密封面缺陷三維檢測方法
2023-05-21 15:10:41 1
密封面缺陷三維檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種密封面缺陷三維檢測方法，包括：獲取密封面上帶劃痕的圖片；根據帶劃痕的圖片獲取劃痕的長度和初始寬度；根據初始寬度確定掃描路徑；根據掃描路徑規劃掃描軌跡；沿掃描軌跡對劃痕進行掃描以確定劃痕的深度及最終寬度。與現有技術相比，本發明的密封面缺陷三維檢測方法先獲取密封面上所有帶劃痕的圖片，從而基本上杜絕了細微劃痕的漏檢情況；之後根據該圖片獲取劃痕長度及初始寬度，再根據初始寬度確定掃描路徑，繼而根據掃描路徑規劃掃描軌跡，最後沿掃描軌跡對劃痕進行掃描以確定劃痕的深度及最終寬度，從而實現了對密封面缺陷的三維檢測，同時提高了測量精度，且實現了對密封面三維缺陷的尺寸量化檢測。
【專利說明】密封面缺陷三維檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及缺陷檢測【技術領域】，更具體地涉及一種密封面缺陷三維檢測方法。
【背景技術】
[0002]當前，在對密封面進行三維缺陷檢測時，主要採用目測法和在線視頻觀測法兩種方法。但，該兩種方法存在以下缺陷:(I)目測法的檢測結果易受操作人員主觀判斷影響，從而影響測量精度；(2)在線視頻觀測法則容易漏檢細微劃痕；(3)以上兩種檢測方法只能實現密封面缺陷的定性判斷，無法將缺陷尺寸量化。
[0003]此外，現代核電站中大量設備在維護中需要打磨和拋光，尤其是高密封要求設備(如壓力容器)，打磨拋光後還需進行缺陷檢測，以確保密封面良好的密封性。若採用上述檢測方法對壓力容器的密封面進行缺陷三維檢測，嚴重地增加了操作人員受輻射的劑量。
[0004]因此，急需一種改進的密封面缺陷三維檢測方法來克服上述缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種密封面缺陷三維檢測方法，以提高測量精度，基本上杜絕細微劃痕的漏檢情況，且能實現對密封面三維缺陷的尺寸量化檢測。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種密封面缺陷三維檢測方法，包括:
[0007]獲取密封面上帶劃痕的圖片；
[0008]根據帶劃痕的圖片獲取所述劃痕的長度和初始寬度；
[0009]根據所述初始寬度確定掃描路徑；
[0010]根據所述掃描路徑規劃掃描軌跡；
[0011]沿所述掃描軌跡對所述劃痕進行掃描以確定所述劃痕的深度及最終寬度
[0012]與現有技術相比，本發明的密封面缺陷三維檢測方法先獲取密封面上所有帶劃痕的圖片，從而基本上杜絕了細微劃痕的漏檢情況；之後根據該圖片獲取劃痕長度及初始寬度，再根據初始寬度確定掃描路徑，繼而根據掃描路徑規劃掃描軌跡，最後沿掃描軌跡對劃痕進行掃描以確定劃痕的深度及最終寬度，從而實現了對密封面缺陷的三維檢測，同時提高了測量精度，且實現了對密封面三維缺陷的尺寸量化檢測。
[0013]通過以下的描述並結合附圖，本發明將變得更加清晰，這些附圖用於解釋本發明的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明密封面三維缺陷檢測方法的主流程圖。
[0015]圖2為對壓力容器密封面三維缺陷檢測的硬體結構框圖。
[0016]圖3為對壓力容器密封面三維缺陷檢測的方法流程圖。
[0017]圖4為圖3所述步驟S202的子流程圖。
[0018]圖5為採用標準黑白方格板為工業相機進行標定的示意圖。[0019]圖6為對圖片進行處理前後的效果圖。
[0020]圖7為圖4所述步驟S2025的原理圖。
