RU2323492C2 - Method for detecting surface flaws on cylindrical pieces of equipment - Google Patents
Method for detecting surface flaws on cylindrical pieces of equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2323492C2 RU2323492C2 RU2006109430/06A RU2006109430A RU2323492C2 RU 2323492 C2 RU2323492 C2 RU 2323492C2 RU 2006109430/06 A RU2006109430/06 A RU 2006109430/06A RU 2006109430 A RU2006109430 A RU 2006109430A RU 2323492 C2 RU2323492 C2 RU 2323492C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- angle
- end surfaces
- normal
- equipment
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии производства ядерного топлива, в частности к способам контроля внешнего вида топливных таблеток.The invention relates to a technology for the production of nuclear fuel, in particular to methods for controlling the appearance of fuel pellets.
Известен способ обнаружения дефектов на торцевых поверхностях топливных таблеток, реализованный в устройстве контроля цилиндрических объектов (патент US №4226539, МПК G01N 21/48).A known method for detecting defects on the end surfaces of fuel pellets, implemented in a device for monitoring cylindrical objects (US patent No. 4226539, IPC G01N 21/48).
Способ основан на перемещении контролируемого объекта на первую контрольную позицию, вращении объекта вокруг продольной оси, освещении боковой поверхности от источника излучения и приеме рассеянного боковой поверхностью излучения с помощью одномерного многоэлементного фотоприемника, перемещении объекта с постоянной скоростью без его вращения через вторую контрольную позицию в направлении, перпендикулярном оси объекта, освещении торцевых поверхностей объекта наклонными параллельными световыми потоками от источников света с коллиматорами, приеме рассеянного торцевыми поверхностями излучения многоэлементными линейными фотоприемниками, пороговой обработке видеосигналов с фотоприемников.The method is based on moving the controlled object to the first control position, rotating the object around the longitudinal axis, illuminating the side surface from the radiation source and receiving the radiation scattered by the side surface using a one-dimensional multi-element photodetector, moving the object at a constant speed without rotating it through the second control position in the direction perpendicular to the axis of the object, illuminating the end surfaces of the object with inclined parallel light fluxes from light sources with collies by sensors, reception of radiation scattered by end surfaces with multielement linear photodetectors, threshold processing of video signals from photodetectors.
Недостатками приведенного способа контроля являются его низкая чувствительность к мелким дефектам поверхности, так как пороговые уровни сигналов, используемые при пороговой обработке видеосигнала, определяются с учетом интегральной оценки интенсивности оптического сигнала от таблетки в отдельном оптическом канале. Очевидно, что мелкие редкие дефекты будут слабо влиять на средний уровень сигнала в этом канале. Кроме того, в данном способе в основных оптических каналах регистрируется рассеянное излучение от объекта, дающее изображение с низким контрастом, что также снижает вероятность обнаружения дефектов поверхности. Также в данном способе используется механическое сканирование торцевых поверхностей таблетки по одной координате, что требует высокой стабильности скорости линейного перемещения объекта, которую в производственных условиях обеспечить практически невозможно из-за наличия вибраций, приводящих к "смазу" видеосигнала и, как следствие, искажающих истинную геометрию дефектов. Более того, данный способ контроля обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не обеспечивает определение типа обнаруженного дефекта (трещина, скол, пора).The disadvantages of the above control method are its low sensitivity to minor surface defects, since the threshold signal levels used in the threshold processing of the video signal are determined taking into account the integrated assessment of the intensity of the optical signal from the tablet in a separate optical channel. It is obvious that small rare defects will have a weak effect on the average signal level in this channel. In addition, in this method, scattered radiation from the object is recorded in the main optical channels, giving an image with low contrast, which also reduces the likelihood of detecting surface defects. Also, this method uses mechanical scanning of the end surfaces of the tablet in one coordinate, which requires high stability of the linear velocity of the object, which in production conditions is almost impossible due to the presence of vibrations that lead to a “blur” of the video signal and, as a result, distort the true geometry defects. Moreover, this control method has limited functionality, since it does not provide a determination of the type of detected defect (crack, chip, pore).
Известен также способ полного визуального контроля и дистанционной сортировки таблеток ядерного топлива (патент WO №00/28549, МПК G21С 17/06, G01N 21/88).There is also known a method of complete visual control and remote sorting of nuclear fuel tablets (patent WO No. 00/28549, IPC G21C 17/06, G01N 21/88).
Способ включает подачу таблеток на позицию контроля, вращение таблетки на позиции контроля вокруг своей оси, при одновременном освещении боковой и торцевых поверхностей таблетки осветителями, излучающими световой поток в направлении под углом к нормали к торцевым поверхностям таблетки, регистрацию изображений торцевых поверхностей таблетки двумя камерами с прогрессивной разверткой, ориентированными под углом к нормали к торцевым поверхностям таблетки, регистрацию изображения боковой поверхности таблетки третьей камерой, одновременное отображение скомпонованных изображений поверхностей таблеток на одном контрольном мониторе, визуальный либо автоматический (с помощью ЭВМ) анализ изображений и дистанционную сортировку таблеток оператором (либо с помощью ЭВМ).The method includes feeding the tablets to the control position, rotating the tablet to the control position around its axis, while illuminating the side and end surfaces of the tablet with illuminators emitting light flux in a direction at an angle to the normal to the end surfaces of the tablet, registering images of the end surfaces of the tablet with two progressive cameras scan, oriented at an angle to the normal to the end surfaces of the tablet, registration of the image of the side surface of the tablet with a third camera, at the same time full display of arranged images of tablet surfaces on one control monitor, visual or automatic (using a computer) image analysis and remote sorting of tablets by an operator (or using a computer).
