CN112862971A - 一种三维图像的重构方法及板中不规则缺陷检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维图像的重构方法及板中不规则缺陷检测装置，包括如下步骤：S1、启动驱动机构，驱动超声探头沿待检测板状工件表面进行超声检测，并接收超声脉冲回波信号；S2、将采集到的回波信号转换为三维空间坐标；S3、对三维空间坐标数据进行三维重构，三维重构过程中采用局部加权回归散点平滑法对图像进行平滑处理。本发明在获取到精确检测数据的基础上，采用局部加权回归散点平滑法对三维数据进行重构，即可直观的显示出板内缺陷的三维形状，整个过程无需对大量的波形数据做出分析判断，极大的降低了数据的处理难度，也极大的降低了重构和可视化的计算量，使得检测成本大幅降低。

Description

一种三维图像的重构方法及板中不规则缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及无损检测领域，具体是一种三维图像的重构方法及板中不规则缺陷检测装置。
背景技术
金属板可塑性小、耐腐蚀、密度小，在航空、航天、船舶等工业领域应用广泛。然而，材料在加工、运输、使用、储藏过程难免存在缺陷，如：折叠、裂纹、气泡、层片型夹杂等缺陷，该类缺陷随着时间的推移，可能会发生严重的损伤，引起设备的损坏。需要选择合适的方法判断金属板材中是否存在缺陷，避免安全事故的发生。
超声检测被广泛用于金属板材的缺陷检测中，随着超声无损检测技术的不断发展，总的发展趋势是由慢速成像向快速成像发展，由黑白图像向彩色图像发展，从二维图像向三维图像发展，然而目前的超声三维成像技术采样数据的操作复杂，对数据的处理难度大，重构和可视化的计算量巨大，导致检测成本较高，因此亟待解决。
发明内容
为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种三维图像的重构方法，在获取到精确检测数据的基础上，采用局部加权回归散点平滑法对三维数据进行重构，即可直观的显示出板内缺陷的三维形状，整个过程无需对大量的波形数据做出分析判断，极大的降低了数据的处理难度，也极大的降低了重构和可视化的计算量，使得检测成本大幅降低。本发明还提供了应用一种三维图像的重构方法的板中不规则缺陷检测装置，通过将待检测板状工件表面划分网格状区域后，启动驱动机构对网格区域逐一检测，稳定性高，提高了检测数据的精确性和检测效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种三维图像的重构方法，包括如下步骤：
S1、启动驱动机构，驱动超声探头沿待检测板状工件表面进行超声检测，并接收超声脉冲回波信号；
S2、将采集到的回波信号转换为三维空间坐标；
S3、对三维空间坐标数据进行三维重构，三维重构过程中采用局部加权回归散点平滑法对图像进行平滑处理。
作为本发明进一步的方案：在步骤S3中，以三维坐标中的x,y值确定需要平滑处理的数据，通过指定与x相邻的数据范围进行加权回归从而获得(x,y)的平滑值；回归系数的定义：
Figure BDA0002908601070000021
在对应的平滑拟合方程
Figure BDA0002908601070000022
中，梯度a和常数b定义为：
Figure BDA0002908601070000023
Figure BDA0002908601070000024
其中
Figure BDA0002908601070000025
和
Figure BDA0002908601070000026
分别是x和y的加权平均值；
设定采样速度，选取所获的采集数据来表示重构数据，采用局部加权回归散点平滑法对重构数据进行平滑处理。
作为本发明再进一步的方案：在步骤S1中，在检测前将待检测板状工件的表面网格化，以每个网格的中心或以网格的十字交点为超声探头的检测点，通过超声脉冲回波法对检测点进行逐点检测。
作为本发明再进一步的方案：所述网格为方形网格，其边长L满足公式：
Figure BDA0002908601070000027
其中D为超声探头直径。
作为本发明再进一步的方案：在步骤S1中，进行超声检测时，将待检测板状工件置入水槽中使其处于水平状态，驱动机构驱动超声探头浸入水槽中对待检测板状工件实施检测。
作为本发明再进一步的方案：在步骤S2中，以待检测板状工件其中一顶点为原点，以板身厚度方向为z轴，建立空间直角坐标系，根据网格的顺序标号即可获取缺陷点的x轴坐标和y轴坐标，探头在检测点所测的板状工件厚度d即对应z轴坐标：
d＝vt/2
其中t为采集的一次回波时间和二次回波时间之间的差值，v为超声波在板状工件中的声速。
应用一种三维图像的重构方法的板中不规则缺陷检测装置，包括固定在驱动机构上的超声探头，待检测板状工件表面划分为网格状的区域，所述超声探头的轴线垂直于待检测板状工件的板面，驱动机构驱动超声探头对待检测板状工件板面的网格区域逐一检测。
作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构为PLC四轴控制系统。
作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构的Z轴驱动段处设置有夹持器，夹持器将超声探头夹持固定。