[0021]圖8a及圖8b為圖3所述步驟S203的子流程圖。
[0022]圖9為步驟S203的原理圖。
[0023]圖1Oa為粗劃痕的檢測曲線圖。
[0024]圖1Ob為細劃痕的檢測曲線圖。
[0025]圖11為採用算法I確定掃描路徑時的示意圖。
[0026]圖12為採用算法2確定掃描路徑時的示意圖。
[0027]圖13為將位移量轉換成X軸和Y軸電機的脈衝信號的原理圖。
【具體實施方式】
[0028]現在參考附圖描述本發明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。
[0029]請參考圖1，本發明密封面三維缺陷檢測方法包括以下步驟:
[0030]S101，獲取密封面上帶劃痕的圖片；
[0031]S102，根據帶劃痕的圖片獲取劃痕的長度和初始寬度；
[0032]S103，根據初始寬度確定掃描路徑；
[0033]S104，根據掃描路徑規劃掃描軌跡；
[0034]S105，沿掃描軌跡對劃痕進行掃描以確定劃痕的深度及最終寬度。
[0035]與現有技術相比，本發明的密封面缺陷三維檢測方法先獲取密封面上所有帶劃痕的圖片，從而基本上杜絕了細微劃痕的漏檢情況；之後根據該圖片獲取劃痕長度及初始寬度，再根據初始寬度確定掃描路徑，繼而根據掃描路徑規劃掃描軌跡，最後沿掃描軌跡對劃痕進行掃描以確定劃痕的深度及最終寬度，從而實現了對密封面缺陷的三維檢測，同時提高了測量精度，且實現了對密封面三維缺陷的尺寸量化檢測。
[0036]請參考圖2，將本發明的密封面三維缺陷檢測方法用於檢測壓力容器的密封面三維缺陷時，所需硬體設備具體包括:上位控制機60、就地控制櫃61、移載小車62、旋轉編碼器63、檢測設備64、位移傳感器65及工業相機66。其中，就地控制櫃61與上位控制機60和移載小車62連接，移載小車62與旋轉編碼器63連接，檢測設備64搭載位移傳感器65移動，工業相機66搭載於移載小車62以獲取密封面的缺陷位置圖片，並在就地控制櫃61及上位控制機60的配合下確定密封面的缺陷位置；或者工業相機66搭載於檢測設備64，並在就地控制櫃61及上位控制機60的配合下獲取密封面上帶劃痕的圖片。
[0037]再請參考圖3，對壓力容器密封面進行三維缺陷檢測主要包括以下步驟:
[0038]S201，上位控制機就地控制櫃及移載小車等設備就位；具體地，採用線纜將上位控制機、就地控制櫃及移載小車三者連接，確定通過初試定位塊所確定的移載小車運行的起點位置；
[0039]S202，確定壓力容器密封面的缺陷位置，以實現缺陷識別定位；
[0040]S203，檢測設備根據缺陷位置進行就位準備，並搭載位移傳感器或工業相機實現對密封面缺陷的三維缺陷檢測。
[0041]具體地，如圖4所示，步驟S202包括:
[0042]S2021,採用標準黑白方格板為工業相機進行標定,如圖5所示；[0043]S2022，啟動搭載有工業相機的移載小車及旋轉編碼器，旋轉編碼器開始脈衝計數；
[0044]S2023，根據旋轉編碼器所記錄的脈衝數的增量觸發工業相機拍攝密封面圖片；即，當旋轉編碼器所記錄的脈衝數每增加一定數量時，則觸發工業相機開始拍照；
[0045]S2024，對密封面圖片進行二值化、發脹、關聯及邊緣處理，處理前後的圖片如圖6所示；
[0046]S2025，判斷經處理後的密封面圖片是否存在缺陷；具體為，調用模板圖片與經處理後的密封面圖片進行匹配，判斷偏差是否處於預設範圍內，若處於，則判斷該圖片正常，沒有缺陷，反之，則判斷異常，該圖片存在缺陷；
[0047]S2026，工業相機根據判斷結果發送控制信號至就地控制櫃，並將帶缺陷的密封面圖片發送至上位控制機；具體為，如圖7所示，發現異常後，工業相機通過I/O埠向就地控制櫃的PLC發送控制信號，同時通過Poe埠將帶缺陷的密封面圖片發送至上位控制機；
