CN113375568A - 一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法，其包括采用激光对金属抛光面进行线扫描，得到金属工件的三维信息，并将三维信息按固定数据格式存储在csv格式文件中；读取csv格式文件中的数据，并将读取出的数据信息存放在设定矩阵A_mn中；其中，矩阵A_mn的行的数量为扫描的行数，记为m；矩阵A_mn的列的数量为扫描线上点的个数，记为n；对矩阵A_mn中的元素进行分析和处理，根据矩阵A_mn中的元素与扫描的金属工件的真实高度差的对应式子为矩阵A_mn进行数值化取值，衍生出矩阵B_mn；若矩阵B_mn具有周期性，矩阵B_mn中仅且存在三种元素，则金属工件抛光拉丝为合格品；若矩阵B_mn不具有周期性，矩阵B_mn中存在三种以上的元素，则金属工件抛光拉丝为不合格品。

Description

一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法

技术领域

本发明涉及工业检测中无损检测方法领域，具体涉及一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法。

背景技术

在实际生产中，金属拉丝抛光过程中不可避免地会产生或浅、或深的不良情况，这样的产品只能重做产品或者沦为生产垃圾，拉丝抛光不良轻则影响美观，重则会有安全隐患。目前，这种无损检测目前多数靠人工检测，没有行之有效的智能生产方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、可靠的基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法，其包括步骤为：首先采用激光对金属抛光面进行线扫描，得到金属工件的三维信息，并将三维信息按固定数据格式存储在csv格式文件中。

接着读取csv格式文件中的数据，并将读取出的数据信息存放在设定矩阵A_mn中；其中，矩阵A_mn的行的数量为扫描的行数，记为m；矩阵A_mn的列的数量为扫描线上点的个数，记为n。

再对矩阵A_mn中的元素进行分析和处理，根据矩阵A_mn中的元素与扫描的金属工件的真实高度差的对应式子为矩阵A_mn进行数值化取值，衍生出矩阵B_mn。

若矩阵B_mn具有周期性，矩阵B_mn中仅且存在三种元素，则金属工件抛光拉丝为合格品；若矩阵B_mn不具有周期性，矩阵B_mn中存在三种以上的元素，则金属工件抛光拉丝为不合格品。

进一步地，金属工件的三维信息包括平面位置信息和改点高度信息。

进一步地，固定数据格式为：csv格式文件中的每一列表示某个时刻扫描线对应金属工件上的三维信息，每一行表示扫描金属工件所有线的叠加起来的数据。

进一步地，矩阵A_mn的列的数量n为固定值，矩阵A_mn中的元素为当前扫描的金属工件的高度，矩阵A_mn中的元素的数值为正整数且小于32768。

进一步地，在步骤S3中，根据对应式子将矩阵A_mn中的元素与真实高度差进行转换，对应式子为：

其中，h为真实高度差，单位为μm；h的取值范围，即扫描的高度范围为±Δh，Δh<<|h|_max；

α的数值可取[0.4,0.8,1.6,4,8,16]；x为矩阵A_mn中的元素，且x的取值区间为

进一步地，在步骤S3中，对矩阵A_mn进行数值化取值，衍生出矩阵B_mn；

即令a_ij是矩阵A_mn对应位置上的值，即矩阵A_mn中的元素的数值x，其中i∈[1,m]，j∈[1,n]；令b_ij为矩阵B_mn对应位置上的值，a_ij与b_ij的衍生关系为：

当a_ij∈[x₁,(2x₁+x₂)/3]，取b_ij＝-1；

当a_ij∈[(2x₁+x₂)/3,(x₁+2x₂)/3]，取b_ij＝0；

当a_ij∈[(x₁+2x₂)/3,x₂]，取b_ij＝1；

当a_ij<x₁或者a_ij>x₂，取b_ij＝2。

本发明的有益效果为：该基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法针对于抛光拉丝的高度具有一种特殊的周期性，通过激光线扫描金属抛光面，并对得到数据信息做预处理，然后应用算法，进行分析识别处理，进而检测出金属工件的合格品与不合格品，且可靠性和稳定性都能达到非常高的要求。

