CN109100369B - 一种圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法，该方法包括如下步骤：步骤1，对圆柱组合工件按照圆轨迹或者螺旋轨迹进行CT扫描，圆柱组合工件包括围绕中心轴线分割而成的N瓣横截面呈扇形的工件，扫描的初始时刻，一条拼接缝正对射线源；步骤2，重建CT图像；步骤3，预处理CT图像；步骤4，确定每一扇形切片层中的缺陷和拼接缝；步骤5，对每一瓣工件建立一个柱状坐标系；步骤6，确定和记录步骤53中的各个缺陷在相应柱状坐标系中的位置。本发明方法根据圆柱形组合工件的自身结构形态，建立柱状坐标系与相应的坐标区域分离规则，可不依赖外部参照物，仅仅使用工件自身信息进行缺陷定位，易于表征缺陷在工件中的实际位置。
Description
技术领域
本发明涉及CT(英文全称为“Computed Tomography”)成像技术领 域，特别是涉及一种圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法。
背景技术
CT成像在工业无损检测中有着重要的应用，例如产品缺陷检测分析等。 在成像结果分析中，对于工件自身结构(例如组合结合部)的空隙(比如下 文提及的“拼接缝”)，与缺陷之间常常难以区分。此外，由于工件形状的对 称性，导致定位结果难以直观地与工件本身位置进行关联。因此，如何对圆 柱形组合工件的缺陷检测进行定位表征，是目前无CT检测分析中的难题，希 望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法来 克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
为实现上述目的，本发明提供一种圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征 方法，圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法包括如下步骤：
步骤1，对圆柱组合工件按照圆轨迹或者螺旋轨迹进行CT扫描，其中， 圆柱组合工件包括围绕中心轴线分割而成的N瓣横截面呈扇形的工件，相邻 的两瓣工件之间形成拼接缝，扫描的初始时刻，要求一条拼接缝正对射线 源；
步骤2，对步骤1扫描完成的数据进行重建，得到CT图像；
步骤3，对步骤2得到的CT图像进行预处理；
步骤4，根据步骤3得到的CT图像，确定每一扇形切片层中的缺陷和拼 接缝，具体包括如下：
步骤41，将步骤3得到的CT图像的当前扇形切片层进行底帽变换，并 对底帽变换后的结果进行相位一致性计算，利用阈值分割，得到每一扇形切 片层中可能为缺陷或拼接缝的像素；
步骤42，利用基于区域生长的Flood Fill算法，对步骤41所得到的可 能为缺陷或拼接缝的像素集合进行连通性标记，获得多个互相分离的连通区 域；
步骤43，根据步骤42中获得的各个连通区域的尺寸，分别确定每一扇 形切片层中的拼接缝和缺陷；
步骤5，将圆柱组合工件的中心轴线定义为端线，以对着射线源的组合 拼接缝为基准，顺时针定义N瓣工件依次为第一区域、第二区域，……，和 第N区域，对每一瓣工件建立一个柱状坐标系；和
步骤6，根据步骤5确定的柱状坐标系，确定和记录步骤53中的各个缺 陷在相应柱状坐标系中的位置。
进一步地，步骤5中，对于第一瓣工件对应的第一区域，柱坐标系 (u，v，z)定义如下：
z轴是中心轴线，u轴和v轴是第一区域的两个拼接缝在当前扇形切片 层的中心线，u轴和v轴分别垂直于z轴，且在z轴上相交于原点O；
设P(ρ，θ，z)为第一区域空间内的一点，z是P(ρ，θ，z)所在的当 前扇形切片层到第一瓣工件的底面的距离，ρ是P(ρ，θ，z)点到原点O的 距离，θ是P(ρ，θ，z)和原点O的连线与u轴的夹角；
依次类推，可按上述方式定义第二区域，……，和第N区域。
进一步地，每一瓣工件由圆柱组合工件均等分割而成，每一瓣工件的扇 形切片层的u轴和v轴的夹角为360度的N分之一。
进一步地，步骤41中的“阈值分割”具体包括：
将经由底帽变换和相位一致性计算后得到的扇形切片层中的每个像素的 值，与预先设定的阈值进行对比，大于阈值的像素则为可能为缺陷或拼接缝 的像素。
进一步地，步骤43具体包括：
面积不小于10cm2的连通区域为拼接缝，面积位于0.1cm2～10cm2之 间的连通区域为和缺陷。
进一步地，步骤43可由步骤45替代，步骤45包括：
