CN110823920A - 一种内孔侧壁表面缺陷采集装置、检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内孔侧壁表面缺陷采集装置、检测系统及方法，其中装置包括光纤内窥镜、反射镜面和光源模块，所述光纤内窥镜包括物镜、光纤束、目镜和图像采集模块，所述光源模块将光线照射到内孔侧壁表面上，所述反射镜面将内孔侧壁表面反射的光线反射至物镜，以使光线经过光纤束和目镜传输后，存储记录在图像采集模块上。本发明通过将光纤内窥镜与反射镜面进行结合，用于对内孔直径较小的内孔的侧壁表面进行图像信息采集，解决了目前无法对内孔侧壁表面缺陷的问题；另外，本发明提出装置还具有易于操作、检测效率高和可调整空间大的优点，可广泛应用于表面检测技术领域。

Description

一种内孔侧壁表面缺陷采集装置、检测系统及方法

技术领域

本发明涉及表面检测技术领域，尤其涉及一种内孔侧壁表面缺陷采集装置、检测系统及方法。

背景技术

目前常见的表面检测方法主要有：超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、涡流探伤等。这些方法对于孔内侧壁检测，特别是对孔深远大于孔直径的内孔侧壁检测，很难实现其检测功能。主要原因是设备无法到达小孔之中进行检测。而现普通的视觉检测方法，需要相机能够拍摄到被检测表面，这对孔内侧壁来说非常困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对与小孔侧壁表面检测的采集装置、检测系统及方法。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，包括光纤内窥镜、反射镜面和光源模块，所述光纤内窥镜包括物镜、光纤束、目镜和图像采集模块，所述光源模块将光线照射到内孔侧壁表面上，所述反射镜面将内孔侧壁表面反射的光线反射至物镜，以使光线经过光纤束和目镜传输后，存储记录在图像采集模块上。

进一步，所述光源模块采用漫射光源。

进一步，所述光源模块包括第一光源和第二光源，所述第一光源和第二光源对称安装在光纤内窥镜的同一横截面上。

进一步，所述第一光源和第二光源构成的夹角为120°～180°。

进一步，所述反射镜面安装位于物镜的正前方。

进一步，所述反射镜面与光纤束的中轴线的夹角为30°～60°。

进一步，所述图像采集模块采用工业相机。

本发明所采用的第二技术方案是：

一种内孔侧壁表面缺陷检测系统，包括图像信息采集装置和图像处理模块，所述图像信息采集装置和图像处理模块连接，所述图像信息采集装置采用如上所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置。

进一步，所述图像处理模块用于对图像信息采集装置采集的图像进行分析，具体分析的步骤如下：

将采集到的图像转化为灰度图像，对灰度图像进行图像滤波和增强对比度；

对经过对比度处理的图像进行二值化处理后，对图像中的缺陷进行检测。

本发明所采用的第三技术方案是：

一种内孔侧壁表面缺陷检测方法，包括以下步骤：

将图像信息采集装置伸入孔内，按照预设方式控制图像信息采集装置在孔内运动；

采用图像信息采集装置随着在孔内运动采集内孔侧壁表面的图像信息，并根据图像信息对内孔侧壁表面进行缺陷检测。

进一步，所述按照预设方式控制图像信息采集装置在孔内运动这一步骤，具体包括以下步骤：

控制图像信息采集装置沿图像信息采集装置的轴向做旋转运动；

控制图像信息采集装置沿图像信息采集装置的轴向做前后移动运动。

本发明的有益效果是：本发明通过将光纤内窥镜与反射镜面进行结合，用于对内孔直径较小的内孔的侧壁表面进行图像信息采集，解决了目前无法对内孔侧壁表面缺陷的问题；另外本发明提出装置还具有易于操作、检测效率高和可调整空间大的优点。

附图说明

图1是本发明一种内孔侧壁表面缺陷采集装置的结构示意图；

图2是光纤内窥镜工作原理的示意图；

图3是具体实施方式中漫射光源的示意图；

图4是具体实施方式中内孔的横截面的示意图；

图5是具体实施方式中图像处理模块处理图像的步骤流程图；

图6是本发明一种内孔侧壁表面缺陷检测方法的步骤流程图；

图7是具体实施方式中控制图像信息采集装置运动的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供了一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，包括光纤内窥镜、反射镜面1和光源模块，所述光纤内窥镜包括物镜3、光纤束4、目镜5和图像采集模块6，所述光源模块将光线照射到内孔侧壁表面2上，所述反射镜面将内孔侧壁表面2反射的光线反射至物镜3，以使光线经过光纤束4和目镜5传输后，存储记录在图像采集模块6上。