Недостатками приведенного способа контроля топливных таблеток являются низкая достоверность обнаружения дефектов торцевых поверхностей, обусловленная низким контрастом изображения по причине регистрации, в основном, рассеянного торцевыми поверхностями излучения, которое образуется при пространственном расположении осветителей и камер с одной стороны по отношению к нормалям к торцевым поверхностям таблетки.The disadvantages of the above method for monitoring fuel pellets are the low reliability of detection of defects on the end surfaces, due to the low contrast of the image due to the registration, mainly, of the radiation scattered by the end surfaces, which is formed when the illuminators and cameras are placed on one side with respect to the normals to the end surfaces of the tablet.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ автоматического контроля поверхности таблеток ядерного топлива (патент Японии №06-051091, МПК G21C 17/06, G01N 21/88).Closest to the proposed method is a method for automatically controlling the surface of nuclear fuel pellets (Japanese Patent No. 06-051091, IPC G21C 17/06, G01N 21/88).
Способ заключается в том, что таблетка с помощью транспортирующего устройства подается последовательно на позиции контроля ее поверхностей. На одной из них производится контроль боковой (цилиндрической) поверхности таблетки, на которой она подвергается вращению вокруг своей продольной оси. В процессе вращения полоска боковой поверхности таблетки освещается от одномерного облучающего устройства, причем лучи от него направлены по нормали к поверхности таблетки. Отраженные и рассеянные поверхностью таблетки лучи принимаются ПЗС камерой, оптическая ось которой располагается под углом 25-60° к направлению освещающих пучков. Электрический сигнал с камеры передается по каналу связи в аналитическое устройство. На другой позиции контроля подвергаются контролю торцевые поверхности таблетки. Торцевые поверхности поочередно освещаются от кольцевого осветителя, расположенного таким образом, чтобы не препятствовать прохождению отраженных лучей в устройство приема излучения. Отраженные и рассеянные поверхностью лучи принимаются ПЗС камерой, оптическая ось которой располагается перпендикулярно торцевой поверхности таблетки. Электрический сигнал с ПЗС камеры поступает в аналитическое устройство. В аналитическом устройстве за ноль (значение нормы) принимается значение такого электрического сигнала, который возникает при контроле таблеток самого высокого качества. Это значение получают в процессе обучения (калибровки) системы и хранят в памяти. Участку с дефектом поверхности будет соответствовать сигнал с меньшим, по сравнению с нормой, значением (будет отрицательным). Выявление отрицательных сигналов и является способом обработки, определяющим дефекты. Информация о дефектах заносится в память аналитического устройства и далее подключается программа, выявляющая некачественные таблетки, которые далее автоматически отделяются от качественных.The method consists in the fact that the tablet with the help of a transporting device is fed sequentially to the control position of its surfaces. One of them controls the lateral (cylindrical) surface of the tablet, on which it undergoes rotation around its longitudinal axis. During rotation, a strip of the side surface of the tablet is illuminated from a one-dimensional irradiating device, and the rays from it are directed normal to the surface of the tablet. The rays reflected and scattered by the surface of the tablet are received by a CCD camera, the optical axis of which is located at an angle of 25-60 ° to the direction of the illuminating beams. An electrical signal from the camera is transmitted via a communication channel to the analytical device. In another control position, the end surfaces of the tablet are controlled. The end surfaces are alternately illuminated from an annular illuminator arranged so as not to impede the passage of reflected rays into the radiation receiving device. The rays reflected and scattered by the surface are received by a CCD camera, the optical axis of which is perpendicular to the end surface of the tablet. An electrical signal from the CCD camera enters the analytical device. In the analytical device, the value of such an electrical signal, which occurs during the control of tablets of the highest quality, is taken as zero (norm value). This value is obtained during the training (calibration) of the system and stored in memory. The area with a surface defect will correspond to a signal with a lower value than the norm (it will be negative). The detection of negative signals is a processing method that identifies defects. Information about defects is recorded in the memory of the analytical device and then a program is connected that detects low-quality tablets, which are then automatically separated from high-quality ones.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются последовательная подача контролируемого объекта на позиции контроля его поверхностей, облучение полоски боковой поверхности объекта на позиции контроля боковой поверхности потоком излучения, прием отраженного от боковой поверхности излучения ПЗС камерой, передача электрического сигнала с камеры в аналитическое устройство, облучение первой торцевой поверхности объекта потоком излучения, прием отраженного от первой торцевой поверхности излучения ПЗС камерой, передача электрического сигнала, соответствующего первой торцевой поверхности, с ПЗС камеры в аналитическое устройство, облучение второй торцевой поверхности контролируемого объекта потоком излучения, прием отраженного от второй торцевой поверхности излучения ПЗС камерой, передача электрического сигнала, соответствующего второй торцевой поверхности, с ПЗС камеры в аналитическое устройство, обработка электрических сигналов от всех поверхностей объекта в аналитическом устройстве, сортировка объектов контроля на качественные и некачественные.Signs of the prototype that coincide with the essential features of the claimed invention are the sequential supply of the controlled object to the position of control of its surfaces, irradiation of the strip of the side surface of the object at the position of control of the side surface of the radiation stream, reception of the CCD reflected from the side surface of the radiation by the camera, transmission of the electrical signal from the camera to the analytical device, irradiating the first end surface of an object with a radiation flux, receiving reflected from the first end surface radiation from the CCD camera, transmitting an electric signal corresponding to the first end surface from the CCD camera to the analytical device, irradiating the second end surface of the object being monitored with a radiation stream, receiving the radiation from the second end surface of the radiation from the CCD camera, transmitting an electric signal corresponding to the second end surface from the CCD cameras into the analytical device, processing of electrical signals from all surfaces of the object in the analytical device, sorting the objects of control I'm on high-quality and low-quality.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относятся:The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method adopted for the prototype include:
- низкая вероятность обнаружения объектов контроля с поверхностными дефектами по причине низкого контраста получаемых изображений его поверхностей из-за их освещения потоком излучения, направленным перпендикулярно облучаемой поверхности, вследствие чего камера воспринимает не только отраженные от поверхности лучи, но и значительную часть рассеянного излучения;- low probability of detection of objects of control with surface defects due to the low contrast of the obtained images of its surfaces due to their illumination by the radiation flux directed perpendicular to the irradiated surface, as a result of which the camera perceives not only the rays reflected from the surface, but also a significant part of the scattered radiation;
- низкие информационные возможности способа, так как принятый в прототипе метод обработки сигнала в аналитическом устройстве не позволяет проводить анализ дефектов по типам (трещина, скол, пора...) и, следовательно, не обеспечивает получение важной технологической информации.- low information capabilities of the method, as the method of signal processing in the analytical device adopted in the prototype does not allow the analysis of defects by type (crack, chip, pore ...) and, therefore, does not provide important technological information.
