CN105548196A - 硬质合金顶锤在线无损检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质合金顶锤无损检测的方法和装置，包括终端处理单元、近红外摄像单元、近红外照明单元和报警单元，所述近红外摄像单元、近红外照明单元和报警单元均与终端处理单元相连接；所述近红外照明单元包括激光器、激光器保护罩和移动平台，激光器与终端处理单元相连接，激光器位于激光器保护罩内，激光器保护罩、近红外摄像单元安装在移动平台上。本发明采用分块提取顶锤工作区域的方法，去除非工作区域对检测结果的影响和节约算法时间，提高了检测和识别速度快，保证了高硬质合金顶锤在线检测的速度要求；巧妙地利用灰尘、颗粒等与顶锤裂纹的近红外光散射特性不同，通过设置阈值实现杂质干扰的快速剔除，提高了检测精度高。

Description

硬质合金顶锤在线无损检测的方法和装置

技术领域

本发明涉及光学测量的技术领域，具体涉及一种硬质合金顶锤在线无损检测的方法和装置。

背景技术

在超硬材料合成过程中，硬质合金顶锤是超硬材料合成中一项重要的材料，它起着传递高压的角色。由于六面体合成压机工作在高温高压环境下，因此在反复使用后会造成单个顶锤破裂现象，当带伤的顶锤不被及时发现，再次使用时就可能造成其它五只顶锤由于一边压力缺失而形成挤锤现象，严重的将会发生粉碎性断裂即产生爆炸。发生爆炸事故时会损坏其它部位顶锤及部件，甚至造成人身危害，给生产带来了巨大经济损失。因此，破裂顶锤的及时检出就显得至关重要。

目前，在超硬材料合成企业内都是采用一次合成结束后由合成工人拿着锋利的锯条在顶锤上来回滑动来检测顶锤是否有裂纹，这种方法检测时间长，而且常常受到技术工人人为因素影响，给生产带来了安全隐患。由科研人员利用声音、应力变化等提出了相应的检测方法和装置，可以有效消除人为因素的干扰，提高了检测效率和可靠性。这方面的技术方案包括：中国发明专利申请“硬质合金顶锤的无损检测方法”（公开号CN102147301A）提出了通过对硬质合金顶锤施加外载，模拟工况条件下受力，测量内部应力分布情况来检测盒指导生产。中国实用新型专利申请“一种超硬材料合成中顶锤裂纹检测装置”（授权公告号CN204679404U）设计了一种新的顶锤裂纹检测装置，可以有效解决顶锤阴面裂纹不易发现等问题。

但是在实际生产中，现有的检测装置和方法经常会受到干扰，使得硬质合金顶锤无损检测方法面临着以下主要问题：

（1）图像干扰因素多。在实际生产中，顶锤工作时不仅处于一个狭小的空间，而且还处于高温高压干扰大的环境中，这样使得一般的检测方法和技术容易受到干扰。

（2）检测速度和精度要求。由于生产工作有六个顶锤，而且检测的损伤经常是裂纹，因此对于检测与识别方法的速度有很高的要求，一般的目标检测和识别方法不能同时满足在线高速度和高精度的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硬质合金顶锤在线无损检测的方法和装置，其原理简单、自动化程度高、检测速度快、检测精度高，可以实时的检测顶锤工作面上的裂纹。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种硬质合金顶锤无损检测装置，包括终端处理单元、近红外摄像单元、近红外照明单元和报警单元，所述近红外摄像单元、近红外照明单元和报警单元均与终端处理单元相连接；所述近红外照明单元包括激光器、激光器保护罩和移动平台，激光器与终端处理单元相连接，激光器位于激光器保护罩内，激光器保护罩、近红外摄像单元安装在移动平台上。

所述近红外摄像单元包括近红外相机、镜头和相机保护罩，近红外相机与终端处理单元相连接，镜头安装在近红外相机上，镜头通过固定架固定在相机保护罩上，近红外相机和镜头设置在相机保护罩内。

