CN104535577A - 一种工件质量损失检测设备及工件质量损失检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件质量损失检测设备及工件质量损失检测方法，包括：载荷平台，固定在载荷平台上的型材构架，安装在型材构架上且能够在型材构架上移动的定位装置，以及固定安装在定位装置上的激光扫描传感器；检测设备还包括与激光扫描传感器相连的计算机控制模块；激光扫描传感器，用于由定位装置带动沿位于载荷平台上的细长形状的被测工件平滑移动，在移动的过程中对被测工件的轮廓线进行扫描，得到检测数据，并将检测数据传输给计算机控制模块；计算机控制模块，用于基于接收的检测数据确定被测工件的质量损失。基于该检测设备采用相应的检测方法，实现了对细长形状工件的表面质量损失检测。

Description

一种工件质量损失检测设备及工件质量损失检测方法

技术领域

本发明涉及质量损失检测技术领域，尤其涉及一种针对细长工件的工件质量损失检测设备及工件质量损失检测方法。

背景技术

空间飞行器、核设施、压力容器、机车等重大机械装备可能处于极端恶劣的服役环境中，其安全与国民经济密切相关，而材料的失效和结构的破坏会直接导致重大灾难性事故。宏观复杂结构的破坏一般起源于材料初始三维裂纹缺陷或损伤。在承受复杂载荷作用时，宏观复杂结构表面会形成缺陷，如表面微裂纹、划痕、缺口等。如何实现工件表面损伤质量的自动检测成为生产研究的重要课题之一。

常见的检测表面损伤的方法包括人工视觉检测法、机器视觉检测法、电学参数检测法、激光扫描轮廓测量法、无损探伤法等。为保证产品质量并降低生产成本，很多研究人员都在致力于自动检测技术的研究。

然而，目前现有技术中还没有专门针对细长工件的表面质量损失检测方法。

发明内容

本发明实施例提供一种工件质量损失检测设备及工件质量损失检测方法，用以解决现有技术中存在的无法针对细长工件进行表面质量损失检测的问题。

本发明实施例提供一种工件质量损失检测设备，包括：

载荷平台，固定在所述载荷平台上的型材构架，安装在所述型材构架上且能够在所述型材构架上移动的定位装置，以及固定安装在所述定位装置上的激光扫描传感器；

所述检测设备还包括与所述激光扫描传感器相连的计算机控制模块；

所述激光扫描传感器，用于由所述定位装置带动沿位于所述载荷平台上的细长形状的被测工件平滑移动，在移动的过程中对所述被测工件的轮廓线进行扫描，得到检测数据，并将所述检测数据传输给所述计算机控制模块；

所述计算机控制模块，用于基于接收的所述检测数据确定所述被测工件的质量损失。

进一步的，所述计算机控制模块还与所述定位装置相连，用于在对所述被测工件进行检测时，控制所述定位装置带动所述激光扫描传感器沿所述被测工件平滑移动。

进一步的，所述计算机控制模块，具体用于控制所述定位装置带动所述激光扫描传感器沿所述被测工件匀速平滑移动；

所述激光扫描传感器，具体用于按照预设扫描周期对所述被测工件的轮廓线进行扫描。

进一步的，所述计算机控制模块，具体用于控制所述定位装置带动所述激光扫描传感器沿所述被测工件按照预设步长平滑移动；

所述激光扫描传感器，具体用于在所述定位装置按照所述预设步长每移动一次，对所述被测工件的轮廓线扫描一次。

进一步的，所述型材构架具有同步带导轨；

所述定位装置包括滑块，用于在所述同步带导轨上平滑移动；

所述激光扫描传感器固定安装在所述滑块上。

本发明实施例还提供一种基于上述检测设备的工件质量损失检测方法，包括：

所述计算机控制模块获取接收的所述检测数据，所述检测数据包括所述激光扫描传感器沿所述被测工件平滑移动过程中，每次扫描得到的表示所述被测工件横截面的轮廓线上各扫描点横向位置的横向检测数据和纵向位置的纵向检测数据；

基于每次扫描得到的所述各扫描点的所述横向检测数据和纵向检测数据，以及每次扫描时所述定位装置当前所在位置表示的所述被测工件横截面的轮廓线上各扫描点沿所述被测工件方向的长度数据，确定所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标；

根据所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积；

基于所述被测工件的所述表面损失体积和所述被测工件的材料密度，确定所述被测工件的质量损失。

进一步的，根据所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积，具体包括：

根据表示所述被测工件表面的所述各扫描点的高度的Z坐标，构建Z坐标的m*n阶的数据矩阵，其中，m为每次扫描的扫描点的数量，n为扫描的次数；

使用边缘检测算法，对构建的所述数据矩阵表示的灰度图像进行边缘检测，确定所述被测工件的损伤区域；

根据所述被测工件表面的所述损伤区域内的各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积。

进一步的，根据所述被测工件表面的所述损伤区域内的各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积，具体包括：

