产线上引入红外线、激光、可见光等机器视觉目标定位测试技术,以及可变接口的智能测试适配技术、分布式实时测试采集技术、非接触方式检测技术、自动化测试控制技术等,实现实时检测。

开展满足智能制造要求的支撑性检测技术研究,进行分布式协同检测软件开发。2.3.4智能检测技术的发展方向4.故障预测与健康状态管理(PHM)技术PHM