光纤内窥镜通过高品质的光导纤维束来传送图像，使用另外—组光导纤维束来实现光源的传送，在光导纤维束的两端增加一个物镜和一个目镜及控制部分，从而形成了一个光纤内窥镜，可通过目镜直接观察，内窥镜外层采用金属编织钨套管。参照图2，光纤内窥镜光纤传光是通过光的全反射来实现的。光线以

角入射到光纤的入射端面上，经折射以

角进入光纤后到达芯体与涂层间的光滑界面上，当入射光线满足全反射条件时，便会在界面上发生光纤内的全反射。全反射光线又以同样的角度，在相对界面发生第二次、第三次……若千次全反射，也就是光线在光纤内形成导波，直到从光纤的另一端面(即出射端面)射出。被检测物的光线反射后，经过物镜、光纤束和目镜到达人眼10，最终10被人眼所观测到。由于角度的问题，物镜主要接收正前方的反射过来的光线，如果直接采用现有的光纤内窥镜来检测小孔之中进行检测，只能接收到管道底壁反射的光线，而无法接收到侧壁反射的光线。

基于上述的问题，本实施例提出的装置包括光纤内窥镜、反射镜面1和光源模块，参照图1，所述光纤内窥镜可采用现有的光纤内窥镜来实现，所述反射镜面1采用能够反射光线的装置实现即可，所述光源模块用于在检测过程中提供光线，可以安装在光纤内窥镜，如果待检测物是一个两头具有开孔的管道，则可将光纤内窥镜从一个开孔内伸进去，光源模块通过从另一个开孔向孔内提供光线。本实施例的采集装置的工作原理为：将光纤内窥镜和反射镜面1伸入孔内，光源模块提供的光线照射在内孔的侧壁表面后，进行反射，反射镜面1将侧壁表面反射的光线进一步反射至光纤内窥镜的物镜上，从而使光线经过光纤束和目镜到底图像采集模块，因此采集到内孔侧壁表面的图像信息。由于只需将反射镜面1、物镜和光纤束伸入内孔，而这些装置可以设置得非常小，因此针对孔径小，且孔深远大于孔直径这种情况，通过本实施例的装置能够很好地采集到内孔侧壁表面的图像信息，为后期工作人员进行内孔侧壁表面缺陷检测提供材料。通过实验分析，本发明可以实现内孔直径大于8mm的内孔侧壁表面检测，根据搭配的相机不同，可以达到的检测精度0.005mm。其中，所述图像采集模块采用200万像素CCD工业相机。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述光源模块采用漫射光源。漫射光源的特点是从光源中发出的光线是任意角度的，在被检测物的表面各个位置都可以接收到光源。这种光源对于金属表面、弧形曲面等都有很好的打光效果。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述光源模块包括第一光源8和第二光源9，所述第一光源8和第二光源9对称安装在光纤内窥镜的同一横截面上。所述第一光源8和第二光源9构成的夹角为120°～180°。

在本实施例中，将光源模块安装在光纤内窥镜上，所述光源模块包括第一光源8和第二光源9，并对称地安装在光纤束两侧；关于两者之间的夹角，是可调整的，需要根据具体的内孔直径来定，如此能做到针对不同孔径范围达到良好的打光效果。具体地，漫射光源的打光角度和与光纤的距离可以根据需要来设计，当检测的工件内孔直径为14mm，光纤直径为 3mm的情况时，将第一光源8和第二光源9构成的夹角为120°，如此每个光源与图像采集模块夹角为60°。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述反射镜面1安装于物镜的正前方。所述反射镜面1与光纤束的中轴线的夹角为30°～60°。

所述反射镜面1与光纤束的中轴线的夹角的选择，根据内孔形状而定，如果内孔是普通圆柱形内孔，夹角为45度；如果内孔为锥孔或者是其他情况，夹角需要调整。这个角度的最终目的是增加一个转角，通过反射采集到更好的图像效果。具体地，当内孔为垂直内孔时，可设置反射镜面1和内窥镜光纤束的夹角为45°，这样可以实现采集到和内窥镜垂直侧壁的图像信息。