采用如下公式确定所述被测工件表面的所述损伤区域中第j列的基准：

其中，u为所述损伤区域中的第j列的基准，所述损伤区域中第j列的边缘点坐标为(p,j)和(q,j)，Z_ij为所述损伤区域中第i行第j列的Z坐标；

采用如下公式确定所述被测工件的表面损失体积：

其中，V为所述被测工件的表面损失体积，u_j为所述损伤区域中的第j列的基准，s为单个扫描点所对应的微元面积。

进一步的，所述检测数据为多次检测得到的检测结果的平均值。

进一步的，在确定所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标之后，还包括：

使用逆向工程算法对所述各扫描点的三维坐标进行三维重建，创建所述被测工件表面的可视化模型；

展现所述可视化模型。

本发明有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，在对细长形状的工件表面质量损失进行检测时，可以将被测工件放置在检测设备的载荷平台上，并由定位装置带动激光扫描传感器沿被测工件平滑移动并对被测工件的轮廓线进行扫描，得到检测数据，然后由检测设备的计算机控制模块基于扫描得到的该检测数据确定被测工件的质量损失，从而实现了对细长形状工件的表面质量损失检测。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的工件质量损失检测设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的工件质量损失检测方法的流程图；

图3为本发明实施例中被测工件的横截面在坐标系中的示意图；

图4为本发明实施例提供的方法中确定被测工件的表面损失体积的流程图。

具体实施方式

为了给出针对细长形状工件的表面质量损失检测的实现方案，本发明实施例提供了一种工件质量损失检测设备及工件质量损失检测方法，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供一种工件质量损失检测设备，如图1所示，包括：

载荷平台11，固定在载荷平台11上的型材构架12，安装在型材构架上且能够在型材构架12上移动的定位装置13，以及固定安装在定位装置13上的激光扫描传感器14；

检测设备还包括与激光扫描传感器14相连的计算机控制模块15；

激光扫描传感器14，用于由定位装置13带动沿位于载荷平台11上的细长形状的被测工件平滑移动，在移动的过程中对被测工件的轮廓线进行扫描，得到检测数据，并将检测数据传输给计算机控制模块15；

计算机控制模块15，用于基于接收的检测数据确定被测工件的质量损失。

本发明实施例中，在上述图1所示的检测设备中，型材构架12可以具有同步带导轨，定位装置13可以包括滑块，用于在同步带导轨上平滑移动，且激光扫描传感器14可以固定安装在该滑块上。

在使用上述图1所示的检测设备对细长形状的工件进行表面质量损失检测时，可以首先将检测设备的载荷平台11调平，并沿型材构架12的方向，将被测工件放置在载荷平台11上，接通激光扫描传感器的电源，然后从被测工件的一端开始平滑移动型材构架12上的定位装置13，使得激光扫描传感器14在定位装置13的带动下，沿被测工件进行平滑移动，并在移动的过程中对该被测工件的轮廓线进行扫描。

其中，定位装置可以由人工进行移动，并在激光扫描传感器每次进行扫描时，记录下定位装置13当前的位置数据，该位置数据可以表示本次扫描的扫描点沿被测工件方向的长度数据。

定位装置13也可以与计算机控制模块15相连，并由计算机控制模块15控制定位装置13带动激光扫描传感器14沿被测工件平滑移动。

进一步的，计算机控制模块15在控制定位装置13移动时，具体可以控制定位装置13带动激光扫描传感器14沿被测工件匀速平滑移动；

相应的，激光扫描传感器15，具体可以按照预设扫描周期对被测工件的轮廓线进行扫描。

计算机控制模块15在控制定位装置13移动时，具体也可以控制定位装置13带动激光扫描传感器14沿被测工件按照预设步长平滑移动；

相应的，激光扫描传感器15，具体可以在定位装置14按照该预设步长每移动一次，对该被测工件的轮廓线扫描一次。

本发明实施例中，当定位装置13由计算机控制模块15控制移动时，可以通过计算机监视激光扫描传感器14和定位装置13的状态，并在检测之前，预先调整定位装置13到零位，以及还当按照预设步长移动时，还可以预先设置该预设步长，并确定被测工件的初始位置。