Предлагаемое авторами изобретение ставит перед собой решение следующих задач:The invention proposed by the authors sets the solution to the following problems:
- повышение вероятности обнаружения объектов с поверхностными дефектами;- increasing the likelihood of detecting objects with surface defects;
- повышение информационных возможностей способа контроля.- improving the information capabilities of the control method.
При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат: оперативный, высоконадежный контроль цилиндрических объектов на наличие и характер поверхностных дефектов, высокая информативность контроля.When implementing the invention, the following technical result can be obtained: operational, highly reliable control of cylindrical objects for the presence and nature of surface defects, high information content of the control.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается благодаря регистрации отраженного от контролируемых поверхностей излучения, распараллеливания процессов регистрации изображений и обработки их в аналитическом устройстве, оригинальному способу обработки информации в аналитическом устройстве.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by registering the radiation reflected from the controlled surfaces, parallelizing the processes of image registration and processing them in an analytical device, an original method of processing information in an analytical device.
Отличительными от прототипа признаками являются: освещение боковой поверхности контролируемого объекта потоком излучения, направленным под углом φ к нормали к его поверхности, прием отраженного излучения под углом к нормали, равным углу падения облучающего потока; освещение торцевых поверхностей контролируемого объекта потоком излучения, направленным под углом α к нормали к торцевой поверхности, прием отраженного от торцевых поверхностей излучения под углом к нормали, равным углу падения облучающего потока; обработка полученных с приемников излучения изображений в аналитическом устройстве путем определения границ изображений поверхностей объекта в кадрах изображений по методу обхода границ, нахождения на изображениях поверхностей по методу обхода границ дефектных участков поверхностей, описания дефектных поверхностей геометрическими фигурами, вычисления площади этих фигур и определения типа дефектов. Решение о годности контролируемого объекта принимают на основе логических решающих правил.Distinctive features from the prototype are: illumination of the side surface of the controlled object with a radiation flux directed at an angle φ to the normal to its surface, receiving reflected radiation at an angle to the normal equal to the angle of incidence of the irradiating flux; illumination of the end surfaces of the controlled object with a radiation flux directed at an angle α to the normal to the end surface, receiving reflected from the end surfaces of the radiation at an angle to the normal equal to the angle of incidence of the irradiating stream; processing images obtained from radiation detectors in an analytical device by determining the boundaries of images of the surfaces of an object in image frames by the method of bypassing boundaries, by finding on the images of surfaces by the method of bypassing the boundaries of defective surface sections, describing defective surfaces by geometric figures, calculating the area of these figures and determining the type of defects. The decision on the suitability of the controlled object is made on the basis of logical decision rules.
Достижение технического результата возможно благодаря освещению торцевых поверхностей объекта контроля потоком излучения, направленным под углом к нормали к торцевой поверхности, приему отраженного от торцевых поверхностей излучения под углом, равным углу падения облучающего потока, освещению полосы боковой цилиндрической поверхности объекта, расположенной вдоль его продольной оси, потоком излучения, направленным под углом к нормали к поверхности объекта, приему отраженного излучения под углом, равным углу падения облучающего потока, обработки информации в аналитическом устройстве, заключающейся в определении границ изображений поверхностей объекта в кадрах изображений по методу обхода границ, поиске на изображениях поверхностей по методу обхода границ дефектных участков поверхностей, описании дефектных поверхностей геометрическими фигурами, вычислении площадей этих фигур, определении типа дефектов и принятии решения о годности таблетки на основе логических решающих правил.The achievement of the technical result is possible due to illumination of the end surfaces of the test object by the radiation flux directed at an angle to the normal to the end surface, reception of radiation reflected from the end surfaces at an angle equal to the angle of incidence of the irradiating flux, illumination of a strip of the lateral cylindrical surface of the object located along its longitudinal axis, radiation flux directed at an angle to the normal to the surface of the object, receiving reflected radiation at an angle equal to the angle of incidence of the irradiating beam processing of information in the analytical device, which consists in determining the boundaries of images of the surfaces of an object in image frames by the method of bypassing borders, searching on images of surfaces by the method of bypassing the boundaries of defective surface sections, describing defective surfaces by geometric figures, calculating the areas of these figures, determining the type of defects and deciding on the suitability of the tablet based on logical decision rules.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 - изображение торцевой поверхности без крупных поверхностных дефектов; на фиг.3 - изображение торцевой поверхности с характерными дефектами; на фиг.4 - изображение развертки боковой поверхности с характерными дефектами.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a diagram of a device that implements the inventive method; figure 2 - image of the end surface without large surface defects; figure 3 - image of the end surface with characteristic defects; figure 4 is a scan image of the side surface with characteristic defects.
Реализация способа предлагается, например, в устройстве контроля таблеток ядерного топлива, представленном на фиг.1, которое работает в соответствии с заявляемым способом следующим образом.The implementation of the method is proposed, for example, in the control device for tablets of nuclear fuel, shown in figure 1, which operates in accordance with the inventive method as follows.
