CN107966497A - 一种基于摄像定位的手动超声可视化无损检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于摄像定位的手动超声可视化无损检测装置及方法，该装置包括摄像机、数据采集卡、工控机、超声波探伤仪、探测装置、稳定光源、支架和工作台；摄像机和稳定光源均固定在支架上，摄像机正对工作台，稳定光源用于给工作台照明，探测装置与超声波探伤仪连接，探测装置对放置在工作台上的被测件进行超声波检测，并将检测数据提供给超声波探伤仪，数据采集卡采集超声波探伤仪的输出数据并提供给工控机，摄像机将拍摄的图像数据提供给工控机，工控机将接收到的图像数据以及超声波探伤仪的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，实现基于摄像定位的超声可视化无损检测。

Description

一种基于摄像定位的手动超声可视化无损检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于摄像定位的手动超声可视化无损检测装置及方法，属于无损检测技术领域。
背景技术
目前成熟的超声可视化检测技术有自动超声水浸/喷水C扫描技术，但该技术还存在一些局限：
首先，自动超声C扫描检测技术对平板或形状规则的回旋体工件较为有效，对形状复杂的工件难以实现自动化检测，或者需要庞大而复杂的系统构成。
其次，自动超声C扫描检测技术由于水耦合等方式对灵敏度损失较大，难以实现高灵敏度的检测。
第三，自动超声C扫描检测技术受制于系统电噪声的影响，检测灵敏度的调节上限受限。
第四，自动超声C扫描检测系统往往机械装置庞大，不能便携，不能现场检测。
因此如何对被检件实现操作简单，结果可靠，高灵敏度，方便快捷，适用广泛的超声波可视化检测成为迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置及方法，实现了高可靠性的被检件超声可视化无损检测。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，包括：摄像机、数据采集卡、工控机、超声波探伤仪、探测装置、稳定光源、支架和工作台；
摄像机和稳定光源均固定在支架上，摄像机正对工作台，稳定光源用于给工作台照明，探测装置与超声波探伤仪连接，探测装置对放置在工作台上的被测件进行超声波检测，并将检测数据提供给超声波探伤仪，数据采集卡采集超声波探伤仪的输出数据并提供给工控机，摄像机将拍摄的图像数据提供给工控机，工控机将接收到的图像数据以及超声波探伤仪的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，实现基于摄像定位的超声可视化无损检测。
还包括耦合装置，用于在待测件表面喷涂耦合剂。
所述探测装置包括探头、探头套和色标；探头套为一端开口的空心圆柱体，探头安装在探头套内部，色标粘贴在探头套封闭端外侧的中心位置。
所述摄像机全副帧数大于150帧/s，分辨率大于100万像素。
所述工控机将接收到的图像数据以及超声波探伤仪的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，具体为：
(1)对所述图像数据中探头色标的颜色进行校正，修正视场内光线不均导致的色标颜色偏差；
(2)定位探头：在校正后的图像数据中进行全图搜寻探头的位置，如果找到探头位置，则进入步骤；否则重新执行步骤(2)；
(3)在下一幅图像中，在以步骤(2)确定的探头位置为中心的预设范围内再次搜寻探头的位置；若没有找到，返回步骤(2)再进行全图搜寻探头位置，如果找到探头位置，则采集超声波探伤仪的输出数据，并根据该超声波探伤仪的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，之后进入步骤(4)；
(4)在下一幅图像中，在以步骤(3)确定的探头位置为中心的预设范围内再次搜寻探头的位置；若没有找到，返回步骤(2)再进行全图搜寻探头位置，如果找到探头位置，则采集超声波探伤仪的输出数据，并根据该超声波探伤仪的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，以此类推，直到检测结束，得到待测件的超声C扫描检测图像。
所述步骤(1)对图像数据进行校正具体为：
(1.1)将工控机接收到的图像进行分区；
(1.2)将探头在各分区内移动，进行探头套端面中心位置识别；
(1.3)识别每一圆心位置处的色标的RGB值，该RGB值即是色标在该区域内的实际颜色；
(1.4)保存每一分区内识别出的色标的RGB值，即实际颜色。
搜寻探头的位置具体为：将每一点的颜色的RGB值与校正时所分区域得到的校正颜色的RGB值进行对比，二者颜色的RGB值偏差在预设范围内即认为该处为探头位置。
所述步骤(3)根据该超声波探伤仪的输出数据以及探头位置数据进行C 扫描图像绘制，具体为：
(3.1)设置画笔大小；
