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原文传递一种小口径内壁微米级别缺陷检测方法、检测装置、应用

专利名称：	一种小口径内壁微米级别缺陷检测方法、检测装置、应用
摘要：	本发明属于筒状类待测内壁表面缺陷检测技术，公开了一种小口径内壁微米级别缺陷检测方法、检测装置、应用。通过待测内壁的尺寸的大小进行视觉环境的搭建，将条纹光源放置于待测内壁底部，CCD相机从另一端获取条纹光源在内壁中的内壁成像，当内壁存在缺陷时，对应位置缺陷图像发生偏折；通过设计条纹形状、机械结构以及CCD相机图像处理方法，对发生偏折的缺陷图像基于光线追迹方法实现小口径内壁微米级缺陷在线检测。本发明可以进行高效率检测，解决现有设备节拍慢的问题，在原先基础上提升了数十倍的检测效率。检测的成本均有降低，本发明解决了企业针对小直径内壁缺陷的高精度在线检测，提高了生产效率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	袁帅鹏;张效栋;闫宁;朱琳琳
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-15T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111348411.6
公开号：	CN114113145A
代理机构：	天津盈佳知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	孙宝芸
分类号：	G01N21/954;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/954;G01N21/01
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，所述基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法包括：通过待测内壁的尺寸的大小进行视觉环境的搭建，将条纹光源放置于待测内壁底部，CCD相机从另一端获取条纹光源在内壁中的内壁成像，当内壁存在缺陷时，对应位置缺陷图像发生偏折；通过设计条纹形状、机械结构以及CCD相机图像处理方法，对发生偏折的缺陷图像基于光线追迹方法实现小口径内壁微米级缺陷在线检测。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，待测内壁的尺寸的大小进行视觉环境的搭建中，根据检测方式的原理，对硬件环境进行搭建，CCD相机、条纹光源的中心、筒状类待测内壁的轴线均位于同一条直线上。 3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，所述机械结构的设计中，设备通过链轮带动橡胶轮实现自转与前进，求取到的待测内壁圆心坐标中的行坐标值接近一个定值，通过判定内外圆的圆心坐标中的列坐标值是否重合或者接近，判定哪张图达到检测要求；待测内壁从进入CCD相机视野并到离开，内外圆的圆心坐标也随着待测内壁在视野中位置的变化而发生变化，通过对内外圆中列坐标值进行直线拟合，选择与交点最接近的一张图像作为检测图。 4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，根据检测图，在原图上进行裁剪，当待测内壁存在缺陷时，条纹根据缺陷的大小出现变窄或者断裂；对变窄或者断裂的图像提取黑色条纹轮廓信息，首先用高斯滤波器对输入图像进行卷积滤波，并进行图像灰度的缩放预处理操作；再通过Canny边缘检测算法提取图像的边缘信息；通过遍历提取到条纹轮廓信息，对变窄或者断裂的图像进行分析统计，依次得到同一条纹对应的两条轮廓线；通过统计轮廓线的个数，当轮廓线的个数与规定的条纹个数不相等时，内壁存在的缺陷导致线条出现断裂，判定此待测内壁存在缺陷。 5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，所述基于光线追迹方法实现小口径内壁微米级缺陷在线检测包括：若内壁存在缺陷，光线经过待测内壁反射后在内壁径向和切向都产生偏移，首先分析在径向产生的偏移，通过逆向光线追迹的方式进行计算，光线从CCD相机发出，经过透镜光心后入射到内壁上P点，经过内壁反射后映射到屏幕上Q点，OP与光轴夹角为θ，PQ与光轴夹角为α，若内壁倾斜量为γ，则根据反射定律得到 α＝θ+2γ (1) 当内壁存在缺陷时，内壁产生局部倾斜，满足公式化解后得到缺陷深度与缺陷半径的映射关系由于缺陷相对于待测表面来说所占面积小，不经过缺陷中心的切面所对应的直径R0通过计算，且满足其中Z0为缺陷附近任意一点在z方向与缺陷中心的距离；联立(1)(2)(4)(5)(6)得在屏幕径向映射点和光轴的距离：无缺陷情况下该距离为由缺陷引入的径向偏差为由于γ等于0，表示为：代入得 6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，所述基于光线追迹方法实现小口径内壁微米级缺陷在线检测进一步包括：缺陷引入光线还在切向产生偏移，γ2为缺陷引起的内壁切向角度变化量，无缺陷情况下满足γ2＝0，有缺陷存在时，切向偏移量近似表示为 diff2＝2d1γ2 (10) 由于缺陷口径远小于缺陷半径以及内壁半径，因此其中其中d1＝(h-h0)tan(α) (13) 联立(10)(11)(12)得由于α约等于θ，且y0约等于0，因此上式还表示为 7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法，其特征在于，所述基于光线追迹方法实现小口径内壁微米级缺陷在线检测进一步包括：缺陷不同位置所引起的CCD相机的屏幕映射点在径向和切向的变化量不同，通过解析这变化量在CCD相机中映射点的变化量，能分辨出最小缺陷，从屏幕到CCD相机径向缩放比为f/h，屏幕在内壁所成的镜像在切向缩放比例为(φ+d1)/(φ-d1)，从屏幕到CCD相机切向缩放比例为[(f(φ+d1)]/[h(φ-d1)]，最终缺陷引起偏移量换算到CCD相机像素坐标中为：通过联立，条纹走向与径向存在一定夹角的情况下，条纹的偏折程度更加明显，具体条纹公式为， <(dx,dy),(x,y)>＝γ0 (18) 其中x，y为条纹上任意点坐标，dx，dy为条纹上任意点与该点无限近点之间在x和y方向的距离。 8.一种实施权利要求1-7任意一项所述基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法的小口径内壁微米级别缺陷检测装置，其特征在于，所述基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测装置包括：条纹光源，由平行面光源和定做的条纹相互构成，二者贴合在一起，用于提供定制化的条纹； CCD相机，用于图像的采集，获取小口径内壁缺陷的图像信息；将所述条纹光源放置于待测内壁底部，CCD相机从另一端获取条纹光源在待测内壁中的内壁成像，当待测内壁存在缺陷时，对应位置缺陷图像发生偏折，通过CCD相机图像处理实现待测内壁缺陷的检测。 9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测装置，其特征在于，所述CCD相机上集成有工业镜头，用于图像的采集；待测内壁在CCD相机进行图像采集时，通过橡胶轮用于保证待测内壁的稳定性。 10.一种如权利要求1-7任意一项所述的基于机器视觉的小口径内壁微米级别缺陷检测方法在机械、汽车、航空航天、军事高端制造领域中筒状类工件缺陷检测上的应用。
所属类别：	发明专利