Топливные таблетки 1 по вибролотку 2 непрерывным потоком параллельно друг другу подаются в транспортирующее устройство 3. Транспортирующее устройство 3 состоит из подвижного ротора 4 с пазами 5 для захвата таблеток. В корпусе 3 имеется кольцевая проточка 6, цилиндрические поверхности которой 7, 8 ограничивают перемещение таблеток 1 в радиальном направлении цилиндрических поверхностей 7, 8. В осевом направлении перемещение таблеток ограничивается с помощью стенок 9, 10. С вибролотка 2 таблетки поступают на позицию 11 транспортирующего устройства 3 и далее с помощью шагового привода подаются на позицию 12 устройства 3. На позиции 12 транспортирующего устройства 3 в боковой стенке 9 (сечение А-А) сделано отверстие, через которое таблетка освещается светом, направленным под углом α к нормали к торцевой поверхности 13 таблетки, от источника излучения 14. Отраженный от плоской поверхности таблетки под углом α к нормали свет собирается объективом 15 на фоточувствительную площадку многоэлементного двумерного фотоприемника 16 телевизионной камеры 17. Изображение поверхности 13 таблетки, зарегистрированное камерой 17, передается в аналитическое устройство 18, где оно оцифровывается и обрабатывается. Изображение торцевой поверхности годной таблетки при регистрации отраженных от поверхности 13 лучей будет иметь вид, приведенный на фиг.2, где темными точками 19 на ярком фоне выделяются мелкие области с дефектами, не являющимися признаком отбраковки таблетки. На фиг.3 приведено изображение торцевой поверхности 13 таблетки, на которой присутствуют крупные дефекты в виде сколов 20 на краю поверхности, сколов 21 на границе поверхности и отверстия 22, поры 23. Дефекты на ярком фоне поверхности в изображении будут высококонтрастными, так как свет, рассеянный на дефектах, в объектив камеры практически не попадает.Fuel tablets 1 are fed through a vibrating tray 2 in a continuous flow parallel to each other to a conveying device 3. The conveying device 3 consists of a movable rotor 4 with grooves 5 for gripping the tablets. In the housing 3 there is an annular groove 6, the cylindrical surfaces of which 7, 8 limit the movement of the tablets 1 in the radial direction of the cylindrical surfaces 7, 8. In the axial direction, the movement of the tablets is limited by the walls 9, 10. From the vibrating tray 2, the tablets arrive at position 11 of the conveying device 3 and then, using a step drive, they are fed to position 12 of device 3. At position 12 of the conveying device 3, a hole is made in the side wall 9 (section AA), through which the tablet is illuminated with light, directed at an angle α to the normal to the
Обработка изображения торцевой поверхности в аналитическом устройстве 18 производится в следующей последовательности.The image processing of the end surface in the analytical device 18 is performed in the following sequence.
Алгоритм поиска дефектов на торцевых поверхностях обрабатывает черно-белые снимки размером n×m пикселей (число элементов матрицы). Изображение торца на этом снимке находится в квадратном участке А размером k×k пикселей. Координаты участка А и ожидаемые координаты центра торца известны программе. Если торец не имеет дефектов, то его изображение содержит плоскую часть в виде светлого кольца и центральное отверстие в виде темного круга. Наличие фаски и мелких дефектов на границах кольца сказывается на том, что форма внешней и внутренней границ кольца имеет локальные отклонения от окружности.The defect search algorithm on end surfaces processes black-and-white images of size n × m pixels (the number of matrix elements). The end image in this image is located in a square plot A of size k × k pixels. The coordinates of section A and the expected coordinates of the center of the butt are known to the program. If the end face has no defects, then its image contains a flat part in the form of a light ring and a central hole in the form of a dark circle. The presence of a chamfer and small defects at the boundaries of the ring affects the fact that the shape of the outer and inner borders of the ring has local deviations from the circle.
Алгоритм обработки изображения торца разделяется на следующие этапы.The end image processing algorithm is divided into the following steps.
1. Поиск внешних контуров белых участков.1. Search for external contours of white areas.
В начале ищутся внешние границы всех белых участков в квадрате А. Для этого используется алгоритм обхода границ (см. Методы компьютерной обработки изображений. Под ред. Сойфера В.А. М., Физматлит, 2001 г.). Делается строчная горизонтальная развертка этого квадрата. Если после черных точек встретилась белая точка a, то процесс развертки прерывается и делается проверка, является ли эта белая точка границей белого участка или случайным мелким дефектом изображения. Для этого проверяются 8 соседних точек, окружающих точку а. Если все они оказались черными, то точка a объявляется случайной. Она игнорируется, и процесс развертки продолжается. Если при обходе соседей точки a обнаруживается белая точка b, то точки a и b объявляются граничными, и начинается проверка соседних точек точки b. Если среди них обнаружится белая точка с, то она также объявляется граничной. Такой процесс продолжается до тех пор, пока очередной белой точкой не окажется точка a, с которой начался процесс обхода границы. Все выделенные граничные точки описывают внешние контуры первого белого участка, внутри которого, возможно, имеются и черные участки. Может оказаться, что белое кольцо плоского торца разделено темными участками на несколько несвязных частей. Поиск других белых участков начинается с точки a, на которой была прервана развертка. Если при проходе очередной строки встречается белая точка, которая уже объявлена граничной, то развертка продолжается дальше с первой черной точки в этой строке. Процесс оконтуривания белых участков заканчивается после прохода всех точек квадрата А.In the beginning, the outer borders of all white areas in the square A are searched. For this, an algorithm for bypassing the borders is used (see Methods of computer image processing. Edited by V. A. Soifer, Fizmatlit, 2001). A horizontal horizontal scan of this square is made. If a white dot a occurs after black dots, the scanning process is interrupted and a check is made to see if this white dot is the border of the white area or an occasional minor image defect. To do this, 8 neighboring points surrounding the point a are checked. If all of them turned out to be black, then point a is declared random. It is ignored, and the sweep process continues. If bypassing the neighbors of point a a white point b is detected, then points a and b are declared boundary, and the check of neighboring points of point b begins. If a white dot c is found among them, then it is also declared boundary. This process continues until the next white point is point a, from which the border bypass process began. All selected boundary points describe the external contours of the first white area, inside which, possibly, there are also black areas. It may turn out that the white ring of the flat end is divided by dark sections into several disconnected parts. The search for other white areas begins at point a, at which the scan was interrupted. If during the passage of the next line there is a white point that has already been declared a boundary point, then the scan continues further from the first black point in this line. The process of outlining white areas ends after passing all the points of square A.