(3.2)根据设置的画笔大小，以探头位置为中心形成矩形区域；
(3.3)将该矩形区域填充颜色，
(3.4)重复步骤(3.2)～(3.3)，直到绘制完整体C扫描图像。
所述步骤(3.3)将该矩形区域填充颜色具体为：
(a)制作256阶的调色板；
(b)将超声波探伤仪的输出数据与颜色对应起来，通过对
(V实际/Vmax)*256取整实现，其中，V实际是指超声波探伤仪输出的电压数据，若该位置经过超声波探伤仪的多次扫描，则V实际是指该位置超声波探伤仪多次扫描输出的最大电压数据；Vmax是指超声波探伤仪能输出的最大电压。
一种基于摄像定位的超声可视化无损检测方法，该检测方法基于所述超声可视化无损检测装置实现。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用基于摄像定位技术的手动超声可视化无损检测系统的创新设计，实现对摄像机图像的高速传输、读取、显示、识别、计算出探头的位置信息，实现对数据采集卡超声信号的高速数据读取，进而将探头位置信息与超声信号结合进行超声C扫描图像绘制、显示、保存等，实现了对被检件手动超声可视化检测，首次实现利用高速摄像定位技术实现手动超声可视化检测，在超声检测领域具有重要的意义和广泛的应用前景；
(2)本发明检测系统靠摄像机对探头位置进行高速拍摄，通过对图像进行高速传输、读取、显示、识别、计算出探头的位置信息，该部分相对于现有的自动检测系统中获取探头位置的机构而言，整体结构紧凑；
(3)本发明探头搜寻方式是先整图搜寻，在下一张图中以该探头位置为中心的有限区域内搜寻，再下一张图，又以上一张图探头位置为中心的有限区域内搜寻，如此往复，避免了每张图像都整图搜寻，该方法大大提高了计算机处理速度，有利于提高检测速度。
(4)本发明中对图像数据中探头色标的颜色进行分区校正，修正视场内光线不均导致的色标颜色偏差，有利于探头快速准确地搜寻。
(5)本发明根据该超声波探伤仪的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制方法，随着探头移动，图像随即进行绘制，该方法就像儿童涂色一样，操作简单。
(6)本发明将超声波探伤仪的输出数据与颜色对应起来，通过对
(V实际/Vmax)*256取整实现，其中，V实际是指超声波探伤仪输出的电压数据，若该位置经过超声波探伤仪的多次扫描，则V实际是指该位置超声波探伤仪多次扫描输出的最大电压数据。该方法有利于图像清晰绘制，不受探头耦合状态的改变而使得已经绘制的区域发生变化，从而保证检测结果的准确性。
附图说明
图1为本发明超声可视化无损检测装置的结构示意图；
图2为本发明探测装置的结构示意图；
图3为本发明装置工作流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1、2所示，本发明提出了一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，包括：摄像机1、数据采集卡2、工控机3、超声波探伤仪4、探测装置 5、稳定光源6、支架7和工作台8；还包括耦合装置12，用于在待测件表面喷涂耦合剂。
摄像机1：要求摄像机的全副帧数大于150帧/s，分辨率大于100万像素，并可以任意改变画幅；
超声波探伤仪4：产生电振荡并施加于探头9上，激励探头产生超声波，超声波在被检件内部传播后，由探头接收反射回的超声波并传送给超声波探伤仪；
数据采集卡2：从超声波探伤仪采集探头接收到的超声波信号的幅值；
工控机3：接收数据采集卡发送的超声波信号的幅值，快速接收高速摄像机传送的图像并从图像中快速识别和计算出探头位置坐标，将超声波信号幅值与位置坐标结合，得到超声C扫描检测图像；
探测装置5：用于固定探头9以及在一端粘贴色标11；
稳定光源6：用于在室内环境下，提供无频闪的稳定光照环境；
支架7：用于固定摄像机1和稳定光源6，并进行适当位置调增。
摄像机1和稳定光源6均固定在支架7上，摄像机1正对工作台8，稳定光源6用于给工作台8照明，探测装置5与超声波探伤仪4连接，探测装置5 对放置在工作台8上的被测件进行超声波检测，并将检测数据提供给超声波探伤仪4，数据采集卡2采集超声波探伤仪4的输出数据并提供给工控机8，摄像机1将拍摄的图像数据提供给工控机3，工控机3将接收到的图像数据以及超声波探伤仪4的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，实现基于摄像定位的超声可视化无损检测。
如图2所示，探测装置5包括探头9、探头套10和色标11；探头套10为一端开口的空心圆柱体，探头9安装在探头套10内部，色标11粘贴在探头套 10封闭端外侧的中心位置。
色标11在选择时有如下考虑：颜色应选择与视场内其他物体色彩有明显差异的颜色；材质宜选用表面非光滑的绒布；尺寸大小应考虑检测时摄像机距探测装置的距离大小，例如二者距离1m时，色标尺寸大小为Φ5mm；色标位置应置于探测套10封闭端面圆心处。