[0048]S2027,就地控制櫃根據控制信號記錄旋轉編碼器的當前脈衝數，並將當前脈衝數發送至上位控制機；
[0049]S2028，上位控制機將當前脈衝數轉換為密封面的缺陷位置；
[0050]S2029，將帶缺陷的密封面圖片與密封面的缺陷位置一一對應保存至指定位置。
[0051]下面，請參考圖8a及圖8b以詳細介紹步驟S203。需要說明的是，檢測設備為高精度檢測設備，包括X、Y軸伺服電機，位移傳感器為白光共焦位移傳感器，且其具有一接收頭。步驟S203中所需硬體之間的連接如圖9所示。
[0052]具體地，請結合圖8a、8b及9，步驟S203包括:
[0053]S2031，採用標準黑白方格板為工業相機進行標定，如圖5所示；
[0054]S2032，搭載有工業相機的檢測設備根據缺陷位置進行就位準備；
[0055]S2033，工業相機根據密封面的工作尺寸進行分幅拍照；具體為，將密封面工作尺寸分成若干小區域，工業相機對其進行分幅拍照；
[0056]S2034，對所拍攝的圖片進行二值化、發脹、關聯及邊緣處理，處理前後的圖片如圖6所示；
[0057]S2035，判斷經處理後的圖片是否存在劃痕，以獲取密封面上帶劃痕的圖片，具體判斷標準如S2025所述，在此不再贅述；
[0058]S2036，工業相機根據判斷結果發送控制信號至就地控制櫃，並將帶劃痕的圖片發送至上位控制機，具體操作流程如步驟S2026所述，在此不再贅述；
[0059]S2037，就地控制櫃根據控制信號記錄檢測設備X軸和Y軸的位置信息，並將該位置信息發送至上位控制機；
[0060]S2038，上位控制機將X軸和Y軸的位置信息與帶劃痕的圖片一一對應保存至指定位置；
[0061]S2039，通過圖像後處理軟體，調用帶缺陷的圖片進行長度及初始寬度測量，以獲取劃痕的長度及初始寬度；需要說明的是，該初始寬度為工業相機所拍攝的劃痕寬度，因劃痕粗細等因素，該寬度可能無法準確地反應密封面上劃痕的寬度，故在此將其記為初始寬度；
[0062]S2040，上位控制機將劃痕的長度和初始寬度與帶劃痕的圖片一一對應保存，以供後續判別使用；
[0063]S2041，調整位移傳感器的接收頭與密封面的距離，以使得接收頭處於測量量程的中間位置；
[0064]S2042，調用帶劃痕的圖片並在該圖片的劃痕上點選需測量的特徵點；具體為，操作人員根據帶劃痕的圖片，隨機選擇劃痕上灰度值較大、寬度較小的幾個點作為特徵點；
[0065]S2043，根據初始寬度確定掃描路徑；
[0066]S2044，上位控制機根據掃描路徑規劃掃描軌跡；
[0067]S2045，檢測設備搭載位移傳感器沿掃描軌跡對劃痕進行掃描，以確定劃痕的深度及最終寬度；
[0068]S2046，上位控制機實時地將檢測設備的X、Y軸的位置信息和位移傳感器所獲取的深度信息一一對應保存；需要說明的是，當劃痕上存在凹坑時，位移傳感器獲取信息為深度，當劃痕上存在突起時，位移傳感器所獲取的則為高度；
[0069]S2047，根據位移傳感器所獲取的深度信息實時地繪製劃痕曲線圖，如圖1Oa及IOb所示，其中，圖中橫坐標為位移傳感器的位移量，縱坐標為所獲取的劃痕的高度或深度。如圖1Oa及IOb所示的曲線圖能準確提供劃痕最深點處的深度和寬度信息，以便於操作人員分析缺陷情況，為實施下一步工作提供數據支持。
[0070]具體地,步驟S2043為:當缺陷大小> 0.1mm,採用算法1 ;當缺陷大小≤0.1mm時，
米用算法2。