根据内孔形状而定，如果是普通圆柱形内孔，夹角为45度；如果是锥孔或者是其他情况，夹角需要调整。这个角度的最终目的是增加一个转角，通过反射采集到更好的图像效果。

本实施例还提供了一种内孔侧壁表面缺陷检测系统，包括图像信息采集装置和图像处理模块，所述图像信息采集装置和图像处理模块连接，所述图像信息采集装置采用如上所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置。

参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述图像处理模块用于对图像信息采集装置采集的图像进行分析，具体分析的步骤如下：

将采集到的图像转化为灰度图像，对灰度图像进行图像滤波和增强对比度；

对经过对比度处理的图像进行二值化处理后，对图像中的缺陷进行检测。

在本实施例中，图像信息采集装置采集到一系列有效的图像之后，根据可能出现的缺陷种类，设计不同的算法来实现缺陷检测。检测的曲线种类为划痕、沙眼、碰伤等，图像处理过程具体为：将采集到的彩图图像(RGB图像)转换为灰度图像，对灰度图像进行图像滤波及增强对比度，获得灰度值特征直方图，对图像进行二值化处理后，根据处理后的图片判断是否有缺陷，比如是否出现黑块局部区域或者白块局部区域，当出现时，标记缺陷。

如图6所示，本实施例还提供了一种内孔侧壁表面缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1、将图像信息采集装置伸入孔内，按照预设方式控制图像信息采集装置在孔内运动；

S2、采用图像信息采集装置随着在孔内运动采集内孔侧壁表面的图像信息，并根据图像信息对内孔侧壁表面进行缺陷检测。

参照图7，其中，步骤S1中所述按照预设方式控制图像信息采集装置在孔内运动的步骤，具体包括步骤A1～A2：

A1、控制图像信息采集装置沿图像信息采集装置的轴向做旋转运动；

A2、控制图像信息采集装置沿图像信息采集装置的轴向做前后移动运动。

将图像信息采集装置伸入内孔进行图像采集，一边控制图像信息采集装置的移动，一边采集内孔的侧壁图像信息。具体地，控制图像信息采集装置沿着光纤轴向上下运动，同时沿轴向顺时针或逆时针旋转。对采集的图像信息进行处理，并标记缺陷位置。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，其特征在于，包括光纤内窥镜、反射镜面和光源模块，所述光纤内窥镜包括物镜、光纤束、目镜和图像采集模块，所述光源模块将光线照射到内孔侧壁表面上，所述反射镜面将内孔侧壁表面反射的光线反射至物镜，以使光线经过光纤束和目镜传输后，存储记录在图像采集模块上。

2.根据权利要求1所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，其特征在于，所述光源模块采用漫射光源。

3.根据权利要求2所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，其特征在于，所述光源模块包括第一光源和第二光源，所述第一光源和第二光源对称安装在光纤内窥镜的同一横截面上。

4.根据权利要求3所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源构成的夹角为120°～180°。

5.根据权利要求1所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，其特征在于，所述反射镜面安装位于物镜的正前方。

6.根据权利要求5所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置，其特征在于，所述反射镜面与光纤束的中轴线的夹角为30°～60°。

7.一种内孔侧壁表面缺陷检测系统，其特征在于，包括图像信息采集装置和图像处理模块，所述图像信息采集装置和图像处理模块连接，所述图像信息采集装置采用权利要求1-6任一项所述的一种内孔侧壁表面缺陷采集装置。

8.根据权利要求7所述的一种内孔侧壁表面缺陷检测系统，其特征在于，所述图像处理模块用于对图像信息采集装置采集的图像进行分析，具体分析的步骤如下：

将采集到的图像转化为灰度图像，对灰度图像进行图像滤波和增强对比度；

对经过对比度处理的图像进行二值化处理后，对图像中的缺陷进行检测。

9.一种内孔侧壁表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将图像信息采集装置伸入孔内，按照预设方式控制图像信息采集装置在孔内运动；

采用图像信息采集装置随着在孔内运动采集内孔侧壁表面的图像信息，并根据图像信息对内孔侧壁表面进行缺陷检测。

10.根据权利要求9所述的一种内孔侧壁表面缺陷检测方法，其特征在于，所述按照预设方式控制图像信息采集装置在孔内运动这一步骤，具体包括以下步骤：

控制图像信息采集装置沿图像信息采集装置的轴向做旋转运动；

控制图像信息采集装置沿图像信息采集装置的轴向做前后移动运动。

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