工控机3将接收到的图像数据以及超声波探伤仪4的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，具体为：
(1)对所述图像数据中探头色标的颜色进行校正，修正视场内光线不均导致的色标颜色偏差；具体为：
(1.1)将工控机(3)接收到的图像进行分区；
(1.2)将探头(9)在各分区内移动，进行探头套(10)端面中心位置识别；
该中心位置识别方法是基于OPENCV2.3.14平台，具体为：
(1.2.1)在VC++平台中进行OPENCV配置；
(1.2.2)将探头装置5置于视场中，接收并显示图像；
(1.2.3)利用OPENCV中霍夫圆识别方法，设置相关参数(诸如累加器阈值，识别圆的最大直径和最小直径等)
(1.2.4)保存识别出的所需的圆心位置。
(1.3)识别每一圆心位置处的色标(11)的RGB值，该RGB值即是色标(11)在该区域内的实际颜色；
(1.4)保存每一分区内识别出的色标(11)的RGB值，即实际颜色。
(2)定位探头(9)：在校正后的图像数据中进行全图搜寻探头(9)的位置，如果找到探头(9)位置，则进入步骤(3)；否则重新执行步骤(2)；
(3)在下一幅图像中，在以步骤(2)确定的探头(9)位置为中心的预设范围内再次搜寻探头(9)的位置；若没有找到，返回步骤(2)再进行全图搜寻探头位置，如果找到探头位置，则采集超声波探伤仪(4)的输出数据，并根据该超声波探伤仪(4)的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，之后进入步骤(4)；
具体为：
(3.1)设置画笔大小；
(3.2)根据设置的画笔大小，以探头位置为中心形成矩形区域；
(3.3)将该矩形区域填充颜色，
(a)制作256阶的调色板；
(b)将超声波探伤仪(4)的输出数据与颜色对应起来，通过对
(V实际/Vmax)*256取整实现，其中，V实际是指超声波探伤仪(4)输出的电压数据，若该位置经过超声波探伤仪(4)的多次扫描，则V实际是指该位置超声波探伤仪(4)多次扫描输出的最大电压数据；Vmax是指超声波探伤仪(4) 能输出的最大电压。
(3.4)重复步骤(3.2)～(3.3)，直到绘制完整体C扫描图像。
(4)在下一幅图像中，在以步骤(3)确定的探头(9)位置为中心的预设范围内再次搜寻探头(9)的位置；若没有找到，返回步骤(2)再进行全图搜寻探头位置，如果找到探头位置，则采集超声波探伤仪(4)的输出数据，并根据该超声波探伤仪(4)的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，以此类推，直到检测结束，得到待测件的超声C扫描检测图像。
搜寻探头(9)的位置具体为：将每一点的颜色的RGB值与校正时所分区域得到的校正颜色的RGB值进行对比，二者颜色的RGB值偏差在预设范围内即认为该处为探头位置。
本发明还提出一种基于摄像定位的超声可视化无损检测方法，基于上述检测装置实现。
基于上述检测装置，给出本发明的实施例如下：
如图3所示，步骤一、接通系统电源，开启超声波探伤仪、工控机，并将摄像机连接于工控机的USB3.0接口；若检测现场光线不好，打开稳定光源。
步骤二、启动系统软件，开启摄像机并完成摄像机初始化。
步骤三、调节摄像机距离被检件的高度和视野大小。
步骤四、调节摄像机光圈和快门参数。
步骤五、读取图像；将图像数据存入FIFO缓存区，启动显示图像数据线程，将FIFO缓存区内的图像数据取出并显示图像。
步骤六、对摄像机视野内，不同位置因光照不同造成探测装置色标的色彩差异进行分区校正并保存校正结果。
步骤七、进行被检件检测，具体检测方法如下：
(1)、超声波探伤仪与探头连接，产生电振荡并施加于发射探头上，激励探头产生超声波，超声波在被检件内反射后，由探头接收超声波并传送给超声波探伤仪。
(2)、调节超声波探伤仪检测灵敏度，以及门限位置。
(3)、将超声波探伤仪与数据采集卡连接，并确保数据采集卡与工控机配置完好。
(4)、将耦合剂通过耦合装置均匀涂抹在工件表面，探头装置开始在工件表面移动。
(5)、工控机接收摄像机图像，并搜寻探头位置。
(6)、工控机接收探头位置数据，同时读取数据采集卡从超声波探伤仪采集探头接收到的超声波信号的幅值，并对该位置的幅值信号进行保存，若探头经过该位置多次，仅保存幅值最大的那个数据。
(7)、调节绘制参数，如画笔大小，画笔颜色等。
(8)、工控机利用所保存的探头位置数据和该位置处的声波信号幅值，进行超声C扫描检测图像绘制。
(9)、移动探头，直至扫描覆盖视野内整个被检工件区域，检测图像均被赋色，保存检测图像。
步骤八、清理工件表面耦合剂，并擦拭干净，完成检测。
通过上面的操作步骤可获得被检工件的超声C扫描图像，从而实现其手动超声可视化无损检测。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于包括：摄像机(1)、数据采集卡(2)、工控机(3)、超声波探伤仪(4)、探测装置(5)、稳定光源(6)、支架(7)和工作台(8)；