2. Построение границы белого участка2. Building the border of the white area
Выбираются две наиболее удаленные друг от друга граничные точки белого участка. Они определяют "диаметр" белого участка. Если белый участок не один, то выбирается максимальный диаметр. Строится окружность O1 с этим диаметром и центром в средней точке выбранного диаметра. Если белый участок был один, то эта окружность будет приближенной границей между плоской частью торца и фаской. Если диаметр не укладывается в заданные ограничения или если центр окружности отклоняется от предполагаемого центра торца на расстояние, большее допустимого, то таблетка считается бракованной.The two most distant boundary points of the white section are selected. They determine the "diameter" of the white area. If there is more than one white area, then the maximum diameter is selected. A circle O 1 is constructed with this diameter and center at the midpoint of the selected diameter. If the white section was one, then this circle will be the approximate boundary between the flat part of the end and the chamfer. If the diameter does not fit the specified restrictions or if the center of the circle deviates from the proposed center of the end by a distance greater than the permissible, then the tablet is considered defective.
3. Коррекция границы плоской части торца, полученной на этапе 2.3. Correction of the boundary of the flat part of the end face obtained in stage 2.
Для изображений, прошедших ограничения по п.2, делается уточнение внешней границы светлого кольца. Предполагается, что реальная граница не является окружностью, но отклоняется от нее не более чем на некоторую заданную величину V1. Строится кольцо шириной V1 и внутренней границей, совпадающей с окружностью O1. Кольцо делится на угловые сектора одинакового углового размера. В каждом секторе находится белая точка, наиболее удаленная от центра кольца. Эти точки соседних секторов соединяются отрезками прямых линий. В итоге получается кусочно-линейная граница G1, описывающая внешний контур полоской части торца.For images that have passed the limitations of claim 2, the outer boundary of the light ring is refined. It is assumed that the real boundary is not a circle, but deviates from it by no more than some given value V 1 . A ring of width V 1 and an inner boundary coinciding with the circle O 1 is constructed. The ring is divided into angular sectors of the same angular size. Each sector has a white dot farthest from the center of the ring. These points of neighboring sectors are connected by straight line segments. The result is a piecewise linear boundary G 1 that describes the external contour of the strip of the end part.
4. Поиск границы внутреннего отверстия.4. Search for the boundary of the inner hole.
Информация о координатах центра торца и диаметре центрального отверстия позволяет построить окружность O2, которая является первым приближением его границы. Строится кольцо шириной V2 и внешней границей, совпадающей с окружностью O2. Кольцо делится на угловые сектора одинакового углового размера. В каждом секторе находится белая точка, наиболее близкая к центру кольца. Эти точки соседних секторов соединяются отрезками прямых линий. В итоге получается кусочно-линейная граница G2, описывающая внешний контур отверстия или внутренний контур полоской части торца.Information on the coordinates of the center of the end and the diameter of the central hole allows you to build a circle O 2 , which is the first approximation of its boundary. A ring of width V 2 and an external boundary coinciding with the circle O 2 is constructed. The ring is divided into angular sectors of the same angular size. In each sector there is a white dot closest to the center of the ring. These points of neighboring sectors are connected by straight line segments. The result is a piecewise linear boundary G 2 that describes the outer contour of the hole or the inner contour of the strip of the end part.
5. Поиск дефектов.5. Search for defects.
Внутри между границами G1 и G2 делается поиск черных участков. Для этого применяется тот же метод, который описан выше. Обнаруженные единичные черные пиксели, окруженные белыми пикселями, игнорируются. Для каждого черного участка находятся его размеры, которые определяются площадью описывающего прямоугольника. С этой целью в каждом черном пятне находятся две наиболее удаленные друг от друга точки. Расстояние между ними принимается за сторону d описывающего прямоугольника. Затем находится точка, наиболее удаленная от линии, соединяющей эти две точки. Расстояние от этой точки до линии приравнивается к половине длины второй стороны е прямоугольника. Площадь такого дефекта принимается равной s=0,5ed.Inside between the boundaries of G 1 and G 2 , a search for black areas is done. To do this, use the same method as described above. Detected single black pixels surrounded by white pixels are ignored. For each black section, its dimensions are determined by the area of the describing rectangle. For this purpose, in each black spot there are two points farthest from each other. The distance between them is taken as the side d of the describing rectangle. Then there is the point farthest from the line connecting these two points. The distance from this point to the line is equal to half the length of the second side e of the rectangle. The area of such a defect is taken to be s = 0.5ed.
Считается, что дефекты, границы которых частично совпадают с границей G1, имеют свое продолжение и на фаске, не видимой на снимке. Для таких дефектов насчитывается дополнительная площадь, равная произведению длины совпадающей части границ на ширину фаски. Дефекты меньше определенных размеров в дальнейшей обработке не учитываются.It is believed that defects whose boundaries partially coincide with the boundary G 1 , have their continuation on the chamfer, not visible in the picture. For such defects, there is an additional area equal to the product of the length of the coincident part of the boundaries and the width of the chamfer. Defects smaller than certain sizes are not taken into account in further processing.
6. Отбраковка.6. Rejection.