根据步骤42获得多个互相分离的连通区域在柱状坐标系中的位置，分 别确定每一扇形切片层中的拼接缝和缺陷。
本发明方法根据圆柱形组合工件的自身结构形态，建立柱状坐标系与相 应的坐标区域分离规则，可不依赖外部参照物，仅仅使用工件自身信息进行 缺陷定位，容易区分图像的拼接缝和缺陷，易于表征缺陷在工件中的实际位 置。
附图说明
图1和图2是本发明所提供方法中的圆柱形组合工件放置在工业CT系 统中的扫描示意图，图中示意出了圆柱形组合工件的一条拼接缝需要正对射 线源；
图3是本发明所提供的方法中的圆柱组合工件的当前扇形切片层的示意 图；
图4是利用本发明所提供的方法确定的缺陷位置示意图。
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或 类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为 了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范 围的限制。
如图1和图2所示，本实施例所提供的圆柱形组合工件的缺陷5检测定 位表征方法包括如下步骤：
步骤1，对圆柱组合工件2按照圆轨迹或者螺旋轨迹进行CT扫描，扫描 的数据由探测器4获得。其中，圆柱组合工件2包括围绕中心轴线分割而成 的N瓣横截面呈扇形的工件，相邻的两瓣工件之间形成拼接缝3，扫描的初 始时刻，要求一条拼接缝3正对射线源1，这样重建出来的CT图像，与第一 个扫描角度开始时状态一致。横截面为垂直于圆柱组合工件2的中心轴线的 平面。
步骤2，对步骤1扫描完成的数据进行重建，得到CT图像。步骤2为现 有技术，为常规锥束CT扫描与重建，在此不再展开描述。
步骤3，对步骤2得到的CT图像进行预处理。“预处理”包括去噪预处 理，例如双边滤波对图像进行去噪，为后续缺陷5检测分析提高精度。
步骤4，根据步骤3得到的CT图像，确定每一扇形切片层中的缺陷5和 拼接缝3。也就是说，鉴于CT图像是三维立体图像，因此步骤4需要沿中心 轴线的一端至另一端的方向逐切片层地进行缺陷5和拼接缝3分析，其中， 切片层为二维图像，具体包括如下：
步骤41，将步骤3得到的CT图像的当前扇形切片层进行底帽变换，通 过底帽变换可将裂缝缺陷5或者拼接缝3凸显。再对底帽变换后的结果进行 相位一致性计算，通过相位一致性计算，可将图像中的每一点(像素)计算 出一个值，该值可用于表示该点是裂缝或者拼接缝3的可行性，值越大，越 可能是缺陷5或者拼接缝3。最后利用阈值分割，得到每一扇形切片层中可 能为缺陷5或拼接缝3的像素；
步骤42，利用基于区域生长的Flood Fill算法，对步骤41所得到的可 能为缺陷5或拼接缝3的像素集合进行连通性标记，获得多个互相分离的连 通区域，这些连通区域为缺陷5和拼接缝3各自对应的连通区域。
步骤43，根据步骤42中获得的各个连通区域的尺寸，分别确定每一扇 形切片层中的拼接缝3和缺陷5。
步骤5，将圆柱组合工件2的中心轴线定义为端线，以对着射线源1的 组合拼接缝3为基准，顺时针定义N瓣工件依次为第一区域、第二区 域，……，和第N区域，对每一瓣工件建立一个柱状坐标系，每一瓣建立一 个局部的坐标系。
步骤6，根据步骤5确定的柱状坐标系，确定和记录步骤53中的各个缺 陷5在相应柱状坐标系中的位置。
在一个实施例中，如图3所示，步骤5中，对于第一瓣工件对应的第一 区域，柱坐标系(u，v，z)定义如下：
z轴是中心轴线，u轴和v轴是第一区域的两个拼接缝3在当前扇形切 片层的中心线，u轴和v轴分别垂直于z轴，且在z轴上相交于原点O；
设P(ρ，θ，z)为第一区域空间内的一点，z是P(ρ，θ，z)所在的当 前扇形切片层到第一瓣工件的底面的距离，ρ是P(ρ，θ，z)点到原点O的 距离，θ是P(ρ，θ，z)和原点O的连线与u轴的夹角；
依次类推，可按上述方式定义第二区域，……，和第N区域。
通过步骤5，可在每一瓣上各自建立一个柱状坐标系，进而为步骤6能 够在每一个柱状坐标系下面分别判断该瓣工件的缺陷5。初始扫描时，其中 一条接缝是按照正对射线源1位置放置的，所以图像中的该条接缝的位置是 已知的。而且，圆柱组合工件2的形状已知(3瓣或则多瓣等)，所以可以推 断出其它拼接缝3的位置。以此为基础可以逐个定义出每一个区域。步骤6 中识别出来的缺陷5，则可以根据缺陷5在图像中的绝对位置，简单地描述出该缺陷5具体是圆柱组合工件2的第几区域的哪个位置上。
