CN101368974A - 可将缺陷打印在工件上的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可将缺陷打印在工件上的系统及方法。其系统包括：机械转台、工件检测装置、计算机，转台支架上安装打印装置；计算机分析工件检测装置的检测信号，向打印装置输出工件的缺陷图像，并通过控制器控制打印装置将缺陷打印在工件上。其方法包括以下步骤：1)设置适合工件的系统坐标系；2)通过工件检测装置采集工件的图像；3)将得到的图像导入到系统坐标系中；4)在系统坐标系中对图像进行识别，确定工件的缺陷位置；5)将确定的工件缺陷通过打印装置打印在工件表面上对应缺陷的位置。本发明可检测工件的缺陷并将其打印在工件表面对应于缺陷的地方，可以让相关工序的专业人员直观准确快捷地了解缺陷情况。

Description

可将缺陷打印在工件上的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种可将缺陷打印在工件上的系统及方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

常规无损检测方法有射线检测，超声检测，磁粉检测，渗透检验和涡流检测等。其中，射线实时成像检测技术(RTR)和射线层析检测技术(CT)是基于射线检测原理，系统由射线源、探测器、机械转台系统和计算机系统组成。现在常用的检测系统主要采用图像增强器、线阵列或面阵列探测器等不同类型探测器采集经过工件后的射线，并利用计算机来处理图像和数据。

常见的射线实时成像检测系统和射线层析检测系统，能够采集工件的图像数据，并作相应的图像处理或图像可视化操作。有些系统能够利用标尺对系统进行校准，在图像上测量缺陷的尺寸。但是，要在这样的系统中确定缺陷在实际工件上准确的位置，仍需要工作人员用尺子去现场测量。这种测量的精度完全取决于工作人员。而且，缺陷的具体形状等信息很难表达出来。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是在于针对现有技术的不足，提供一种可将缺陷打印在工件上的系统及方法，它可自动检测工件的缺陷，并将缺陷打印在工件表面对应于缺陷的地方。打印的内容是工件缺陷的形状，尺寸，以及相关注释信息，也可以是行业上通用的符号等。这一功能可以让相关工序的专业人员直观准确快捷的了解缺陷情况。

为完成本发明的目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种可将缺陷打印在工件上的系统，包括：机械转台，用于夹持固定被检测工件；工件检测装置，固定于所述转台支架上或与机械转台有确定的位置和运动关系的支架上；

计算机，用于处理所述工件检测装置的检测信号；转台控制器，受控于计算机，用于控制所述转台运动，其特征在于：所述机械转台上安装可将工件缺陷打印在工件表面的打印装置；所述计算机分析所述工件检测装置的检测信号，向所述打印装置输出工件的缺陷图像数据，并通过控制器控制所述打印装置运动。

本发明还提出一种可将缺陷打印在工件上的方法，包括以下步骤：

1)设置适合工件的系统坐标系；

2)通过工件检测装置采集工件的图像；

3)将上一步骤中得到的图像导入到系统坐标系中；

4)在系统坐标系中对图像进行识别，确定工件的缺陷位置；

5)将确定的工件缺陷通过打印装置打印在工件表面上对应缺陷的位置。

本发明通过探测器采集图像信号，对图像进行前期处理后，与实际标尺进行校准，把校准后的图像放入系统坐标系。在系统坐标系中对图像进行提取、分离等操作，再找出缺陷并确定缺陷的位置，最后将缺陷的图像信息发送给打印装置，打印在工件上的指定位置。

与现有的无损检测系统相比较，本发明所阐述的系统和方法具有以下突出效果：

1.能够将图像导入到系统坐标系中进行各种处理。

系统软件可设置适合不同类型工件的坐标系，如柱面坐标系，平面坐标系等，并把工件的相对运动和图像结合起来。

系统坐标系集成了机械转台，射线源，探测器，标准试块和工件的所有位置信息和运动信息。将采集到的图像导入到系统坐标系里，图像的后续操作都是在这个坐标系里进行。在这个坐标系里，图像上任意点的位置都是和实际工件相对应的，任意两点的距离也是实际工件上对应两点间的距离。这样做，大大提高了缺陷测量的精度和缺陷定位的准确性。

