密封面缺陷三维检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种密封面缺陷三维检测方法，包括：获取密封面上带划痕的图片；根据带划痕的图片获取划痕的长度和初始宽度；根据初始宽度确定扫描路径；根据扫描路径规划扫描轨迹；沿扫描轨迹对划痕进行扫描以确定划痕的深度及最终宽度。与现有技术相比，本发明的密封面缺陷三维检测方法先获取密封面上所有带划痕的图片，从而基本上杜绝了细微划痕的漏检情况；之后根据该图片获取划痕长度及初始宽度，再根据初始宽度确定扫描路径，继而根据扫描路径规划扫描轨迹，最后沿扫描轨迹对划痕进行扫描以确定划痕的深度及最终宽度，从而实现了对密封面缺陷的三维检测，同时提高了测量精度，且实现了对密封面三维缺陷的尺寸量化检测。
【专利说明】密封面缺陷三维检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及缺陷检测【技术领域】，更具体地涉及一种密封面缺陷三维检测方法。
【背景技术】
[0002]当前，在对密封面进行三维缺陷检测时，主要采用目测法和在线视频观测法两种方法。但，该两种方法存在以下缺陷:(I)目测法的检测结果易受操作人员主观判断影响，从而影响测量精度；(2)在线视频观测法则容易漏检细微划痕；(3)以上两种检测方法只能实现密封面缺陷的定性判断，无法将缺陷尺寸量化。
[0003]此外，现代核电站中大量设备在维护中需要打磨和抛光，尤其是高密封要求设备(如压力容器)，打磨抛光后还需进行缺陷检测，以确保密封面良好的密封性。若采用上述检测方法对压力容器的密封面进行缺陷三维检测，严重地增加了操作人员受辐射的剂量。
[0004]因此，急需一种改进的密封面缺陷三维检测方法来克服上述缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种密封面缺陷三维检测方法，以提高测量精度，基本上杜绝细微划痕的漏检情况，且能实现对密封面三维缺陷的尺寸量化检测。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种密封面缺陷三维检测方法，包括:
[0007]获取密封面上带划痕的图片；
[0008]根据带划痕的图片获取所述划痕的长度和初始宽度；
[0009]根据所述初始宽度确定扫描路径；
[0010]根据所述扫描路径规划扫描轨迹；
[0011]沿所述扫描轨迹对所述划痕进行扫描以确定所述划痕的深度及最终宽度
[0012]与现有技术相比，本发明的密封面缺陷三维检测方法先获取密封面上所有带划痕的图片，从而基本上杜绝了细微划痕的漏检情况；之后根据该图片获取划痕长度及初始宽度，再根据初始宽度确定扫描路径，继而根据扫描路径规划扫描轨迹，最后沿扫描轨迹对划痕进行扫描以确定划痕的深度及最终宽度，从而实现了对密封面缺陷的三维检测，同时提高了测量精度，且实现了对密封面三维缺陷的尺寸量化检测。
[0013]通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明密封面三维缺陷检测方法的主流程图。
[0015]图2为对压力容器密封面三维缺陷检测的硬件结构框图。
[0016]图3为对压力容器密封面三维缺陷检测的方法流程图。
[0017]图4为图3所述步骤S202的子流程图。
[0018]图5为采用标准黑白方格板为工业相机进行标定的示意图。[0019]图6为对图片进行处理前后的效果图。
[0020]图7为图4所述步骤S2025的原理图。
[0021]图8a及图8b为图3所述步骤S203的子流程图。
[0022]图9为步骤S203的原理图。
[0023]图1Oa为粗划痕的检测曲线图。
[0024]图1Ob为细划痕的检测曲线图。
[0025]图11为采用算法I确定扫描路径时的示意图。
[0026]图12为采用算法2确定扫描路径时的示意图。
[0027]图13为将位移量转换成X轴和Y轴电机的脉冲信号的原理图。
【具体实施方式】
[0028]现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0029]请参考图1，本发明密封面三维缺陷检测方法包括以下步骤:
[0030]S101，获取密封面上带划痕的图片；
[0031]S102，根据带划痕的图片获取划痕的长度和初始宽度；
[0032]S103，根据初始宽度确定扫描路径；
[0033]S104，根据扫描路径规划扫描轨迹；
[0034]S105，沿扫描轨迹对划痕进行扫描以确定划痕的深度及最终宽度。
