《汽车智能制造概论》教案第5课无损检测技术和工业互联网技术.docx

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1、课题无损检测技术和工业互联网技术课时2课时(90min)教学目标知识目标：(1)认识无损检测技术(2)熟悉无损检测技术分类和应用(3)了解工业物联网技术的特点和优势(4)熟悉工业物联网的架构与工业物联网技术的应用技能目标：能总结出不同识别技术在汽车智能制造中的应用素质目标：具备独立分析问题、解决问题的能力教学重难点教学重点：无损检测技术和工业物联网技术的特点和应用教学难点：工业物联网技术的分类教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，观看有关

2、无损检测技术的概念和特点，提前感受无损检测技术的优势，并让学生在学习平台上留言讨论无损检测就是指在检杳机械材料内部不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。【学生】登录学习平台观看材料，思考并留言讨论考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到问题导入【教师】随机邀请学生回答以下问题无损检测技术中的无损是指哪些方面无损？该技术有哪些优势

3、？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，导入本节课课题：无损检测技术和工业物联网技术传授新知【教师】讲解无损检测技术的概念、分类和应用学习情境一无损检测技术一、无损检测技术概述无损检测(NDT)技术就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，并给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态(如合格与否、剩余寿命等)的所有技术手段的总称。与破坏性检测相比，无损检测技术具有非破坏性、全面性、全程性、可靠性等特点。二、无损检测技术的分类无损检测技术分为常规无损检测技术和非常规无损检测技术。常规无损检测技

4、术有超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。非常规无损检测技术有红外线检测、激光全息检测等。以下介绍常用的超声波检测、射线检测和磁粉检测。I.超声波检测I)超声波检测的定义频率在20kHz以上的声波称为超声波。超声波检测是通过超声波与工件相互作用，对反射、透射和散射的波进行研究，并对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，进而对其特定应用性进行评价的检测技术。2)超声波检测的特性超声波蛹于无损检测，主要因为其有以下几个特性。(I)超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射。(2)超声波的指向性好，且频率越高，指向性越好。(3)超声波传播能量大，对各种

5、材料的穿透力较强。3)超声波检测的方法(1)接触法。接触法是探头与工件表面之间，经一层薄的耦合剂直接接触进行探伤的方法。耦合剂主要起传超声波的作用。此法操作简单，但对W佥工件表面粗糙度的要求较严。(2)液浸法。液浸法是将探头与工件全部浸入液体,酶头与工件之间局部充以液体进行探伤的方法。由于探头与工件不直接接触，因而易于实现自动化检测，也适用于检测表面粗糙度较大的工件。(3)兰姆波探伤法。兰姆波探伤法是使兰姆波沿着钢板两表面及中间传播来进行探伤的方法。当工件中有缺陷时，其会在缺陷处产生反射，就会有缺陷波出现在荧光屏上。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：什么叫做兰姆波?【学生】聆听、思

6、考、回答【教师】总结学生回答并详细讲解因地球自传,在静力平衡的大气中可以产生一种只沿水平方向传播的僦声波，称为兰姆波.(4)穿透法。穿透法是根据超声波穿透程度的不同来进行探伤的方法。穿透法可以用连续波，也可以用脉冲波。当工件内无缺陷时，接收能量大；当工件内有缺陷时，因部分能量被反射，所接收能量减小；当缺陷很大时，声波全部被缺陷反射，接收能量减小为零。穿透法适合于检测超声衰减大的材料，可避免盲区。2 .射线检测在射线检测中,主要应用的是X射线.I)X射线检测的基本原理X射线检测是利用X射线通过不同物质的衰减程度与被通过物质的特性,使胶片感光成黑度不同的图像来实现的。这是因为使用X检测工件缺陷时，

7、缺陷部位会改变工件对X射线的衰减程度，出现透射光线强度的变化。因此用该检测方法可以判断工件是否有缺陷，以及缺陷的位置和大小。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：X射线检测会好气车车间的操作工人造成伤害吗?【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3 ）X射线检测的应用X射线检测技术的应用包括质量检测、厚度测量、物品检直、动态研究等。质量检测广泛应用于铸造与焊接工艺缺陷检测，以及锂电池和电子半导体领域的检测。厚度测量可用于在线、实时、非接触式厚度测量。物品检直可用于机场、车站、海关等场合。动态研究可用于研究动态过程，如弹道、爆炸等。4 .磁粉检测1 ）磁粉税则的原理磁粉检测

8、是一种利用漏磁和合适的检验介质来发现铁磁材料表面和近表面缺陷的检测方法。当磁力线穿过铁磁材料时，在其磁性不连续处将产生漏磁，形成磁极。此时撒上干磁粉或浇上磁悬液，磁极就会吸附磁粉，产生用肉眼能直接观察的明显磁痕，以显示铁磁材料的缺陷情况，如缺陷的位置、大小、形状。2）磁粉检测的适用范围磁粉检测可检测露出表面用肉眼或放大镜不能直接观察到的微小缺陷，也可检测埋藏在表面下几亳米的近表面缺陷。磁粉检测不仅能探杳体积型缺陷（如气孔、夹杂），还能探直面积型缺陷（如因淬火、轧制、铸造，焊接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹）。【师生互动】【教师】组织学生分组，56人一组，以小组为单位讨论以下问题：请同学们分析一