2.自动识别图像中的缺陷。

图像经过处理后，系统提取便于识别的图像信息，并在系统软件的坐标界面里对图像进行识别，寻找缺陷区域，计算缺陷的相关检测值，确定缺陷位置。

3.将检测出的缺陷通过工业打印机或打标机打印在工件表面对应缺陷的位置。

这一做法可以让相关的操作人员很直观的了解详细的缺陷信息，准确的缺陷表达也方便相关修改人员对缺陷采取适当的修补措施。

附图说明：

图1是可在工件上打印缺陷的射线检测系统；

图2为系统流程图；

图3为导入校准流程图；

图4为缺陷识别流程图。

具体实施方式：

本发明是在常用的射线、超声等检测技术基础上，通过软件的识别功能发现缺陷，再利用相应功能软件和打印机系统，将检测出的缺陷信息打印在工件上的指定位置。

下面结合附图详细说明。

图1是本发明的可在工件上打印缺陷的系统的典型实例系统框图。在图1中，工件检测装置是由射线源6和探测器7组成的射线检测系统。在本发明的其他实施例中，工件检测装置也可是由超声探头构成的超声检测系统。

该系统包括：机械转台，用于夹持固定被检测工件，并能带动工件实现指定的运动；机械转台由转台1和转台支架2构成，工件4安放在转台上；打印装置3，用于将工件的缺陷打印在工件4上，其安装在转台支架2上，或安装在其它与转台有明确位置关系的支架上；工件检测装置，包括射线源6和探测器7，其安装在转台支架2上，或安装在其它与转台有明确位置关系的支架上；计算机5，用于处理工件检测装置的检测信号；转台驱动器，用于驱动转台1运动，其受控于计算机；计算机向打印装置3输出工件的缺陷图像数据，并通过打印控制器控制打印装置3运动。

系统通过探测器采集图像信号，并经过信号/命令处理器将采集到的信号转换为数字信号，再将该数字信号给软件中图像采集预处理模块进行图像的前期处理，即，将图像以开放的数据格式存储。将经过前期处理的图像与实际标尺进行校准。

系统软件设置适合工件的系统坐标系，并把运动控制的坐标系和图像结合起来。系统坐标系是整个系统的基本坐标系。当工件是圆管时，可以将系统坐标系设置为圆柱坐标系；如果工件是平板，则可以将系统坐标系设置为二维的平面坐标系。工件，射线源，探测器和机械转台的运动(轨迹)都集成在该坐标系中。通过校准后，还可以将工件的图像放在该坐标系中进行处理，让图像的每个像素点都有明确的系统坐标表达。这样做的好处是在该坐标系里测量图像上缺陷大小和相对于工件某点位置时，图像中所显示的尺寸即为工件实际缺陷的尺寸。而且，便于系统寻找缺陷位置或有缺陷的工件，使筛选系统可以在线或离线剔除废品。

把通过校准后的图像放入系统坐标系中，通常的做法是选择图上某一点，如粘贴在工件上的线对卡上的一点或粘在工件表面的十字铅标的交点，然后将该点设定为系统坐标系的原点。原点是一个像素点或nxn个像素点，这取决于对系统的精度要求。有了系统坐标系后，图像的每一个像素点就都有了坐标值，就像AutoCAD中的图形一样。把通过校准后的图像放入系统坐标系中后，接下来的对图像的后续处理就都是在系统坐标系里进行的。这种将图像放在系统坐标系里处理的做法是本发明的一个突出特点。

图像处理功能是一般软件都具备的，只是有些软件的处理功能更全面，图像的分辨率更高些。

对于本发明而言，自动缺陷识别功能是本发明的又一个特点。经过图像处理模块处理的图像先要经系统软件进行相关的图像信息提取和分离等操作，再进行与缺陷判据的比对。图像信息提取、分离等操作是缺陷识别模块的基本步骤，它通过调节图像的灰度来凸显缺陷的轮廓形状，将非缺陷组织或基体的信息分离出去，便于提取缺陷的形状和检测值等信息。这里的检测值指CT值或一些可以用来衡量缺陷与非缺陷组织的相关参数，如灰度梯度、灰度值等，可以通过常用的DR或CT软件得到所关心的检测值。比对是将图像与数据库中的标准图像比较，从而确定缺陷的位置。

系统明确缺陷后，可以执行相关的操作。系统可以对缺陷的不同类型进行数理统计和分析，比如对某一类产品中的细长的裂缝的数量、砂眼的数量等，可以通过软件对所提取的缺陷轮廓进行分析，确定轮廓的类型，并进行数理统计。这是缺陷统计模块的功能。其结果对于改进工艺和对相关工序都很重要。系统还可以将工件的缺陷信息发送给自动筛选系统，让筛选系统将有严重缺陷的工件从检测线上剔除，进入相关废品处理系统。