相应的，在启动检测时，可以由计算机控制模块15分别向定位装置13和激光扫描传感器14发送指令，驱动定位装置13在被测行程内移动并在定位装置13移动的过程中对其进行定位，并且，每次定位均触发激光扫描传感器14对被测工件的轮廓线进行扫描，然后接收、记录并保存来自激光扫描传感器14的该被测工件当前扫描位置的各扫描点的检测数据，用于后续确定该被测工件的表面质量损失。

本发明实施例中，采用上述图1所示的检测设备对细长工件进行质量损失检测时，可以进行多次检测，且每次检测采用相同的方式移动定位装置13和触发激光扫描传感器14扫描被测工件，并对得到的多组检测数据求平均值，后续基于该平均值确定该被测工件的表面质量损失。

基于本发明实施例提供上述检测设备，本发明实施例还提供了一种工件质量损失检测方法，如图2所示，包括：

步骤201、在通过检测设备对被测工件进行上述检测后，计算机控制模块获取来自激光扫描传感器的检测数据，该检测数据可以包括激光扫描传感器沿被测工件平滑移动过程中，每次扫描得到的表示被测工件横截面的轮廓线上各扫描点横向位置的横向检测数据和纵向位置的纵向检测数据。

如图3所示，其中X轴方向表示横截面的轮廓线上各扫描点的横向位置，Z轴方向表示横截面的轮廓线上各扫描点的纵向位置，图3中是以被测工件为圆柱形，及横截面为圆形为例进行说明，本发明实施例并不限于该形状的被测工件。

步骤202、基于每次扫描得到的各扫描点的横向检测数据和纵向检测数据，以及每次扫描时定位装置当前所在位置表示的被测工件横截面的轮廓线上各扫描点沿被测工件方向的长度数据，确定被测工件表面的各扫描点的三维坐标。

以图3为例，在已知建立的三维坐标系基础上，可以将横向检测数据直接作为扫描点的X坐标，纵向检测数据可以为激光扫描传感器到扫描点之间的距离，则此时可以使用预知的激光扫描传感器到载荷平台之间的距离，减去检测得到的激光扫描传感器到扫描点之间的距离，结果作为扫描点的Z坐标，沿被测工件方向，可以将定位装置在被测工件一端时的初始位置作为Y轴的零点，扫描时激光扫描传感器当前从初始位置移动的距离为长度数据，可以作为扫描点的Y坐标。

步骤203、在确定被测工件表面的各扫描点的三维坐标后，及可以根据被测工件表面的各扫描点的三维坐标，确定被测工件的表面损失体积。

本发明实施例中，可以具体采用后续图4所示的步骤流程确定被测工件的表面损失体积，详见后续的描述。

步骤204、基于被测工件的表面损失体积和被测工件的材料密度，确定被测工件的质量损失，即可以采用如下公式确定被测工件的质量损失：

m＝V*ρ，其中，m为被测工件的质量损失，V为被测工件的表面损失体积，ρ为被测工件的材料密度。

下面对本发明实施例提供的上述工件质量损失检测方法中如何确定被测工件的表面损失体积进行详细描述，如图4所示，具体可以包括如下处理步骤：

步骤401、根据表示被测工件表面的各扫描点的高度的Z坐标，构建Z坐标的m*n阶的数据矩阵，其中，m为每次扫描的扫描点的数量，n为扫描的次数。

其中，m的取值也表示了扫描点在被测工件的横截面的横向位置，n的取值表示了被测工件的长度方向上的扫描位置。

步骤402、使用边缘检测算法，对构建的该数据矩阵表示的灰度图像进行边缘检测，确定被测工件的损伤区域。

本步骤中，可以采用现有技术中的各种边缘检测算法，例如基于小波变换的边缘检测算法，详细算法可参照现有技术，在此不再进行详细描述。

步骤403、根据被测工件表面的损伤区域内的各扫描点的三维坐标，确定被测工件的表面损失体积。

本步骤中，可以首先采用如下公式确定被测工件表面的损伤区域中第j列的基准：

其中，u为该损伤区域中的第j列的基准，损伤区域中第j列的边缘点坐标为(p,j)和(q,j)，Z_ij为损伤区域中第i行第j列的Z坐标；

然后采用如下公式确定被测工件的表面损失体积：

其中，V为被测工件的表面损失体积，u_j为损伤区域中的第j列的基准，s为单个扫描点所对应的微元面积。

本发明实施例提供的上述工件质量损失检测方法中，确定质量损失所基于的检测数据可以为多次检测得到的检测结果的平均值。

在该方法中，为了能够更形象的向测试者展现工件的表面质量损失情况，在确定被测工件表面的各扫描点的三维坐标之后，还可以使用逆向工程算法对各扫描点的三维坐标进行三维重建，创建被测工件表面的可视化模型，并展现该可视化模型。