Решение об отбраковке изделия принимается с помощью методов распознавания образов (см. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний. Изд. ИМ СО РАН, Новосибирск, 1999 г., 270 с.), основанных на логических решающих правилах (см. Лбов Г.С., Старцева Н.Г. Логические решающие правила и вопросы статистической устойчивости решений. Изд. ИМ СО РАН, Новосибирск, 1999 г., 211 с.). При обнаружении каждого очередного дефекта его площадь s сравнивается с допустимой площадью отдельного дефекта s1. Если этот порог превышен, то изделие бракуется. Если нет, то площадь s добавляется в счетчик площадей дефектов. Если сумма площадей дефектов S превышает порог S*, то изделие бракуется. Если ни одно из этих условий не выполняется, то изделие считается годным.The decision to reject the product is made using the methods of pattern recognition (see Zagoruyko N.G. Applied methods of data and knowledge analysis. Publishing House of the IM SB RAS, Novosibirsk, 1999, 270 pp.), Based on logical decision rules (see. Lbov G.S., Startseva N.G. Logical decision rules and questions of statistical stability of decisions.Id. IM SB RAS, Novosibirsk, 1999, 211 pp.). Upon detection of each successive defect, its area s is compared with the allowable area of an individual defect s 1 . If this threshold is exceeded, the product is rejected. If not, then the area s is added to the defect area counter. If the sum of the areas of defects S exceeds the threshold S *, then the product is rejected. If none of these conditions is met, then the product is considered suitable.
Логическое решающее правило выглядит так:The logical decision rule looks like this:
Далее таблетка, изображение которой обрабатывается в аналитическом устройстве 18, из позиции 12 перемещается в позицию 25. На этой позиции таблетка входит в зацепление с приводным валиком 26, который вращается с постоянной угловой скоростью. Через прямоугольное отверстие 27 в верхней части транспортирующего устройства 3, боковая цилиндрическая поверхность вращающейся таблетки освещается светом от источника света 28 под углом φ к нормали к образующей боковой поверхности. Изображение освещенной полосы боковой поверхности с помощью объектива 29 проецируется на фоточувствительную площадку линейного многоэлементного фотоприемника 30 одномерной приемной камеры 31. Сигнал с камеры 31 поступает в аналитическое устройство 18, где из последовательности строк формируется цифровое изображение развертки всей цилиндрической поверхности таблетки. Пример изображения развертки цилиндрической поверхности 32 с дефектами 19, 20, 23 и 24 (трещина) приведен на фиг.4. Изображение развертки цилиндрической поверхности обрабатывается в аналитическом устройстве 18 в процессе перемещения таблетки из позиции 25 в позицию 33.Next, the tablet, the image of which is processed in the analytical device 18, moves from position 12 to position 25. At this position, the tablet engages with a drive roller 26, which rotates at a constant angular velocity. Through a rectangular hole 27 in the upper part of the conveying device 3, the lateral cylindrical surface of the rotating tablet is illuminated by light from the light source 28 at an angle φ to the normal to the generatrix of the side surface. The image of the illuminated strip of the side surface using the lens 29 is projected onto the photosensitive area of the linear multi-element photodetector 30 of the one-dimensional receiving camera 31. The signal from the camera 31 is fed to an analytical device 18, where a digital scan image of the entire cylindrical surface of the tablet is formed from a sequence of lines. An example of a scan image of a
Алгоритм поиска дефектов на боковых поверхностях анализирует черно-белые снимки размером h×g пикселей с 256 градациями серого цвета. Изображение таблетки на этих кадрах представляет собой светлый прямоугольник, образованный строками развертки вдоль образующей цилиндра боковой поверхности таблетки. Площадь на кадре, не занятая анализируемым изображением, представляет собой темную область.The defect search algorithm on the side surfaces analyzes black-and-white images with size h × g pixels with 256 shades of gray. The image of the tablet in these frames is a bright rectangle formed by scan lines along the cylinder generatrix of the side surface of the tablet. The area on the frame, not occupied by the analyzed image, is a dark area.
Алгоритм обработки разделяется на следующие этапы.The processing algorithm is divided into the following steps.
1. Поиск границ боковой поверхности внутри кадра требуется для уточнения положения вертикальных границ изображения развертки в кадре. Эти границы соответствуют угловым точкам, отделяющим боковые поверхности от торцов таблетки. Для поиска границ определяется одномерная функция средней яркости пикселей каждой вертикальной линии кадра Е(х). Вычисляется среднее значение яркости по всему кадру Е0 и дисперсия яркостей D0.1. The search for the borders of the side surface inside the frame is required to clarify the position of the vertical borders of the scan image in the frame. These boundaries correspond to the corner points separating the side surfaces from the ends of the tablet. To search for boundaries, a one-dimensional function of average pixel brightness of each vertical line of the frame E (x) is determined. The average brightness value over the whole frame E 0 and the brightness variance D 0 are calculated.
Вначале находятся приближенные положения границ изображения. Для определения левой границы анализируются значения функции Е(х) при движении по оси х от левой границы кадра к его центру. Приближенной левой границей считается первая точка x10, в которой яркость превысила порог P0=E0+D0×k0. Аналогично находится приближенная правая граница - точка xr0. Значение коэффициента k0 выбирается при настройке системы.Initially, approximate positions of the image boundaries are found. To determine the left border, the values of the function E (x) are analyzed when moving along the x axis from the left border of the frame to its center. An approximate left border is the first point x 10 at which the brightness exceeded the threshold P 0 = E 0 + D 0 × k 0 . Similarly, the approximate right boundary is found - the point x r0 . The value of the coefficient k 0 is selected when setting up the system.
Зная приближенные положения границ, можно переходить к их уточнению. Для этого по участку оси х от точки х10 до точки xr0 определяются значение средней яркости изображения E1 и дисперсии яркости изображения D1. Если двигаться вдоль оси х от центра изображения к его краям, то будут обнаружены точки х11 и xr1, в которых значения функции Е(х) впервые станут меньше пороговой величины P1=E1-D1×k1. Значение коэффициента k1 выбирается при настройке системы. Найденные точки х11 и xr1 принимаются в качестве уточненного положения левой и правой границы изображения.Knowing the approximate positions of the boundaries, we can proceed to refine them. To do this, the value of the average image brightness E 1 and the image brightness variance D 1 are determined from the x-axis from the x 10 to the x r0 point. If you move along the x axis from the center of the image to its edges, then you will find points x 11 and x r1 , in which the values of the function E (x) for the first time become less than the threshold value P 1 = E 1 -D 1 × k 1 . The value of the coefficient k 1 is selected when setting up the system. The found points x 11 and x r1 are taken as the specified position of the left and right border of the image.