本发明重点实现的功能是将工件的缺陷图像信息和位置信息发送给软件里“要打印的缺陷/区域”功能模块，由该模块将缺陷的图像信息发送给打印装置(打印机或打标机)。该模块还对缺陷的位置信息进行处理，处理结果是把缺陷的位置信息发送到转台运动控制器和打印装置运动控制器，再通过控制器来控制相应电机，让工件上缺陷的位置与打印装置的打印头的位置相对应，然后在工件表面打印该缺陷。

在这个实例中，系统的硬件加装打印机，软件的打印模块可自动将检测出的缺陷打印在工件表面指定的位置上。

图2是系统的一般流程。其过程为：上电开机。系统初始化，特别是探测器要进行初始化设置，射线机训机等工作。然后，调整合适的射线机相对于探测器的位置，调整被测工件相对于探测器的位置。此时，可在系统软件里设置系统的各类信息，如工件的直径，长度和壁厚等，射线机的管电压和电流，探测器的采集速度和帧平均数等。之后，系统软件生成系统坐标系，该坐标系是能够表达该检测场信息的坐标系。这些内容设置好后，系统软件发出指令给命令处理器，让探测器工作，并采集此时的图像，软件将图像进行相应的格式转换。接下来，软件把图像读入到系统坐标系中，这时，可以对系统进行校准处理。如果通过校准后，系统误差在许可的范围内，就可以在软件界面里设置要采集的图像的总数，然后连续地进行图像采集。接下来是对采集到的图像进行处理，以方便得到相关图像信息。处理后的图像进入缺陷识别流程。通过软件对图像进行自动识别，确定缺陷及其位置，明确缺陷的相关参数值，并将感兴趣的缺陷输出打印。

图3是导入校准的流程。在软件界面里选定适合本次所检测工件的坐标系类型，如果是圆管的，就选择柱面坐标系；如果是平板的，就选择平面坐标系。然后，选择并打开经过初步处理的图像。接下来是在图像上选定一个点，这个点可以是一个像素点，也可以是nxn个像素点，根据系统精度要求决定。所选的点作为系统坐标系的原点，所以最好选择工件表面可作为测量的基准点，如粘贴在表面的十字铅标的交叉点，工件表面上某个特征明显的孔等。在软件界面将选择的点设定为原点后，下一步是进行系统校准。校准时，线对卡或标尺紧贴工件外表面。采集图像，此时，线对卡的图像也在采集到的图像里。然后在系统软件里选取图像上线对卡的一个或多个单位长度L，计算其所对应的像素点数量N。再计算出像素点所对应的长度Lp为L/N。接着，再测量线对卡更长一段的长度L′，以像素点尺寸作为基准，测量后得到的值为Lr，与实际线对卡对应长度相比，得出误差值Δ＝(Lr-L′)/L′，这个误差值就是系统误差。如果误差大，表明系统精度还不能达到检测要求，需重复校准，即调整像素点所对应的尺寸Lp。通过多次校准，可将系统误差控制在一个可以接受的范围内。这个过程就是校准的过程，校准是为了能够用像素点尽量准确地反映实际工件尺寸。

在图4所示的缺陷识别流程中：软件调节当前图像的灰度，使缺陷突出，缺陷轮廓明显。(调节灰度其实就是一个信息分离的过程，让缺陷与基体能有明显的对比)然后，将当前的图像进行网格划分。开始依次检测每一个网格，计算网格区域的灰度统计值，再将该统计值与数据库中的标准的灰度统计值相比，如果该值大于数据库里的灰度值，软件将记录该网格的图像，灰度值和位置信息。在此过程中，工作人员还可以对某些由软件检测出的缺陷进行一些标注。最后，软件把识别出的存在缺陷的网格以图片格式发送给打印机，并把该网格的位置信息发送给控制器。