9、下，检测铸铁类的曲轴、凸轮轴、桥壳、轮毂等的缺陷时适合用哪种检测方法.并说明理由。【学生】聆听、思考、讨论、派小组代表回答【教师】结合学生的回答迸行讲解三、无损检测技术在汽车智能制造中的应用2 .超声波检测的应用一般来讲，对汽车零部件中的焊接钢板进行质量检测时，会用到超声波检测。超声波在固体中的传输损失很小，探测深度大，但在异质界面上会发生反射、折射等现象，尤其是不能通过气-固界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷（缺陷中有气体）或夹杂，超声波传播到缺陷的界面处时，其全部或部分声波会发生反射。反射回的超声波被探头接收后，通过仪器内部的电路处理，会在仪器的荧光屏上显示出不同高度和有一定间距的波

10、形。工作人员可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件中的深度、位置和形状。如图3-7所示（详见教材）为使用超声波探头检测焊接件。【教师】播放“液体渗透检测技术”视频（详见教材），让学生了解该技术的相关知识3 .磁粉检测的应用在汽车的制造过程中，一部分零部件为锻钢件，如前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴等。锻钢件的工艺过程一般为：下料一加热一锻造一探伤一热处理一探伤一机械加工一表面热处理一机械加工一最终探伤一成品。多数锻钢件的形状都比较复杂，且经过上述加工工艺后，就容易产生各种性质的缺陷，如锻造裂纹、锻造折叠、淬火裂纹、磨削及矫正裂纹等。对这些零部件进行质量检测时要用到磁粉检测，即根据荧光磁粉呈现出的

11、裂纹，分析该零部件是否符合出厂要求。【师生互动】扩展讲解磁粉检测时应注意的问题（1）每次进行检测时都应有少量的重叠，并进行两次方向互相垂直的磁化和检测。（2）喷洒磁粉不要太急、太快，否则会冲走已形成的干磁粉显示，或无法在缺陷处集聚磁粉。【学生】聆听、思考、记忆【学生】聆听、理解、记忆【教师】讲解工业物联网技术的特点、优势和应用学习情境二工业物联网技术一、工业物联网技术概述工业物联网是物联网技术在制造企业或智能工厂中的具体应用。工业物联网技术可通过传感器技术、标识识别技术、图像视顷技术和定降术等感知技术，对物理世界进行感知识别，然后通过网络传输数据，对其进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与

12、物信息的实时交互，以达到对物理世界实时控制、精准菅理和科学决策的目的。1 .工业物联网技术的特点工业物联网技术主要有以下几个特点。2 ）感知全面工业物联网技术可海量利用各类传感技术，将众多不同类型的感知标签和传感器部署在工业物联网上，使每个设备作为独立的信息源，按照一定的周期不断地更新和实时地采集周围环境信息。2）传递可靠工业物联网技术的核心技术是互联网技术，工业物联网可采用有线与无线相结合的传输方式与互联网融合，实时并准确地将感知信息通过网络传给相应对象。3）决策智能工业物联网技术可利用云计算、数据处理、数据管理等智能计算技术，对实时收到的海量数据进行分析和处理，最终实现智能化决策和控制。如

13、图3-9所示（详见教材）为工业物联网的示意图。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：工业物联网技术和人工智能技术有什么区别?【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3 .工业物联网技术的优势工业物联网技术集成了RFID、传感器、无线网络、云计算等新技术,其发展极大地促进了制造业的信息化进程，有利于实现物与物、人与物之间信息的自动化交互与处理。工业物联网技术在制造业上的优势有以下四个方面。1）产品智能化在产品中植入可被识别的元素，可实现产品功能的智能化。例如，在产品中植入RFID标签，可记录产品的静态信息，如出厂日期、编号、产品类型等；在产品中植入智能传感器，可记录设备运行

14、数据、检测设备运行状态等，并通过网络彳微据传输至后台信息系统中进行后处理。2）实时售后服务企业通过工业物联网可获取全球范围内产品运行的状态信息，经过后台信息系统的分析、处理、反馈，能实时在线提供售后服务，服务水平得到提升。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：工业物联网获取全球范围内产品运行的状态信息时会涉及泄露用户隐私的问题吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解3）过程!触与管理工厂可以通过工业物联网，采集生产设备的运行状态数据和产品的数量与质量数据，实现设备维护和生产控制，包括供需转换、工时统计、产品管理、产品质量在线监测、设备状况监测、能源使用监测等。4）物流

15、萱理智能化在工厂内外的物流设备中植入RFlD标签，能实现对产品位置、数量、交接的管理和控制，从而提高物流效率。同时，消费者也能对具有特殊储藏要求的货品进行在线监测与防伪溯源,实现了信息在真实世界和虚拟空间之间的智能流动。3.工业物联网的架构工业物联网由感知层、网络层和应用层三部分组成，如图3-10所示（详见教材）1 ）膨口层感知层位于最底层，是工业物联网整体架构的基础和核心，是信息采集的关键部分。感知层由数据采集、感应器续网协同信息处理两个部分组成,可使企业随时随地获取物体的信息。基本的瘫采集工具包括传感器、RFID阅读器、二维码标签和识读器、多媒体等，感应器续网协同信息处理需要短距离无线通信技术、组网技术、协同信息处理技术和传感器技术等。【师生互动】【教师】随机邀请学生回答以下问题：感知层的作用是什么？有哪些技术？【学生】聆听、思考、回答【教师】结合学生的回答进行讲解2）网络层网络层位于中间层，相当于人的神经中枢系统.它负责将解口层获取的信息安全可靠地传输至应用层。网络层包含接入网和传输网,分别实现接入功能和传输功能。目前工业物联网的通信网络主要包括互联网、卫星通信网和有线电视网。因为网