[發明專利]一種小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法、檢測裝置、應用

有效

• 申請號: 202111348411.6
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114113145B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 袁帥鵬;張效棟;閆寧;朱琳琳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/954
• 分類號: G01N21/954;G01N21/01
• 代理公司: 天津盈佳知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12224
• 代理人: 孫寶蕓

1.一種基于機器視覺的小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法，其特征在于，所述基于機器視覺的小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法包括：

通過待測內壁的尺寸的大小進行視覺環境的搭建，將條紋光源放置于待測內壁底部，CCD相機從另一端獲取條紋光源在內壁中的內壁成像，當內壁存在缺陷時，對應位置缺陷圖像發生偏折；

通過設計條紋形狀、機械結構以及CCD相機圖像處理方法，對發生偏折的缺陷圖像基于光線追跡方法實現小口徑內壁微米級缺陷在線檢測；

所述基于光線追跡方法實現小口徑內壁微米級缺陷在線檢測包括：

若內壁存在缺陷，光線經過待測內壁反射后在內壁徑向和切向都產生偏移，首先分析在徑向產生的偏移，通過逆向光線追跡的方式進行計算，光線從CCD相機發出，經過透鏡光心后入射到內壁上P點，經過內壁反射后映射到屏幕上Q點，OP與光軸夾角為θ，PQ與光軸夾角為α，若內壁傾斜量為γ，則根據反射定律得到

α＝θ+2γ (1)

當內壁存在缺陷時，內壁產生局部傾斜，滿足公式

化解后得到缺陷深度與缺陷半徑的映射關系

由于缺陷相對于待測表面來說所占面積小，不經過缺陷中心的切面所對應的直徑R₀通過

計算，且滿足

其中Z₀為缺陷附近任意一點在z方向與缺陷中心的距離；聯立(1)(2)(4)(5)(6)得在屏幕徑向映射點和光軸的距離：

無缺陷情況下該距離為

由缺陷引入的徑向偏差為

由于γ等于0，表示為：

代入

得

2.根據權利要求1所述的基于機器視覺的小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法，其特征在于，待測內壁的尺寸的大小進行視覺環境的搭建中，根據檢測方式的原理，對硬件環境進行搭建，CCD相機、條紋光源的中心、筒狀類待測內壁的軸線均位于同一條直線上。

3.根據權利要求1所述的基于機器視覺的小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法，其特征在于，所述機械結構的設計中，設備通過鏈輪帶動橡膠輪實現自轉與前進，求取到的待測內壁圓心坐標中的行坐標值接近一個定值，通過判定內外圓的圓心坐標中的列坐標值是否重合或者接近，判定哪張圖達到檢測要求；待測內壁從進入CCD相機視野并到離開，內外圓的圓心坐標也隨著待測內壁在視野中位置的變化而發生變化，通過對內外圓中列坐標值進行直線擬合，選擇與交點最接近的一張圖像作為檢測圖。

4.根據權利要求3所述的基于機器視覺的小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法，其特征在于，根據檢測圖，在原圖上進行裁剪，當待測內壁存在缺陷時，條紋根據缺陷的大小出現變窄或者斷裂；對變窄或者斷裂的圖像提取黑色條紋輪廓信息，首先用高斯濾波器對輸入圖像進行卷積濾波，并進行圖像灰度的縮放預處理操作；再通過Canny邊緣檢測算法提取圖像的邊緣信息；通過遍歷提取到條紋輪廓信息，對變窄或者斷裂的圖像進行分析統計，依次得到同一條紋對應的兩條輪廓線；通過統計輪廓線的個數，當輪廓線的個數與規定的條紋個數不相等時，內壁存在的缺陷導致線條出現斷裂，判定此待測內壁存在缺陷。

5.根據權利要求1所述的基于機器視覺的小口徑內壁微米級別缺陷檢測方法，其特征在于，所述基于光線追跡方法實現小口徑內壁微米級缺陷在線檢測進一步包括：

缺陷引入光線還在切向產生偏移，γ₂為缺陷引起的內壁切向角度變化量，無缺陷情況下滿足γ₂＝0，有缺陷存在時，切向偏移量近似表示為

diff₂＝2d₁γ₂ (13)

由于缺陷口徑遠小于缺陷半徑以及內壁半徑，因此

其中

其中d₁＝(h-h₀)tan(α) (16)

聯立(13)(14)(15)得

由于α約等于θ，且y₀約等于0，因此上式還表示為