[0035]与现有技术相比，本发明的密封面缺陷三维检测方法先获取密封面上所有带划痕的图片，从而基本上杜绝了细微划痕的漏检情况；之后根据该图片获取划痕长度及初始宽度，再根据初始宽度确定扫描路径，继而根据扫描路径规划扫描轨迹，最后沿扫描轨迹对划痕进行扫描以确定划痕的深度及最终宽度，从而实现了对密封面缺陷的三维检测，同时提高了测量精度，且实现了对密封面三维缺陷的尺寸量化检测。
[0036]请参考图2，将本发明的密封面三维缺陷检测方法用于检测压力容器的密封面三维缺陷时，所需硬件设备具体包括:上位控制机60、就地控制柜61、移载小车62、旋转编码器63、检测设备64、位移传感器65及工业相机66。其中，就地控制柜61与上位控制机60和移载小车62连接，移载小车62与旋转编码器63连接，检测设备64搭载位移传感器65移动，工业相机66搭载于移载小车62以获取密封面的缺陷位置图片，并在就地控制柜61及上位控制机60的配合下确定密封面的缺陷位置；或者工业相机66搭载于检测设备64，并在就地控制柜61及上位控制机60的配合下获取密封面上带划痕的图片。
[0037]再请参考图3，对压力容器密封面进行三维缺陷检测主要包括以下步骤:
[0038]S201，上位控制机就地控制柜及移载小车等设备就位；具体地，采用线缆将上位控制机、就地控制柜及移载小车三者连接，确定通过初试定位块所确定的移载小车运行的起点位置；
[0039]S202，确定压力容器密封面的缺陷位置，以实现缺陷识别定位；
[0040]S203，检测设备根据缺陷位置进行就位准备，并搭载位移传感器或工业相机实现对密封面缺陷的三维缺陷检测。
[0041]具体地，如图4所示，步骤S202包括:
[0042]S2021,采用标准黑白方格板为工业相机进行标定,如图5所示；[0043]S2022，启动搭载有工业相机的移载小车及旋转编码器，旋转编码器开始脉冲计数；
[0044]S2023，根据旋转编码器所记录的脉冲数的增量触发工业相机拍摄密封面图片；即，当旋转编码器所记录的脉冲数每增加一定数量时，则触发工业相机开始拍照；
[0045]S2024，对密封面图片进行二值化、发胀、关联及边缘处理，处理前后的图片如图6所示；
[0046]S2025，判断经处理后的密封面图片是否存在缺陷；具体为，调用模板图片与经处理后的密封面图片进行匹配，判断偏差是否处于预设范围内，若处于，则判断该图片正常，没有缺陷，反之，则判断异常，该图片存在缺陷；
[0047]S2026，工业相机根据判断结果发送控制信号至就地控制柜，并将带缺陷的密封面图片发送至上位控制机；具体为，如图7所示，发现异常后，工业相机通过I/O端口向就地控制柜的PLC发送控制信号，同时通过Poe端口将带缺陷的密封面图片发送至上位控制机；
[0048]S2027,就地控制柜根据控制信号记录旋转编码器的当前脉冲数，并将当前脉冲数发送至上位控制机；
[0049]S2028，上位控制机将当前脉冲数转换为密封面的缺陷位置；
[0050]S2029，将带缺陷的密封面图片与密封面的缺陷位置一一对应保存至指定位置。
[0051]下面，请参考图8a及图8b以详细介绍步骤S203。需要说明的是，检测设备为高精度检测设备，包括X、Y轴伺服电机，位移传感器为白光共焦位移传感器，且其具有一接收头。步骤S203中所需硬件之间的连接如图9所示。
[0052]具体地，请结合图8a、8b及9，步骤S203包括:
[0053]S2031，采用标准黑白方格板为工业相机进行标定，如图5所示；
[0054]S2032，搭载有工业相机的检测设备根据缺陷位置进行就位准备；
[0055]S2033，工业相机根据密封面的工作尺寸进行分幅拍照；具体为，将密封面工作尺寸分成若干小区域，工业相机对其进行分幅拍照；
[0056]S2034，对所拍摄的图片进行二值化、发胀、关联及边缘处理，处理前后的图片如图6所示；
[0057]S2035，判断经处理后的图片是否存在划痕，以获取密封面上带划痕的图片，具体判断标准如S2025所述，在此不再赘述；
[0058]S2036，工业相机根据判断结果发送控制信号至就地控制柜，并将带划痕的图片发送至上位控制机，具体操作流程如步骤S2026所述，在此不再赘述；
[0059]S2037，就地控制柜根据控制信号记录检测设备X轴和Y轴的位置信息，并将该位置信息发送至上位控制机；
[0060]S2038，上位控制机将X轴和Y轴的位置信息与带划痕的图片一一对应保存至指定位置；