所诉移动平台设置在金刚石加工平台上，移动平台由固定部分和旋转部分组成，近红外摄像单元安装在固定部分上，激光器安装在旋转部分上。

所述近红外摄像单元、激光器和激光器保护罩均至少设有3个，激光器保护罩固定在相机保护罩上。

所述近红外摄像单元、激光器和激光器保护罩设有3个，激光器保护罩和相机保护罩均匀分布的固定在移动平台的外圆周上。

其检测方法的步骤为：

步骤一：当硬质合金顶锤一次合成结束后，将近红外摄像单元和近红外照明单元设置在顶锤内，打开近红外相机和激光器，由终端处理单元提供触发信号，启动移动台移动，近红外摄像单元实现对顶锤六个工作面的扫描；

步骤二：利用激光器对顶锤的工作面进行照射，近红外相机获取顶锤照射工作面上的线结构光图像，近红外相机将采集的N幅顶锤工作面线结构光图像传送至终端处理单元；

步骤三：通过设置阈值将顶锤工作面线结构光图像进行分块处理，终端处理单元采用加权中值滤波算法滤除线结构光图像中的噪声；

步骤四：终端处理单元利用图像融合方法将滤除噪声后的线图像拼接成一幅全景图像；

步骤五：终端处理单元对全景图像进行二值化，并对二值化后的图像进行断点连接，然后进行膨胀腐蚀操作得到平滑图像；

步骤六：计算裂纹图像面积，当裂纹的面积大于200像素时，终端处理单元激活报警单元，报警单元发出警报信号。

所述图像融合方法具体为：将近红外相机获取的N幅线图像g(i),i=1,2,…,N中相邻的图像做减法得到N幅减法图像G（i）=g(i)-g(i-1)-g(i+1)；将N幅减法图像G（i）进行图像融合得到顶锤工作面全景图像。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的检测和识别速度快，保证了高硬质合金顶锤在线检测的速度要求。本发明不同于一般的检测方法，不是直接对整幅图像进行处理，而是采用分块提取顶锤工作区域的方法，从而达到去除非工作区域对检测结果的影响和节约算法时间的目的。

（2）本发明的检测精度高。顶锤裂纹在顶锤工作面上位置和长度不固定，顶锤损伤的形态复杂，同时还会受到灰尘、颗粒等杂质的干扰，因此如何有效地将顶锤工作面上所有裂纹同时检测出来，并剔除灰尘等干扰是一个难点。本发明巧妙地利用灰尘、颗粒等与顶锤裂纹的近红外光散射特性不同，通过设置阈值实现杂质干扰的快速剔除，解决了这个问题。

附图说明

图1为本发明硬质合金顶锤无损检测装置的原理图。

图2为本发明硬质合金顶锤无损检测装置的现场安装示意图。

图3为本发明硬质合金顶锤无损检测装置近红外图像采集示意图。

图4为本发明硬质合金顶锤无损检测装置的近红外单元图像处理的流程图。

图5为本发明高硬质合金顶锤无损检测装置的近红外单元图像融合算法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例具体描述一下本发明。

一种硬质合金顶锤无损检测装置，如图1所示，包括终端处理单元1、近红外摄像单元2、近红外照明单元4和报警单元3，所述近红外摄像单元2、近红外照明单元4和报警单元3均与终端处理单元1相连接。

如图2和图3所示，近红外照明单元4包括激光器41、激光器保护罩42和移动平台43，激光器41与终端处理单元1相连接，激光器41位于激光器保护罩42内，激光器保护罩42、近红外摄像单元2安装在移动平台43上。终端处理单元1通过程序控制激光器41的亮度和移动平台43的移动。

一次加工完成后，移动平台43放置在金刚石加工平台上，终端处理单元1通过信号线控制移动平台43的移动。移动平台43由固定部分和旋转部分组成，近红外摄像单元2安装在固定部分，激光器41安装在旋转部分上，通过终端处理单元1控制移动平台43平移部分的工作，实现激光器41对待测顶锤5工作面的扫描。终端处理单元1和报警单元3安装在操控平台中，通过信号线与移动平台43、激光器41和近红外摄像单元2相连接。