附图说明

图1示意性地给出了基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法的流程框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

参见图1，根据本申请设计，为克服现有技术的不足、生产智能化低和人力成本较高的现状，提供了一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法。常规地，由于抛光拉丝的高度具有一种特殊的周期性，本申请设计思路即为对这种周期性规律进行分析，进而做到不良金属工件的识别和分类。

该基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法的具体步骤包括：首先采用激光线扫描设备对金属抛光面进行线扫描，得到金属工件的三维信息，并将三维信息按固定数据格式存储在csv格式文件中。其中，金属工件的三维信息包括平面位置信息和改点高度信息。

接着，将得到的三维数据信息从设备中提取出来，做分析算法处理。具体表示为：读取csv格式文件中的数据，这些数据是通过激光线扫描设备线扫描得到的具有设备保存的固定格式。其固定数据格式为：csv格式文件中的每一列表示某个时刻扫描线对应金属工件上的三维信息，每一行表示扫描金属工件所有线的叠加起来的数据。

根据设备提供的数据格式，将读取出的数据信息存放在设定矩阵A_mn中；其中，矩阵A_mn的行的数量为扫描的行数，记为m；矩阵A_mn的列的数量为扫描线上点的个数，记为n。

其中，矩阵A_mn中的元素为当前扫描的金属工件的高度，且由于矩阵A_mn的列的数量n为固定值，而m值为扫描的行数，其取决于移动速度和扫描频率；因此在扫描初期，矩阵A_mn中的元素的数值为正整数且小于2的16次方，即32768。

根据对应式子将矩阵A_mn中的元素与真实高度差进行转换，对应式子为：

当然，也可以表示为：h＝(x-32768)*α。

其中，x为矩阵A_mn中的元素，h为真实高度差，单位为μm；α的数值可取[0.4,0.8,1.6,4,8,16]。同时，可根据扫描器类型定义h的取值范围，即扫描的高度范围为±Δh，且Δh<<|h|_max。

根据±Δh的取值范围和对应式子的公式，可得出x的取值区间，得到[X₁，X₂]，X₁，X₂<65536，直观地，即

接着，对矩阵A_mn中的元素进行分析和处理，根据矩阵A_mn中的元素与扫描的金属工件的真实高度差的对应式子为矩阵A_mn进行数值化取值，衍生出矩阵B_mn。

具体地，对矩阵A_mn进行特定处理，将其元素简单化。即令a_ij是矩阵A_mn对应位置上的值，即矩阵A_mn中的元素的数值x，其中i∈[1,m]，j∈[1,n]；令b_ij为矩阵B_mn对应位置上的值，a_ij与b_ij的衍生关系为：

当a_ij∈[x₁,(2x₁+x₂)/3]，取b_ij＝-1；

当a_ij∈[(2x₁+x₂)/3,(x₁+2x₂)/3]，取b_ij＝0；

当a_ij∈[(x₁+2x₂)/3,x₂]，取b_ij＝1；

当a_ij<x₁或者a_ij>x₂，取b_ij＝2，此为对应不良情况下的取值。

或可用分段函数来描述这种衍生关系，记为：x∈[a,b]，存在矩阵A_mn与矩阵B_mn之间的映射关系f(x)：

在实际操作中，矩阵B_mn包括但不限于形如：

矩阵B_mn具有周期性，矩阵B_mn中仅且存在三种元素，即-1，0，1；则金属工件抛光拉丝为合格品。

若矩阵B_mn不具有周期性，或矩阵B_mn中存在三种以上的元素，则金属工件抛光拉丝为不合格品。

当然，观察可以得到矩阵B_mn是具有一定的周期性，且方向与抛光拉丝刀的角度存在一定关系的周期关系。

在具体实施中，其方向与抛光拉丝刀的角度存在的周期关系为若被检测物是合格品，矩阵B_mn按扫描设备与旋转台的之间角度，旋转之后是秩始终为3的周期循环矩阵，其元素值为-1，0，1。