[0061]S2039，通过图像后处理软件，调用带缺陷的图片进行长度及初始宽度测量，以获取划痕的长度及初始宽度；需要说明的是，该初始宽度为工业相机所拍摄的划痕宽度，因划痕粗细等因素，该宽度可能无法准确地反应密封面上划痕的宽度，故在此将其记为初始宽度；
[0062]S2040，上位控制机将划痕的长度和初始宽度与带划痕的图片一一对应保存，以供后续判别使用；
[0063]S2041，调整位移传感器的接收头与密封面的距离，以使得接收头处于测量量程的中间位置；
[0064]S2042，调用带划痕的图片并在该图片的划痕上点选需测量的特征点；具体为，操作人员根据带划痕的图片，随机选择划痕上灰度值较大、宽度较小的几个点作为特征点；
[0065]S2043，根据初始宽度确定扫描路径；
[0066]S2044，上位控制机根据扫描路径规划扫描轨迹；
[0067]S2045，检测设备搭载位移传感器沿扫描轨迹对划痕进行扫描，以确定划痕的深度及最终宽度；
[0068]S2046，上位控制机实时地将检测设备的X、Y轴的位置信息和位移传感器所获取的深度信息一一对应保存；需要说明的是，当划痕上存在凹坑时，位移传感器获取信息为深度，当划痕上存在突起时，位移传感器所获取的则为高度；
[0069]S2047，根据位移传感器所获取的深度信息实时地绘制划痕曲线图，如图1Oa及IOb所示，其中，图中横坐标为位移传感器的位移量，纵坐标为所获取的划痕的高度或深度。如图1Oa及IOb所示的曲线图能准确提供划痕最深点处的深度和宽度信息，以便于操作人员分析缺陷情况，为实施下一步工作提供数据支持。
[0070]具体地,步骤S2043为:当缺陷大小> 0.1mm,采用算法1 ;当缺陷大小≤0.1mm时，
米用算法2。
[0071]下面请参考图11，以详细说明算法I。当划痕宽度> 0.1mm时，如图11所示，采用算法1，点b和点c存在多选性，难以筛选出合适的辅助点b和C。故提出基于宽度比较算法来获取最深点a处法线轨迹，如图所示。
[0072]具体算法步骤如下:
[0073](1)以灰度最大点a(xa，ya)为中心，以间隔一定角度对划痕进行虚拟扫描，以获取多张虚拟扫描图片；
[0074](2)采用直线拓扑、二值化和图像边缘处理等算法对多张虚拟图片进行处理，选取得出虚拟扫描路径上灰度跃变的第一个a’ OC，ya’ )和最后一点a”(xa”，Ya”)以确定线段a’ a”的长度；
[0075](3)采用冒泡排序法筛选长度最小的线a’a”，扫描路径ala2为线a’a”的中垂线。
[0076]则两个端点连成的直线为:
[0077]
【权利要求】
1.一种密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，包括: 获取密封面上带划痕的图片； 根据带划痕的图片获取所述划痕的长度和初始宽度； 根据所述初始宽度确定扫描路径； 根据所述扫描路径规划扫描轨迹； 沿所述扫描轨迹对所述划痕进行扫描以确定所述划痕的深度及最终宽度。
2.如权利要求1所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，获取密封面上带划痕的图片之前还包括: 确定所述密封面的缺陷位置，以根据所述缺陷位置获取密封面上带划痕的图片。
3.如权利要求2所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，确定密封面的缺陷位置具体包括: 采用标准黑白方格板为工业相机进行标定； 启动搭载有工业相机的移载小车及旋转编码器； 根据所述旋转编码器所记录的脉冲数的增量触发工业相机拍摄密封面图片； 对所述密封面图片进行二值化、发胀、关联及边缘处理； 判断经处理后的所述密 封面图片是否存在缺陷； 所述工业相机根据判断结果发送控制信号至就地控制柜，并将带缺陷的所述密封面图片发送至上位控制机； 所述就地控制柜根据所述控制信号记录所述旋转编码器的当前脉冲数，并将所述当前脉冲数发送至所述上位控制机； 所述上位控制机将所述当前脉冲数转换为所述密封面的缺陷位置。
4.如权利要求3所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，所述上位控制机将所述当前脉冲数转换为所述密封面的缺陷位置之后还包括: 将带缺陷的所述密封面图片与所述密封面的缺陷位置一一对应保存。
5.如权利要求4所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，判断经处理后的所述密封面图片是否存在缺陷具体包括: 调用模板图片与经处理后的所述密封面图片进行匹配； 判断偏差是否处于预设范围。