近红外摄像单元2包括近红外相机21、镜头22和相机保护罩23，近红外相机21与终端处理单元1相连接，镜头22安装在近红外相机21上，镜头22通过固定架固定在相机保护罩23上，近红外相机21和镜头22设置在相机保护罩23内。受近红外摄像单元2工作范围及顶锤5空间的限制，为了满足近红外相机21和镜头22能够完整的拍摄顶锤六个工作面为准，近红外摄像单元2、激光器41和激光器保护罩42均至少设有3个，激光器保护罩42固定在相机保护罩23上。终端处理单元1驱动移动台43平移，实现对顶锤5工作面的线扫描，通过近红外摄像单元2拍摄顶锤5工作面线结构光图像，将数据传输到终端处理单元1，从而实现对顶锤5工作面图像的采集。

本实施例中，近红外摄像单元2、激光器41和激光器保护罩42设有3个，激光器保护罩42和相机保护罩23均匀分布的固定在移动平台43的外圆周上。

如图4所示，硬质合金顶锤无损检测装置的检测方法的步骤为：

步骤一：当硬质合金顶锤一次合成结束后，将近红外摄像单元2和近红外照明单元4设置在顶锤5内，打开近红外相机21和激光器41，由终端处理单元1提供触发信号，启动移动台43移动，近红外摄像单元2实现对顶锤5六个工作面的扫描。

当硬质合金顶锤一次合成结束后六个顶锤打开，技术人员或机械臂把红外相机21、镜头22、相机保护罩23、激光器41、激光器保护罩42放置在近红外照明单元的移动平台43上，移动平台43放置在硬质合金顶锤工作台上。由终端处理单元1提供触发信号，启动移动台43移动，近红外摄像单元2实现对顶锤5工作面的扫描，开始采集顶锤5工作面图像。

步骤二：利用激光器41对顶锤5的工作面进行照射，近红外相机21获取顶锤5照射工作面上的线结构光图像，近红外相机21将采集的N幅顶锤5工作面线结构光图像传送至终端处理单元1。

激光器41照射顶锤5的工作面，利于近红外相机21拍摄，且防止灰尘、颗粒等杂质对后续裂纹识别的影响。

步骤三：通过设置阈值将顶锤5工作面线结构光图像进行分块处理，终端处理单元1采用加权中值滤波算法滤除线结构光图像中的噪声。

由于顶锤5与外侧部分会形成高光反射，近红外相机21的获取的顶锤5工作面线结构光图像g(i)两侧与中间部分会形成较大的灰度差，图像灰度阈值大于160为处理区域，实现对顶锤5工作面线结构光图像分块处理，终端处理单元1采用加权中值滤波算法滤除线结构光图像中的噪声，滤除图像噪声可以防止噪声对后续步骤的干扰。

步骤四：终端处理单元1利用图像融合方法将滤除噪声后的线图像拼接成一幅全景图像。

如图5所示，图像融合方法具体为：将近红外相机21获取的N幅线图像g(i),i=1,2,…,N中相邻的图像做减法得到N幅减法图像G（i）=g(i)-g(i-1)-g(i+1)；将N幅减法图像G（i）进行加法图像融合得到顶锤5工作面全景图像h。

步骤五：终端处理单元1对全景图像进行二值化，并对二值化后的图像进行断点连接，然后进行膨胀腐蚀操作得到平滑图像。

终端处理单元1对全景图像进行形态学处理，包括二值化和膨胀腐蚀。首先对全景图像h进行二值化处理，然后对二值化图像进行断点连接，连接间断行距阈值为25个像素，连接间断列距阈值为4个像素，小于阈值的相邻两点进行连接处理，实现图像的连续性，接着进行膨胀腐蚀操作得到平滑图像H。

步骤六：当裂纹的面积大于200像素时，终端处理单元1激活报警单元3，报警单元发出警报信号。

根据顶锤裂纹长度、宽度及个数判定顶锤损伤程度，终端处理单元1进行处理。裂纹的面积大于200像素时，终端处理单元1传输控制信号到报警单元3，报警单元3发出报警信号。