在实际操作中，可通过现有的检测控制系统夹持待检测工件，采用检测控制系统的激光对金属抛光面进行线扫描，采集金属工件各区域处的三维信息数据，选择性的进行取舍，具体可采取普取、抽取或感兴趣区域的采取。并对采集到的区域金属工件三维信息数据进行处理转化。

接着对数据进行算法的预处理，正则化或者阈值分割，将数据放入矩阵A_mn中，并对矩阵A_mn进行处理，衍生出矩阵B_mn，再对矩阵B_mn进行分析，分析矩阵B_mn的对称性和特殊周期通过设定算法处理获得检测结果，并根据检查结果判断该区域的金属工件部位是否合格。

本发明算法经过多种样本和长时间测试能够比较准确地识别金属抛光不良，可靠性和稳定性都能达到非常高的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.采用激光对金属抛光面进行线扫描，得到金属工件的三维信息，并将所述三维信息按固定数据格式存储在csv格式文件中；

S2.读取所述csv格式文件中的数据，并将读取出的数据信息存放在设定矩阵A_mn中；其中，矩阵A_mn的行的数量为扫描的行数，记为m；矩阵A_mn的列的数量为扫描线上点的个数，记为n；

S3.对矩阵A_mn中的元素进行分析和处理，根据矩阵A_mn中的元素与扫描的金属工件的真实高度差的对应式子为矩阵A_mn进行数值化取值，衍生出矩阵B_mn；

若矩阵B_mn具有周期性，矩阵B_mn中仅且存在三种元素，则金属工件抛光拉丝为合格品；若矩阵B_mn不具有周期性，矩阵B_mn中存在三种以上的元素，则金属工件抛光拉丝为不合格品。

2.根据权利要求1所述的基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法，其特征在于：所述金属工件的三维信息包括平面位置信息和改点高度信息。

3.根据权利要求1所述的基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法，其特征在于，所述固定数据格式为：所述csv格式文件中的每一列表示某个时刻扫描线对应金属工件上的三维信息，每一行表示扫描金属工件所有线的叠加起来的数据。

4.根据权利要求1所述的基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法，其特征在于：所述矩阵A_mn的列的数量n为固定值，矩阵A_mn中的元素为当前扫描的金属工件的高度，所述矩阵A_mn中的元素的数值为正整数且小于32768。

5.根据权利要求4所述的基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法，其特征在于：在所述步骤S3中，根据对应式子将矩阵A_mn中的元素与真实高度差进行转换，所述对应式子为：

其中，h为真实高度差，单位为μm；h的取值范围，即扫描的高度范围为±Δh，Δh<<|h|_max；

α的数值可取[0.4,0.8,1.6,4,8,16]；x为矩阵A_mn中的元素，且x的取值区间为

6.根据权利要求5所述的基于激光扫描的金属拉丝抛光不良检测算法，其特征在于：在所述步骤S3中，对矩阵A_mn进行数值化取值，衍生出矩阵B_mn；

即令a_ij是矩阵A_mn对应位置上的值，即矩阵A_mn中的元素的数值x，其中i∈[1,m]，j∈[1,n]；令b_ij为矩阵B_mn对应位置上的值，a_ij与b_ij的衍生关系为：

当a_ij∈[x₁,(2x₁+x₂)/3]，取b_ij＝-1；

当a_ij∈[(2x₁+x₂)/3,(x₁+2x₂)/3]，取b_ij＝0；

当a_ij∈[(x₁+2x₂)/3,x₂]，取b_ij＝1；

当a_ij<x₁或者a_ij>x₂，取b_ij＝2。

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