6.如权利要求2所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，根据所述缺陷位置获取带划痕的图片具体包括: 采用标准黑白方格板为工业相机进行标定； 搭载有工业相机的检测设备根据所述缺陷位置进行就位准备； 所述工业相机根据所述密封面的工作尺寸进行分幅拍照； 对所拍摄的图片进行二值化、发胀、关联及边缘处理； 判断经处理后的图片是否存在划痕； 所述工业相机根据判断结果发送控制信号至就地控制柜，并将带划痕的图片发送至上位控制机； 所述就地控制柜根据所述控制信号记录所述检测设备X轴和Y轴的位置信息，并将该位置信息发送至上位控制机；所述上位控制机将X轴和Y轴的位置信息与带划痕的图片一一对应保存。
7.如权利要求6所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，根据带划痕的图片获取所述划痕的长度和初始宽度之后还包括: 所述上位控制机将所述划痕的长度和初始宽度与带划痕的图片一一对应保存。
8.如权利要求7所述的密封面三维检测方法，其特征在于，所述上位控制机将所述划痕的长度和初始宽度与带划痕的图片一一对应保存之后还包括: 调整位移传感器的接收头与所述密封面的距离以使得所述接收头处于测量量程的中间位置； 调用带划痕的图片并在该图片的划痕上点选需测量的特征点。
9.如权利要求8所述的密封面三维检测方法，其特征在于，根据所述初始宽度确定扫描路径具体包括: 判断所述划痕的初始宽度是否大于0.1毫米； 若是则选择算法I确定所述扫描路径，反之，则选择算法2确定所述扫描路径。
10.如权利要求9所述的密封面三维检测方法，其特征在于，算法I具体包括: 提取带划痕的图片中的划痕上的灰度最大点a(xa，ya)； 以灰度最大点a(xa，ya)为中心，间隔一预设角度对所述划痕进行虚拟扫描，以获取多张虚拟扫描图片； 采用直线拓扑、二值化和图像边缘处理算法对多张虚拟扫描图片进行处理； 在每张所述虚拟扫描图片上选取虚拟扫描路径上灰度跃变的第一个a’(xa’，ya’)和最后一点a”(xa”，ya”)以确定线a’ a”的长度； 采用冒泡排序法筛选长度最小的线a’ a” ； 根据公式(4)及(5)确定扫描路径两端点al、a2的坐标值，以确定扫描路径ala2，
11.如权利要求9所述的密封面三维检测方法，其特征在于，算法2具体包括: 提取带划痕的图片中的划痕上的灰度最大点a(xa，ya)； 采用环形拓扑、二值化和轮廓边缘处理算法在a点附近获取所述划痕的两个端点b (xb，Yb)和 C (X。，Jc)； 根据公式(I)、(2)及(3)确定扫描路径两端点al、a2的坐标值，以确定扫描路径ala2，
12.如权利要求1所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，根据所述扫描路径规划扫描轨迹具体包括: 以光斑大小作为一个基步d，取规划点之间的步长为s = 5d ; 计算每个所述规划点的坐标(Xi，Yi)； 根据沿所述扫描路径的移动速度Vm得出扫描两相邻的所述规划点所需时间t ； 根据所述移动速度Vm和时间t得出X、Y轴的速度(Vx，Vy)； 将每个所述规划点的坐标(Xi，Yi)与速度(Vx，Vy)作为一个数据结构依次保存至压力容器中以完成所述扫描轨迹的离线规划。
13.如权利要求12所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，沿所述扫描轨迹对所述划痕进行扫描具体包括: 依次从所述压力容器中提取各个所述规划点的坐标(Xi，Yi)与速度(Vx，Vy)； 检测设备搭载位移传感器根据各个所述规划点的坐标(Xi，Yi)与速度(Vx，Vy)沿所述扫描轨迹移动，以确定所述划痕的深度及最终宽度。
14.如权利要求8至11或13任一项所述的密封面缺陷三维检测方法，其特征在于，沿所述扫描轨迹对所述划痕进行扫描以确定所述划痕的深度及最终宽度之后还包括； 所述上位控制机实时地将所述检测设备的X、Y轴的位置信息和所述位移传感器所获取的深度信息一一对应保存； 根据所述位移传感器所获取的深度信息实时地绘制划痕曲线图。
【文档编号】G01B11/02GK103868929SQ201410106796
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】陈嘉杰, 张涛, 蒋良中, 刘青松, 余冰, 钱建华, 李腾龙, 孙绮林, 李晓, 袁任重 申请人:中科华核电技术研究院有限公司, 中国广核集团有限公司