在一个实施例中，每一瓣工件由圆柱组合工件2均等分割而成，每一瓣 工件的扇形切片层的u轴和v轴的夹角为360度的N分之一。如图中示出的3 瓣工件组成的圆柱组合工件2，第二区域为第一区域旋转120°得到，第三区 域为第一区域旋转240°得到。
在一个实施例中，步骤41中的“阈值分割”具体包括：
将经由底帽变换和相位一致性计算后得到的扇形切片层中的每个像素的 值，与预先设定的阈值进行对比，大于阈值的像素则为可能为缺陷5或拼接 缝3的像素。“预先设定的阈值”是经验值，不同材料和形状的工件不完全 一致，例如对于非金属复合材料，其阈值可取0.5。
在一个实施例中，步骤43具体包括：
面积不小于10cm2的连通区域为拼接缝3，面积位于0.1cm2～10cm2之 间的连通区域为和缺陷5。拼接缝3与缺陷5的面积尺寸相差500～1000倍 以上。
在一个实施例中，步骤43可由步骤45替代，步骤45包括：
根据步骤42获得多个互相分离的连通区域在柱状坐标系中的位置，分 别确定每一扇形切片层中的拼接缝3和缺陷。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范 围。
Claims (5)
1.一种圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对圆柱组合工件按照圆轨迹或者螺旋轨迹进行CT扫描，其中，圆柱组合工件包括围绕中心轴线分割而成的N瓣横截面呈扇形的工件，相邻的两瓣工件之间形成拼接缝，扫描的初始时刻，要求一条拼接缝正对射线源；
步骤2，对步骤1扫描完成的数据进行重建，得到CT图像；
步骤3，对步骤2得到的CT图像进行预处理；
步骤4，根据步骤3得到的CT图像，确定每一扇形切片层中的缺陷和拼接缝，具体包括如下：
步骤41，将步骤3得到的CT图像的当前扇形切片层进行底帽变换，并对底帽变换后的结果进行相位一致性计算，利用阈值分割，得到每一扇形切片层中可能为缺陷或拼接缝的像素；
步骤42，利用基于区域生长的Flood Fill算法，对步骤41所得到的可能为缺陷或拼接缝的像素集合进行连通性标记，获得多个互相分离的连通区域；
步骤43，根据步骤42中获得的各个连通区域的尺寸，分别确定每一扇形切片层中的拼接缝和缺陷；
步骤5，将圆柱组合工件的中心轴线定义为端线，以对着射线源的组合拼接缝为基准，顺时针定义N瓣工件依次为第一区域、第二区域，……，和第N区域，对每一瓣工件建立一个柱状坐标系；和
步骤6，根据步骤5确定的柱状坐标系，确定和记录各个缺陷在相应柱状坐标系中的位置；
步骤5中，对于第一瓣工件对应的第一区域，柱坐标系(u，v，z)定义如下：
z轴是中心轴线，u轴和v轴是第一区域的两个拼接缝在当前扇形切片层的中心线，u轴和v轴分别垂直于z轴，且在z轴上相交于原点O；
设P(ρ，θ，z)为第一区域空间内的一点，z是P(ρ，θ，z)所在的当前扇形切片层到第一瓣工件的底面的距离，ρ是P(ρ，θ，z)点到原点O的距离，θ是P(ρ，θ，z)和原点O的连线与u轴的夹角；
依次类推，可按上述方式定义第二区域，……，和第N区域。
2.如权利要求1所述的圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法，其特征在于，每一瓣工件由圆柱组合工件均等分割而成，每一瓣工件的扇形切片层的u轴和v轴的夹角为360度的N分之一。
3.如权利要求1至2中任一项所述的圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法，其特征在于，步骤41中的“阈值分割”具体包括：
将经由底帽变换和相位一致性计算后得到的扇形切片层中的每个像素的值，与预先设定的阈值进行对比，大于阈值的像素则为可能为缺陷或拼接缝的像素。
4.如权利要求1至2中任一项所述的圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法，其特征在于，步骤43具体包括：
面积不小于10cm2的连通区域为拼接缝，面积位于0.1cm2～10cm2之间的连通区域为缺陷。
5.如权利要求1至2中任一项所述的圆柱形组合工件的缺陷检测定位表征方法，其特征在于，步骤43可由步骤45替代，步骤45包括：
根据步骤42获得多个互相分离的连通区域的位置，分别确定每一扇形切片层中的拼接缝和缺陷。
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