2. Отбраковка по ширине изображения. Если расстояние между левой и правой границами не укладывается в заданные ограничения, то таблетка считается нестандартной или дефектной и отбраковывается.2. Screening by image width. If the distance between the left and right borders does not fit into the given restrictions, then the tablet is considered non-standard or defective and rejected.
3. Отбраковка по проскальзыванию таблетки. Считается, что при съемке изображения было проскальзывание, если находится участок развертки, состоящий из более чем 10 одинаковых по яркости горизонтальных строк. Две соседних строки считаются одинаковыми, если сумма квадратов разностей яркостей их смежных по вертикали пикселей меньше некоторого порога. При проскальзывании не вся боковая поверхность представлена на изображении. На невидимой части поверхности может находиться дефект. По этой причине таблетка не может считаться гарантированно бездефектной и она отбраковывается.3. Rejection by slipping tablets. It is believed that when shooting the image there was slippage if there is a scan section consisting of more than 10 horizontal lines of equal brightness. Two adjacent lines are considered the same if the sum of the squares of the differences in brightness of their vertically adjacent pixels is less than a certain threshold. When slipping, not the entire side surface is represented in the image. There may be a defect on the invisible part of the surface. For this reason, the tablet cannot be considered guaranteed to be defect-free and it is rejected.
4. Выделение темных дефектов. На этом этапе происходит выделение темных дефектов, которые обычно соответствуют сколам. Для их выделения используется метод пороговой фильтрации. Вся поверхность с яркостью ниже определенного порога считается дефектной. Порог рассчитывается на основе среднего значения и дисперсии яркости развертки: P2=Е1-D1×k2, где k2 - параметр алгоритма.4. Isolation of dark defects. At this stage, dark defects are distinguished, which usually correspond to chips. To isolate them, the threshold filtering method is used. An entire surface with a brightness below a certain threshold is considered defective. The threshold is calculated based on the average value and variance of the sweep brightness: P 2 = E 1 -D 1 × k 2 , where k 2 is the algorithm parameter.
5. Выделение светлых дефектов. На этом этапе происходит выделение светлых дефектов. Выделение происходит пороговой фильтрацией. Вся поверхность с яркостью выше определенного порога считается дефектной. Порог рассчитывается на основе среднего значения и дисперсии яркости: Р3=Е1+D1×k3, где k3 - параметр алгоритма.5. Isolation of light defects. At this stage, light defects are highlighted. Isolation occurs by threshold filtration. An entire surface with a brightness above a certain threshold is considered defective. The threshold is calculated based on the average value and the variance of brightness: P 3 = E 1 + D 1 × k 3 , where k 3 is a parameter of the algorithm.
6. Определение размеров дефекта. Границы и характер дефекта определяются тем же методом, который использовался при анализе изображения торцов.6. Determining the size of the defect. The boundaries and nature of the defect are determined by the same method that was used when analyzing the image of the ends.
7. Исключение мелких и ложных дефектов. На этом этапе исключаются из дальнейшего рассмотрения слишком мелкие дефекты и дефекты, контраст которых меньше определенного порога. Контраст дефекта в данном случае определяется как разность средних яркостей дефекта и оставшейся части описывающего прямоугольника.7. Exclusion of minor and false defects. At this stage, too small defects and defects whose contrast is less than a certain threshold are excluded from further consideration. The defect contrast in this case is defined as the difference between the average brightness of the defect and the remaining part of the describing rectangle.
8. Исключение вложенных дефектов. Если описывающий прямоугольник одного дефекта вкладывается в описывающий прямоугольник другого дефекта, то меньший дефект считается вложенным, и исключается из дальнейшего рассмотрения.8. Exclusion of nested defects. If the describing rectangle of one defect is embedded in the describing rectangle of another defect, then the smaller defect is considered to be embedded, and is excluded from further consideration.
9. Поиск трещин. Темные дефекты, контуры которых не имеют общих точек с границами изображения и для которых отношение длины к ширине превышает k4 (параметр алгоритма), считаются трещинами.9. Search for cracks. Dark defects whose contours do not have common points with the image boundaries and for which the length to width ratio exceeds k 4 (algorithm parameter) are considered cracks.
10. Отбраковка. Пусть площадь i-го дефекта равна si, допустимая площадь отдельного дефекта равна sо, суммарная площадь всех p дефектов равна Sp, допустимая суммарная площадь всех дефектов равна Sp0, длина j-ой трещины равна lj, допустимая длина отдельной трещины равна lо, суммарная длина всех q трещин равна Lq, допустимая суммарная длина всех трещин равна Lq0. Для отбраковки по трещинам и другим дефектам используется следующее логическое решающее правило.10. Rejection. Let the area of the ith defect be equal to s i , the allowable area of an individual defect is equal to s о , the total area of all p defects is S p , the allowable total area of all defects is S p0 , the length of the jth crack is l j , the allowable length of an individual crack is l o , the total length of all q cracks is L q , the allowable total length of all cracks is L q0 . The following logical decision rule is used to reject for cracks and other defects.