作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构安装在固定架上，固定架上固定有水槽；待检测板状工件浸入水槽中并呈水平布置，所述驱动机构驱动超声探头浸入水槽中完成对待检测板状工件网格区域的逐点检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用局部加权回归散点平滑法对三维数据进行重构，即可直观的显示出板内缺陷的三维形状，整个过程无需对大量的波形数据做出分析判断，极大的降低了数据的处理难度，也极大的降低了重构和可视化的计算量，使得检测成本大幅降低。
2、本发明通过对板身进行网格状的划分，每个网格的中心点或网格的十字交点即为检测点，对检测点进行逐点检测，定位精度高且检测难度低，降低了数据的获取难度，且提高了检测的效率；网格设计为方形网格，且其边长由探头直径决定，满足了超声检测的检查等级需求。
3、本发明在检测前搭建好整个超声检测系统，使得检测时效率更高；对板身进行网格状的划分，根据网格点可直接获知缺陷点所在的x，y轴位置，再通过简单计算即可求得检测点所对应的板状工件厚度，而厚度值即对应缺陷点的z轴坐标，从而有效的识别缺陷点的深度位置，整体缺陷点的坐标的获取难度低，重构效率高。
4、本发明通过搭建好检测装置，采用驱动机构驱动超声探头对待检测板状工件进行均匀扫查，提高了检测过程中探头的稳定性。在驱动机构选用PLC四轴控制系统时，大幅提高了检测效率，亦提高了检测时获取数据的精确度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明三维图像的重构图。
图中：1、固定架；2、水槽；3、驱动机构；4、夹持器；5、超声探头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种三维图像的重构方法及板中不规则缺陷检测装置，在检测前，完成板中不规则缺陷检测装置的搭建。
板中不规则缺陷装置包括固定架1，固定架1形状不限，优选为框架式固定架；固定架1上装有驱动机构3，超声探头5即固定在驱动机构3上，驱动机构3实现驱动超声探头5沿X轴、Y轴、Z轴方向运动，优选为PLC四轴控制系统。
驱动机构安装完成后，在PLC四轴控制系统的Z轴驱动段设置夹持器4，夹持器4型号不限，将超声探头5夹持固定即可。
超声探头5优选为PANAMETRICS-NDT探头，扫查时调节PLC四轴控制系统的扫查速度与探头扫查速度一致。
固定架1上还固定有水槽2，水槽2中装入水，在检测前，先将待检测板状工件表面划分出网格状的区域，再将待检测板状工件水平固定在水槽2中，将超声探头5浸入水槽2中，使超声探头5的轴线与板面垂直即可开始检测。
以下具体介绍三维图像的重构方法：
S1、启动驱动机构3，驱动超声探头5沿待检测板状工件表面进行超声检测，并接收超声脉冲回波信号；
进行超声检测前，为方便确定检测点的位置，先将工件表面网格化，每个网格的中心点或网格的十字交点即为探头的检测点，为使检测效果更好，这里的网格为方形网格，确定好检测点后即可通过超声脉冲回波法对探测点进行逐点检测。
检测时探头和待检测板状工件均浸入水中，采用水耦合的方式。探头的接口处均做防水处理。
以长度200mm，宽度100mm的板状工件为例，选用的超声探头频率为5Mhz，直径为10mm，为使检查等级不低于II级，每一个网格的边长需满足：
Figure BDA0002908601070000051
其中D为超声探头5直径。
在使探头垂直于板面后即可开始检测。
驱动机构3驱动探头遍历每一个检测点，检测过程中探头产生超声波发射到板状工件中，纵波在板材中遇到缺陷后产生回波信号并被传感器接收，回波转换为电信号被脉冲接收器接收，并作为时域信号记录在数字示波器上，这里的数字示波器型号为TektronixDPO 3012型，示波器通过安装在PC端的DeskChoice Top数据采集软件再现时域波形。
S2、将采集到的回波信号转换为三维空间坐标；
为方便坐标的转换，以板状工件其中一个顶点为原点，以板身厚度方向为z轴建立空间直角坐标系，则由于将板身网格化后，网格边长已经确定，根据测量点所在的顺序标号可直接得出缺陷点的x轴坐标和y轴坐标，探头在检测点所测的板状工件厚度d即对应缺陷点的z轴坐标：
d＝vt/2
其中t为采集的一次回波时间和二次回波时间之间的差值，v为超声波在板状工件中的声速。
S3、对三维空间坐标数据进行三维重构，三维重构过程中采用局部加权回归散点平滑法对图像进行平滑处理。
以三维坐标中的x，y值确定需要平滑处理的数据，通过制定与x相邻的数据范围进行加权回归从而获得(x,y)的平滑值；回归系数的定义：
Figure BDA0002908601070000061
在对应的平滑拟合方程
Figure BDA0002908601070000062
中，梯度a和常数b定义为：
Figure BDA0002908601070000063
Figure BDA0002908601070000064
其中
Figure BDA0002908601070000065
和
Figure BDA0002908601070000066
分别是x和y的加权平均值；
以1cm/s的均匀采样速度,选取所获的采集数据来表示重构数据，采用局部加权回归散点平滑法对重构数据进行平滑处理。
上述的方法基于Matlab平台进行操作，先通过matlab软件将采集到的数据转换为三维坐标，用fittype函数创建拟合模型，使用局部加权回归散点平滑法时调用lowess函数，以获得拟合优度，最后完成三维重构。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维图像的重构方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、启动驱动机构(3)，驱动超声探头(5)沿待检测板状工件表面进行超声检测，并接收超声脉冲回波信号；