综上所述，本发明实施例提供的工件质量损失检测设备，包括：载荷平台11，固定在载荷平台11上的型材构架12，安装在型材构架上且能够在型材构架12上移动的定位装置13，以及固定安装在定位装置13上的激光扫描传感器14；检测设备还包括与激光扫描传感器14相连的计算机控制模块15；激光扫描传感器14，用于由定位装置13带动沿位于载荷平台11上的细长形状的被测工件平滑移动，在移动的过程中对被测工件的轮廓线进行扫描，得到检测数据，并将检测数据传输给计算机控制模块15；计算机控制模块15，用于基于接收的检测数据确定被测工件的质量损失。基于该检测设备采用相应的检测方法，实现了对细长形状工件的表面质量损失检测。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种工件质量损失检测设备，其特征在于，包括：

载荷平台，固定在所述载荷平台上的型材构架，安装在所述型材构架上且能够在所述型材构架上移动的定位装置，以及固定安装在所述定位装置上的激光扫描传感器；

所述检测设备还包括与所述激光扫描传感器相连的计算机控制模块；

所述激光扫描传感器，用于由所述定位装置带动沿位于所述载荷平台上的细长形状的被测工件平滑移动，在移动的过程中对所述被测工件的轮廓线进行扫描，得到检测数据，并将所述检测数据传输给所述计算机控制模块；

所述计算机控制模块，用于基于接收的所述检测数据确定所述被测工件的质量损失。

2.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述计算机控制模块还与所述定位装置相连，用于在对所述被测工件进行检测时，控制所述定位装置带动所述激光扫描传感器沿所述被测工件平滑移动。

3.如权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述计算机控制模块，具体用于控制所述定位装置带动所述激光扫描传感器沿所述被测工件匀速平滑移动；

所述激光扫描传感器，具体用于按照预设扫描周期对所述被测工件的轮廓线进行扫描。

4.如权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述计算机控制模块，具体用于控制所述定位装置带动所述激光扫描传感器沿所述被测工件按照预设步长平滑移动；

所述激光扫描传感器，具体用于在所述定位装置按照所述预设步长每移动一次，对所述被测工件的轮廓线扫描一次。

5.如权利要求1-4任一所述的检测设备，其特征在于，所述型材构架具有同步带导轨；

所述定位装置包括滑块，用于在所述同步带导轨上平滑移动；

所述激光扫描传感器固定安装在所述滑块上。

6.一种基于权利要求1所述的检测设备的工件质量损失检测方法，其特征在于，包括：

所述计算机控制模块获取接收的所述检测数据，所述检测数据包括所述激光扫描传感器沿所述被测工件平滑移动过程中，每次扫描得到的表示所述被测工件横截面的轮廓线上各扫描点横向位置的横向检测数据和纵向位置的纵向检测数据；

基于每次扫描得到的所述各扫描点的所述横向检测数据和纵向检测数据，以及每次扫描时所述定位装置当前所在位置表示的所述被测工件横截面的轮廓线上各扫描点沿所述被测工件方向的长度数据，确定所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标；

根据所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积；

基于所述被测工件的所述表面损失体积和所述被测工件的材料密度，确定所述被测工件的质量损失。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积，具体包括：

根据表示所述被测工件表面的所述各扫描点的高度的Z坐标，构建Z坐标的m*n阶的数据矩阵，其中，m为每次扫描的扫描点的数量，n为扫描的次数；

使用边缘检测算法，对构建的所述数据矩阵表示的灰度图像进行边缘检测，确定所述被测工件的损伤区域；

根据所述被测工件表面的所述损伤区域内的各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述被测工件表面的所述损伤区域内的各扫描点的三维坐标，确定所述被测工件的表面损失体积，具体包括：

采用如下公式确定所述被测工件表面的所述损伤区域中第j列的基准：

其中，u为所述损伤区域中的第j列的基准，所述损伤区域中第j列的边缘点坐标为(p,j)和(q,j)，Z_ij为所述损伤区域中第i行第j列的Z坐标；

采用如下公式确定所述被测工件的表面损失体积：

其中，V为所述被测工件的表面损失体积，u_j为所述损伤区域中的第j列的基准，s为单个扫描点所对应的微元面积。

9.如权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，所述检测数据为多次检测得到的检测结果的平均值。

10.如权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，在确定所述被测工件表面的所述各扫描点的三维坐标之后，还包括：

使用逆向工程算法对所述各扫描点的三维坐标进行三维重建，创建所述被测工件表面的可视化模型；

展现所述可视化模型。