[0071]下面請參考圖11，以詳細說明算法I。當劃痕寬度> 0.1mm時，如圖11所示，採用算法1，點b和點c存在多選性，難以篩選出合適的輔助點b和C。故提出基於寬度比較算法來獲取最深點a處法線軌跡，如圖所示。
[0072]具體算法步驟如下:
[0073](1)以灰度最大點a(xa，ya)為中心，以間隔一定角度對劃痕進行虛擬掃描，以獲取多張虛擬掃描圖片；
[0074](2)採用直線拓撲、二值化和圖像邊緣處理等算法對多張虛擬圖片進行處理，選取得出虛擬掃描路徑上灰度躍變的第一個a』 OC，ya』 )和最後一點a」(xa」，Ya」)以確定線段a』 a」的長度；
[0075](3)採用冒泡排序法篩選長度最小的線a』a」，掃描路徑ala2為線a』a」的中垂線。
[0076]則兩個端點連成的直線為:
[0077]
【權利要求】
1.一種密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，包括: 獲取密封面上帶劃痕的圖片； 根據帶劃痕的圖片獲取所述劃痕的長度和初始寬度； 根據所述初始寬度確定掃描路徑； 根據所述掃描路徑規劃掃描軌跡； 沿所述掃描軌跡對所述劃痕進行掃描以確定所述劃痕的深度及最終寬度。
2.如權利要求1所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，獲取密封面上帶劃痕的圖片之前還包括: 確定所述密封面的缺陷位置，以根據所述缺陷位置獲取密封面上帶劃痕的圖片。
3.如權利要求2所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，確定密封面的缺陷位置具體包括: 採用標準黑白方格板為工業相機進行標定； 啟動搭載有工業相機的移載小車及旋轉編碼器； 根據所述旋轉編碼器所記錄的脈衝數的增量觸發工業相機拍攝密封面圖片； 對所述密封面圖片進行二值化、發脹、關聯及邊緣處理； 判斷經處理後的所述密 封面圖片是否存在缺陷； 所述工業相機根據判斷結果發送控制信號至就地控制櫃，並將帶缺陷的所述密封面圖片發送至上位控制機； 所述就地控制櫃根據所述控制信號記錄所述旋轉編碼器的當前脈衝數，並將所述當前脈衝數發送至所述上位控制機； 所述上位控制機將所述當前脈衝數轉換為所述密封面的缺陷位置。
4.如權利要求3所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，所述上位控制機將所述當前脈衝數轉換為所述密封面的缺陷位置之後還包括: 將帶缺陷的所述密封面圖片與所述密封面的缺陷位置一一對應保存。
5.如權利要求4所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，判斷經處理後的所述密封面圖片是否存在缺陷具體包括: 調用模板圖片與經處理後的所述密封面圖片進行匹配； 判斷偏差是否處於預設範圍。
6.如權利要求2所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，根據所述缺陷位置獲取帶劃痕的圖片具體包括: 採用標準黑白方格板為工業相機進行標定； 搭載有工業相機的檢測設備根據所述缺陷位置進行就位準備； 所述工業相機根據所述密封面的工作尺寸進行分幅拍照； 對所拍攝的圖片進行二值化、發脹、關聯及邊緣處理； 判斷經處理後的圖片是否存在劃痕； 所述工業相機根據判斷結果發送控制信號至就地控制櫃，並將帶劃痕的圖片發送至上位控制機； 所述就地控制櫃根據所述控制信號記錄所述檢測設備X軸和Y軸的位置信息，並將該位置信息發送至上位控制機；所述上位控制機將X軸和Y軸的位置信息與帶劃痕的圖片一一對應保存。