S2、将采集到的回波信号转换为三维空间坐标；
S3、对三维空间坐标数据进行三维重构，三维重构过程中采用局部加权回归散点平滑法对图像进行平滑处理。
2.根据权利要求1所述的一种三维图像的重构方法，其特征在于，在步骤S3中，以三维坐标中的x,y值确定需要平滑处理的数据，通过指定与x相邻的数据范围进行加权回归从而获得(x,y)的平滑值；回归系数的定义：
Figure FDA0002908601060000011
在对应的平滑拟合方程
Figure FDA0002908601060000012
中，梯度a和常数b定义为：
Figure FDA0002908601060000013
Figure FDA0002908601060000014
其中
Figure FDA0002908601060000015
和
Figure FDA0002908601060000016
分别是x和y的加权平均值；
设定采样速度，选取所获的采集数据来表示重构数据，采用局部加权回归散点平滑法对重构数据进行平滑处理。
3.根据权利要求1所述的一种三维图像的重构方法，其特征在于，在步骤S1中，在检测前将待检测板状工件的表面网格化，以每个网格的中心或以网格的十字交点为超声探头(5)的检测点，通过超声脉冲回波法对检测点进行逐点检测。
4.根据权利要求3所述的一种三维图像的重构方法，其特征在于，所述网格为方形网格，其边长L满足公式：
Figure FDA0002908601060000017
其中D为超声探头直径。
5.根据权利要求1所述的一种三维图像的重构方法，其特征在于，在步骤S1中，进行超声检测时，将待检测板状工件置入水槽(2)中使其处于水平状态，驱动机构(3)驱动超声探头(5)浸入水槽(2)中对待检测板状工件实施检测。
6.根据权利要求1所述的一种三维图像的重构方法，其特征在于，在步骤S2中，以待检测板状工件其中一顶点为原点，以板身厚度方向为z轴，建立空间直角坐标系，根据网格的顺序标号即可获取缺陷点的x轴坐标和y轴坐标，探头在检测点所测的板状工件厚度d即对应z轴坐标：
d＝vt/2
其中t为采集的一次回波时间和二次回波时间之间的差值，v为超声波在板状工件中的声速。
7.应用如权利要求1～6中任意一项一种三维图像的重构方法的板中不规则缺陷检测装置，其特征在于，包括固定在驱动机构(3)上的超声探头(5)，待检测板状工件表面划分为网格状的区域，所述超声探头(5)的轴线垂直于待检测板状工件的板面，驱动机构(3)驱动超声探头(5)对待检测板状工件板面的网格区域逐一检测。
8.根据权利要求7所述的板中不规则缺陷检测装置，其特征在于，所述驱动机构(3)为PLC四轴控制系统。
9.根据权利要求7所述的板中不规则缺陷检测装置，其特征在于，所述驱动机构(3)的Z轴驱动段处设置有夹持器(4)，夹持器(4)将超声探头(5)夹持固定。
10.根据权利要求7所述的板中不规则缺陷检测装置，其特征在于，所述驱动机构(3)安装在固定架(1)上，固定架(1)上固定有水槽(2)；待检测板状工件浸入水槽(2)中并呈水平布置，所述驱动机构(3)驱动超声探头(5)浸入水槽(2)中完成对待检测板状工件网格区域的逐点检测。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113579544A (zh) * 2021-08-11 2021-11-02 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种碳化硅碳靶材组件焊接结合率的检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110363767A (zh) * 2019-08-09 2019-10-22 中国特种设备检测研究院 一种轴类工件缺陷的网格化超声层析成像检测方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110363767A (zh) * 2019-08-09 2019-10-22 中国特种设备检测研究院 一种轴类工件缺陷的网格化超声层析成像检测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘嘉蔚等: "基于核超限学习机和局部加权回归散点平滑法的PEMFC 剩余使用寿命预测方法", 中国电机工程学报, pages 2 *
康丽萍: "基于离散检测点云三维重构的自由曲面加工精度研究", 中国优秀博硕士论文全文数据库（硕士）信息科技辑, pages 3 *
谷俊: "四轴全自动水浸法对杆中缺陷的重构研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑, pages 140 - 895 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113579544A (zh) * 2021-08-11 2021-11-02 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种碳化硅碳靶材组件焊接结合率的检测方法

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