综上，本发明可将缺陷打印在工件上的方法可归纳为以下步骤：

1)设置适合工件的系统坐标系；

2)通过工件检测装置采集工件的图像；

3)将上一步骤中得到的图像导入到系统坐标系中；

4)在系统坐标系中对图像进行识别，确定工件的缺陷位置；

5)将确定的工件缺陷通过打印装置打印在工件表面上对应缺陷的位置。

其中：

将图像导入到系统坐标系的步骤3)进一步包括以下步骤：

3.1)将图像放入系统坐标系中；

3.2)在系统坐标系中，将图像与实际标尺进行校准。

校准步骤3.2)的具体步骤是：

3.2.1)在图像上选择一个像素点作为系统坐标系的原点；

3.2.2)计算图像中事先在工件上粘贴的标尺的单位长度L所对应的像素点的数量N，得到系统中像素点所对应的尺寸Lp＝L/N；

3.2.3)以像素点的尺寸Lp为基准，测得标尺上标示长度为L′的值为Lr，计算系统误差Δ＝(Lr-L′)/L′；

3.2.4)若系统误差较大，则调整像素点所对应的尺寸Lp，继续步骤3.2.3)，直至将系统误差控制在一个可以接受的范围内。

所述步骤4)进一步包括以下步骤：

4.1)通过调节图像的灰度来凸显图像中缺陷的轮廓形状；

4.2)将图像划分成网格；

4.3)逐个计算每个网格图像的检测值，并与数据库中对应的标准网格图像的检测值进行比较，若检测值超过标准检测值，表明该网格图像为含有缺陷的图像，则采集该网格的图像、检测值和位置坐标信息。

打印缺陷的步骤5)进一步包括以下步骤：

5.1)将图像中确定有缺陷的部分发送给打印装置；

5.2)将图像中确定有缺陷的部分的位置信息发送给控制器；

5.3)通过控制器控制打印装置将图像中确定有缺陷的部分打印在工件表面上对应缺陷的位置。

需要申明的是，上述实施例仅用于对本发明进行说明而非对本发明进行限制，因此，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明精神和范围的情况下对它进行各种显而易见的改变，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可将缺陷打印在工件上的系统，包括：

机械转台，用于夹持固定被检测工件并带动工件实现指定的运动；

工件检测装置，固定于转台支架上或与机械转台有确定的位置和运动关系的支架上；

计算机，用于处理所述工件检测装置的检测信号；

转台控制器，受控于计算机，用于控制所述转台运动，

其特征在于：

所述机械转台上安装可将工件缺陷打印在工件表面的打印装置；

所述计算机分析所述工件检测装置的检测信号，向所述打印装置输出工件的缺陷图像数据，并通过控制器控制所述打印装置和机械转台运动。

2.如权利要求1所述的可将缺陷打印在工件上的系统，其特征在于：

所述工件检测装置为射线检测装置或超声检测装置。

3.一种可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设置适合工件的系统坐标系；

2)通过工件检测装置采集工件的图像；

3)将上一步骤中得到的图像导入到系统坐标系中；

4)在系统坐标系中对图像进行识别，确定工件的缺陷位置和缺陷形状；

5)将确定的工件缺陷通过打印装置打印在工件表面上对应缺陷的位置。

4.如权利要求3所述的所述可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

在所述设置系统坐标系的步骤1)中，当工件是圆管时，将系统坐标系设置为圆柱坐标系；如果工件是平板，则将系统坐标系设置为二维平面坐标系。

5.如权利要求3或4所述的可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

所述将图像导入到系统坐标系的步骤3)进一步包括以下步骤：

3.1)将图像放入系统坐标系中；

3.2)在系统坐标系中，将图像与实际标尺进行校准。

6.如权利要求5所述的所述可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

所述校准步骤3.2)的具体步骤是：

3.2.1)在图像上选择一个像素点作为系统坐标系的原点；

3.2.2)计算图像中事先在工件上粘贴的标尺的单位长度L所对应的像素点的数量N，得到系统中像素点所对应的尺寸Lp＝L/N；

3.2.3)以像素点的尺寸Lp为基准，测得标尺上标示长度为L′的值为Lr，计算系统误差Δ＝(Lr-L′)/L′；

3.2.4)若系统误差较大，则调整像素点所对应的尺寸Lp，继续步骤3.2.3)，直至将系统误差控制在一个可以接受的范围内。

7.如权利要求3或4所述的可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

所述步骤4)进一步包括以下步骤：

4.1)通过调节图像的灰度来凸显图像中缺陷的轮廓形状；

4.2)将图像划分成网格；

4.3)逐个计算每个网格图像的检测值，并与对应的标准网格图像的检测值进行比较，若检测值超过标准检测值，表明该网格图像为含有缺陷的图像，则采集该网格的图像、检测值和位置坐标信息。

8.如权利要求7所述的可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

对于含有缺陷的图像进行缺陷标注。

9.如权利要求7所述的可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

所述图像的检测值是指图像的CT值或可以用来衡量缺陷与非缺陷组织的相关参数，如图像的灰度梯度、灰度值。

10.如权利要求3或4所述的可将缺陷打印在工件上的方法，其特征在于：

所述打印缺陷的步骤5)进一步包括以下步骤：

5.1)将图像中确定有缺陷的部分发送给打印装置；

5.2)将图像中确定有缺陷的部分的位置信息发送给控制器；

5.3)通过控制器控制打印装置将图像中确定有缺陷的部分打印在工件表面上对应缺陷的位置。

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