На позиции 33 производится регистрация изображения второй торцевой поверхности 34 таблетки с помощью осветителя 35, объектива 36, камеры 37 с матричным двумерным фотоприемником 38. Далее в процессе движения таблетки до позиции 39 траспортирующего устройства 3 производится обработка информации с камеры 37 в аналитическом устройстве 18 по описанному ранее для торцевой поверхности 13 алгоритму. Ко времени поступления таблетки на позицию 39, в аналитическом устройстве принимается решение о годности таблетки и выдается сигнал управления на отбраковщик 40, который направляет проконтролированную таблетку в соответствующую приемную емкость (41 - для брака, 42 - для годных таблеток). Таким образом, в описанном устройстве реализован принцип конвейерной обработки с распараллеливанием процессов перемещения таблетки, получения и обработки видеоинформации.At position 33, the image of the second end surface 34 of the tablet is recorded using the illuminator 35, lens 36, camera 37 with a two-dimensional array photodetector 38. Next, when the tablet moves to position 39 of the transporting device 3, information from the camera 37 is processed in the analytical device 18 as described earlier for the
В качестве фотоприемных камер 17, 37 могут использоваться ПЗС-камеры фирмы Hitachi (модель КР-М1АР) с разрешением 795×596 пиксел с контроллером Leutron Vision "Pie Port-Mono-H4" (WWW.leutron.com). В качестве линейной камеры 31 может быть использована камера VS-Ld-751 ЗАО "НПК Видеоскан" (WWW.VIDEOSCAN.RU) с контроллером VS-2001. В качестве объективов 15, 36 можно использовать объективы "Мир 38Б", в качестве объектива 29 объектив "Юпитер 3 (15/50)". Аналитическое устройство может быть реализовано на компьютере "Pentium-4". Все три контроллера камер вставляются в компьютер. В осветителях 14, 28, 35 можно применить светодиоды АЛ 336К (а АО. 336. 364 ТУ). Углы α и φ могут быть примерно 15 и 35 градусов соответственно. Все приводы подвижных частей устройства могут быть реализованы на шаговых двигателях ДШИ-200 (Я2М3. 595.057 ТУ) с управлением от контроллера на основе микропроцессора ATMEL AT 8958252. Связь компьютера и контроллера производится по каналу RS 232.Hitachi CCD cameras (model KR-M1AP) with a resolution of 795 × 596 pixels with a Leutron Vision Pie Port-Mono-H4 controller (WWW.leutron.com) can be used as photodetector cameras 17, 37. As the linear camera 31, the VS-Ld-751 camera of NPK Videoscan CJSC (WWW.VIDEOSCAN.RU) with the VS-2001 controller can be used. As the lenses 15, 36, you can use the lens "World 38B", as the lens 29 lens "Jupiter 3 (15/50)." The analytical device can be implemented on a Pentium-4 computer. All three camera controllers are inserted into the computer. In illuminators 14, 28, 35 it is possible to use AL 336K LEDs (and AO. 336. 364 TU). The angles α and φ can be approximately 15 and 35 degrees, respectively. All drives of the moving parts of the device can be implemented on DSHI-200 stepper motors (Ya2M3. 595.057 TU) controlled by a controller based on the ATMEL AT 8958252 microprocessor. Computer and controller are connected via RS 232 channel.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109430/06A RU2323492C2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Method for detecting surface flaws on cylindrical pieces of equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109430/06A RU2323492C2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Method for detecting surface flaws on cylindrical pieces of equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006109430A RU2006109430A (en) | 2007-09-27 |
RU2323492C2 true RU2323492C2 (en) | 2008-04-27 |
Family
ID=38953875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006109430/06A RU2323492C2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Method for detecting surface flaws on cylindrical pieces of equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2323492C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548564C2 (en) * | 2013-02-12 | 2015-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-произвдственный центр антитеррористической и криминалистической техники "Спектр-АТ" | Apparatus for automated inspection of surface and volume defects of ceramic nuclear fuel |
RU2608681C2 (en) * | 2013-12-23 | 2017-01-23 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Device for measurement of geometric deformation of the walls of cylindrical and spherical tanks filled light oil (gases) |
-
2006
- 2006-03-24 RU RU2006109430/06A patent/RU2323492C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548564C2 (en) * | 2013-02-12 | 2015-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-произвдственный центр антитеррористической и криминалистической техники "Спектр-АТ" | Apparatus for automated inspection of surface and volume defects of ceramic nuclear fuel |
RU2608681C2 (en) * | 2013-12-23 | 2017-01-23 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации | Device for measurement of geometric deformation of the walls of cylindrical and spherical tanks filled light oil (gases) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006109430A (en) | 2007-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5216481A (en) | Method of and apparatus for inspecting transparent object for defect | |
US6061086A (en) | Apparatus and method for automated visual inspection of objects | |
US7099002B2 (en) | Defect detector and method of detecting defect | |
CN110596135A (en) | Sheet glass edge flaw detection device based on image acquisition | |
JP5031691B2 (en) | Surface flaw inspection device | |
JPH04166751A (en) | Method and apparatus for inspecting defect in bottle and the like | |
JPH03502138A (en) | Article inspection system for analyzing edges and adjacent sides | |
JPH11510256A (en) | Bottle thread inspection system and method of operation | |
JP2017053790A (en) | Defect detection device and defect detection method | |
US20040247193A1 (en) | Method and apparatus for article inspection | |
CN102419334A (en) | Device and method capable of simultaneously detecting evenness and cleanness of plane mirror | |
JP2012026858A (en) | Device for inspecting inner peripheral surface of cylindrical container | |
CN1924886A (en) | Iris recognition system using visible light and identification method thereof | |
RU2323492C2 (en) | Method for detecting surface flaws on cylindrical pieces of equipment | |
KR20140031392A (en) | Container mouth portion inspection method and device | |
CN212207061U (en) | Bottle bottom defect detection system | |
CN113205499A (en) | Bearing defect modular detection device and method based on machine vision | |
JP6605772B1 (en) | Defect inspection apparatus and defect inspection method | |
CN210375628U (en) | Lens detecting system | |
JPH0658733A (en) | Inspecting method of nonuniform section of glass bottle | |
JPH10137696A (en) | Separation method and its device | |
JPH06118026A (en) | Method for inspecting vessel inner surface | |
Finogenov et al. | An optoelectronic system for automatic inspection of the external view of fuel pellets | |
JPH043820B2 (en) | ||
JPH067171B2 (en) | Moving object detection method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190325 |