摄像机(1)和稳定光源(6)均固定在支架(7)上，摄像机(1)正对工作台(8)，稳定光源(6)用于给工作台(8)照明，探测装置(5)与超声波探伤仪(4)连接，探测装置(5)对放置在工作台(8)上的被测件进行超声波检测，并将检测数据提供给超声波探伤仪(4)，数据采集卡(2)采集超声波探伤仪(4)的输出数据并提供给工控机(8)，摄像机(1)将拍摄的图像数据提供给工控机(3)，工控机(3)将接收到的图像数据以及超声波探伤仪(4)的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，实现基于摄像定位的超声可视化无损检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：还包括耦合装置(12)，用于在待测件表面喷涂耦合剂。
3.根据权利要求1所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：所述探测装置(5)包括探头(9)、探头套(10)和色标(11)；探头套(10)为一端开口的空心圆柱体，探头(9)安装在探头套(10)内部，色标(11)粘贴在探头套(10)封闭端外侧的中心位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：所述摄像机(1)全副帧数大于150帧/s，分辨率大于100万像素。
5.根据权利要求3所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：所述工控机(3)将接收到的图像数据以及超声波探伤仪(4)的输出数据进行处理，得到待测件的超声C扫描检测图像，具体为：
(1)对所述图像数据中探头色标的颜色进行校正，修正视场内光线不均导致的色标颜色偏差；
(2)定位探头(9)：在校正后的图像数据中进行全图搜寻探头(9)的位置，如果找到探头(9)位置，则进入步骤(3)；否则重新执行步骤(2)；
(3)在下一幅图像中，在以步骤(2)确定的探头(9)位置为中心的预设范围内再次搜寻探头(9)的位置；若没有找到，返回步骤(2)再进行全图搜寻探头位置，如果找到探头位置，则采集超声波探伤仪(4)的输出数据，并根据该超声波探伤仪(4)的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，之后进入步骤(4)；
(4)在下一幅图像中，在以步骤(3)确定的探头(9)位置为中心的预设范围内再次搜寻探头(9)的位置；若没有找到，返回步骤(2)再进行全图搜寻探头位置，如果找到探头位置，则采集超声波探伤仪(4)的输出数据，并根据该超声波探伤仪(4)的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，以此类推，直到检测结束，得到待测件的超声C扫描检测图像。
6.根据权利要求5所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：所述步骤(1)对图像数据进行校正具体为：
(1.1)将工控机(3)接收到的图像进行分区；
(1.2)将探头(9)在各分区内移动，进行探头套(10)端面中心位置识别；
(1.3)识别每一圆心位置处的色标(11)的RGB值，该RGB值即是色标(11)在该区域内的实际颜色；
(1.4)保存每一分区内识别出的色标(11)的RGB值，即实际颜色。
7.根据权利要求6所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：搜寻探头(9)的位置具体为：将每一点的颜色的RGB值与校正时所分区域得到的校正颜色的RGB值进行对比，二者颜色的RGB值偏差在预设范围内即认为该处为探头位置。
8.根据权利要求5所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：所述步骤(3)根据该超声波探伤仪(4)的输出数据以及探头位置数据进行C扫描图像绘制，具体为：
(3.1)设置画笔大小；
(3.2)根据设置的画笔大小，以探头位置为中心形成矩形区域；
(3.3)将该矩形区域填充颜色，
(3.4)重复步骤(3.2)～(3.3)，直到绘制完整体C扫描图像。
9.根据权利要求8所述的一种基于摄像定位的超声可视化无损检测装置，其特征在于：所述步骤(3.3)将该矩形区域填充颜色具体为：
(a)制作256阶的调色板；
(b)将超声波探伤仪(4)的输出数据与颜色对应起来，通过对
(V实际/Vmax)*256取整实现，其中，V实际是指超声波探伤仪(4)输出的电压数据，若该位置经过超声波探伤仪(4)的多次扫描，则V实际是指该位置超声波探伤仪(4)多次扫描输出的最大电压数据；Vmax是指超声波探伤仪(4)能输出的最大电压。
10.一种基于摄像定位的超声可视化无损检测方法，其特征在于：该检测方法基于如权利要求1～9中任一项所述超声可视化无损检测装置实现。
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