本发明硬质合金顶锤无损检测装置利用终端处理单元1发出工作信号，启动近红外摄像单元2和近红外照明单元4开始工作采集顶锤5工作面线图像；近红外摄像单元2拍摄顶锤5工作面裂纹图像，并传送至终端处理单元1；终端处理单元1根据近红外摄像单元2输出的信号，判断顶锤工作面裂纹的长度、宽度和面积等信息；终端处理单元1根据处理结果启动报警单元3记录有裂纹的顶锤，从而提示破裂程度并快速的为工作人员指定维修处。终端处理单元1采用分块提取顶锤工作区域的方法，提高了检测和识别速度快；巧妙地利用灰尘、颗粒等与顶锤裂纹的近红外光散射特性不同，通过设置阈值实现杂质干扰的快速剔除。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种硬质合金顶锤无损检测的装置，其特征在于，包括终端处理单元（1）、近红外摄像单元（2）、近红外照明单元（4）和报警单元（3），所述近红外摄像单元（2）、近红外照明单元（4）和报警单元（3）均与终端处理单元（1）相连接；所述近红外照明单元（4）包括激光器（41）、激光器保护罩（42）和移动平台（43），激光器（41）与终端处理单元（1）相连接，激光器（41）位于激光器保护罩（42）内，激光器保护罩（42）、近红外摄像单元（2）安装在移动平台（43）上。

2.根据权利要求1所述的硬质合金顶锤无损检测的装置，其特征在于，所述近红外摄像单元（2）包括近红外相机（21）、镜头（22）和相机保护罩（23），近红外相机（21）与终端处理单元（1）相连接，镜头（22）安装在近红外相机（21）上，镜头（22）通过固定架固定在相机保护罩（23）上，近红外相机（21）和镜头（22）设置在相机保护罩（23）内。

3.根据权利要求1所述的硬质合金顶锤无损检测的装置，其特征在于，所诉移动平台（43）设置在金刚石加工平台上，移动平台（43）由固定部分和移动部分组成，近红外摄像单元（2）安装在固定部分上，激光器（41）安装在移动部分上。

4.根据权利要求1或2所述的硬质合金顶锤无损检测的装置，其特征在于，所述近红外摄像单元（2）、激光器（41）和激光器保护罩（42）均至少设有3个，激光器保护罩（42）固定在相机保护罩（23）上。

5.根据权利要求4所述的硬质合金顶锤无损检测的装置，其特征在于，所述近红外摄像单元（2）、激光器（41）和激光器保护罩（42）设有3个，激光器保护罩（42）和相机保护罩（23）均匀分布的固定在移动平台（43）的外圆周上。

6.根据权利要求5所述的硬质合金顶锤无损检测的装置，其特征在于，其检测方法的步骤为：

步骤一：当硬质合金顶锤一次合成结束后，将近红外摄像单元（2）和近红外照明单元（4）设置在顶锤（5）内，打开近红外相机（21）和激光器（41），由终端处理单元（1）提供触发信号，启动移动台（43）移动，近红外摄像单元（2）实现对顶锤（5）六个工作面的扫描；

步骤二：利用激光器（41）对顶锤（5）的工作面进行照射，近红外相机（21）获取顶锤（5）照射工作面上的线结构光图像，近红外相机（21）将采集的N幅顶锤（5）工作面线结构光图像传送至终端处理单元（1）；

步骤三：通过设置阈值将顶锤（5）工作面线结构光图像进行分块处理，终端处理单元（1）采用加权中值滤波算法滤除线结构光图像中的噪声；

步骤四：终端处理单元（1）利用图像融合方法将滤除噪声后的线图像拼接成一幅全景图像；

步骤五：终端处理单元（1）对全景图像进行二值化，并对二值化后的图像进行断点连接，然后进行膨胀腐蚀操作得到平滑图像；

步骤六：计算裂纹图像面积，当裂纹图像的面积大于200像素时，终端处理单元（1）激活报警单元（3），报警单元发出警报信号；

根据权利要求6所述的硬质合金顶锤无损检测装置，其特征在于，所述图像融合方法具体为：将近红外相机（21）获取的N幅线图像g(i),i=1,2,…,N中相邻的图像做减法得到N幅减法图像G（i）=g(i)-g(i-1)-g(i+1)；将N幅减法图像G（i）进行图像融合得到顶锤（5）工作面全景图像。