7.如權利要求6所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，根據帶劃痕的圖片獲取所述劃痕的長度和初始寬度之後還包括: 所述上位控制機將所述劃痕的長度和初始寬度與帶劃痕的圖片一一對應保存。
8.如權利要求7所述的密封面三維檢測方法，其特徵在於，所述上位控制機將所述劃痕的長度和初始寬度與帶劃痕的圖片一一對應保存之後還包括: 調整位移傳感器的接收頭與所述密封面的距離以使得所述接收頭處於測量量程的中間位置； 調用帶劃痕的圖片並在該圖片的劃痕上點選需測量的特徵點。
9.如權利要求8所述的密封面三維檢測方法，其特徵在於，根據所述初始寬度確定掃描路徑具體包括: 判斷所述劃痕的初始寬度是否大於0.1毫米； 若是則選擇算法I確定所述掃描路徑，反之，則選擇算法2確定所述掃描路徑。
10.如權利要求9所述的密封面三維檢測方法，其特徵在於，算法I具體包括: 提取帶劃痕的圖片中的劃痕上的灰度最大點a(xa，ya)； 以灰度最大點a(xa，ya)為中心，間隔一預設角度對所述劃痕進行虛擬掃描，以獲取多張虛擬掃描圖片； 採用直線拓撲、二值化和圖像邊緣處理算法對多張虛擬掃描圖片進行處理； 在每張所述虛擬掃描圖片上選取虛擬掃描路徑上灰度躍變的第一個a』(xa』，ya』)和最後一點a」(xa」，ya」)以確定線a』 a」的長度； 採用冒泡排序法篩選長度最小的線a』 a」 ； 根據公式(4)及(5)確定掃描路徑兩端點al、a2的坐標值，以確定掃描路徑ala2，
11.如權利要求9所述的密封面三維檢測方法，其特徵在於，算法2具體包括: 提取帶劃痕的圖片中的劃痕上的灰度最大點a(xa，ya)； 採用環形拓撲、二值化和輪廓邊緣處理算法在a點附近獲取所述劃痕的兩個端點b (xb，Yb)和 C (X。，Jc)； 根據公式(I)、(2)及(3)確定掃描路徑兩端點al、a2的坐標值，以確定掃描路徑ala2，
12.如權利要求1所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，根據所述掃描路徑規劃掃描軌跡具體包括: 以光斑大小作為一個基步d，取規劃點之間的步長為s = 5d ; 計算每個所述規劃點的坐標(Xi，Yi)； 根據沿所述掃描路徑的移動速度Vm得出掃描兩相鄰的所述規劃點所需時間t ； 根據所述移動速度Vm和時間t得出X、Y軸的速度(Vx，Vy)； 將每個所述規劃點的坐標(Xi，Yi)與速度(Vx，Vy)作為一個數據結構依次保存至壓力容器中以完成所述掃描軌跡的離線規劃。
13.如權利要求12所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，沿所述掃描軌跡對所述劃痕進行掃描具體包括: 依次從所述壓力容器中提取各個所述規劃點的坐標(Xi，Yi)與速度(Vx，Vy)； 檢測設備搭載位移傳感器根據各個所述規劃點的坐標(Xi，Yi)與速度(Vx，Vy)沿所述掃描軌跡移動，以確定所述劃痕的深度及最終寬度。
14.如權利要求8至11或13任一項所述的密封面缺陷三維檢測方法，其特徵在於，沿所述掃描軌跡對所述劃痕進行掃描以確定所述劃痕的深度及最終寬度之後還包括； 所述上位控制機實時地將所述檢測設備的X、Y軸的位置信息和所述位移傳感器所獲取的深度信息一一對應保存； 根據所述位移傳感器所獲取的深度信息實時地繪製劃痕曲線圖。
【文檔編號】G01B11/02GK103868929SQ201410106796
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】陳嘉傑, 張濤, 蔣良中, 劉青松, 餘冰, 錢建華, 李騰龍, 孫綺林, 李曉, 袁任重 申請人:中科華核電技術研究院有限公司, 中國廣核集團有限公司