CN103364485B - 基于超声扫描设备的多探头位置标定方法、扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，该方法首先在设备载物台上刻画一与设备XY向电机坐标正交的十字标记点；然后通过标准的扫描方法，获得该十字标记点在探头中的扫描图像；再通过对扫描图像进行分析，进而得出该十字标记点在图像中的坐标；最后通过坐标计算，获得探头的物理位置，实现探头的位置定位和获取探头间的间距。本发明能够实现扫描过程中实时的高精度图像拼接，并且不会出现拼接失败的问题。

Description

基于超声扫描设备的多探头位置标定方法、扫描方法

技术领域

本发明涉及超声扫描无损检测领域，尤其涉及一种基于超声扫描设备的多探头位置标定方法。

背景技术

超声扫描设备是用于检测物体表面、内部区域，产生高分辨率特征图像的检测***，广泛应用于无损检测领域。由于超声能量的传递要求介质是连续的，所以如气孔、杂质、分层、裂纹等不连续界面都会干扰超声信号传播或致使超声信号发生反射，据此原理对器件成像来判断此器件是否有缺陷。

随着工业的发展，人们对器件无损检测的要求越来越高，尤其是对设备的检测效率有了更高的要求。为了提高设备的扫描效率，可以在设备上安装两个或者多个探头，在不增加运动范围的情况下，增大扫描范围且提高效率。

由于两个或多个探头在物理位置上的不重合性，因此当对一个大的器件进行扫描检测时，需要把两个或多个探头各自扫描的图像进行裁剪拼接，组成一副完整且不失真的器件图像。

目前设备厂商一般采用图像拼接算法对每个探头扫描后的图像进行分析处理，进而实现图像的拼接融合，一般的算法有小波变换法等。这种方式存在几个问题，一是拼接精度不高，由于设备生成的图像为灰度图像，色彩等特征不够丰富，拼接后的图像会存在错位，影响图像质量；二是拼接可靠性低，图像处理算法需要从现有图像中挑选特征相同点进行定位,确定两幅图像之间的位置关系，而对某些器件来说，内部可能存在许多相同的特征，造成特征无法选取或者拼接失败；三是无法实时拼接，图像拼接算法只能是在两个或多个探头扫描完并且图像生成完毕后才能进行分析处理和拼接，因此无法实现边执行扫描动作边实时拼接图像。

发明内容

为了克服上述图像拼接算法拼接精度不高、可靠性低和不能实时拼接等不足的情况，本发明提供了一种双探头或多探头物理位置定位法，通过定位两个或多个探头的物理位置，对每个探头扫描后的图像进行相应的裁剪，能够实现扫描过程中实时的高精度图像拼接，并且不会出现拼接失败的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，包括如下步骤：

步骤1，在设备载物台上刻画一个标记；其中，标记可采用十字标记，进一步的，十字标记的横线与设备X向电机的运行方向平行，十字标记的竖线与设备Y向电机的运行方向平行；另外，十字标记的横线和竖线可互相等分且二者正交；

步骤2，通过标准的扫描方法，获取该标记在各个探头中的扫描图像；

步骤3，通过对扫描图像进行分析，进而得出该标记在图像中的坐标；

步骤4，通过坐标计算，获得各个探头的物理位置坐标和探头间的间距，实现探头的位置定位。

进一步的，步骤2中所述的标准的扫描方法具体如下：设备XY向电机带动探头在器件上方按照从左到右，从上到下的方式做往复运动，探头按照一定的分辨率采集被扫描区域内的超声波数据并生成图像数据。运动过程中，每到一个采样点，探头采集一次超声波回波数据并通过AD转换把该数据转换为数字量，进而转换为0到255范围内的数值，该数值作为该采样点的图像数据，如此循环往复，直至整个扫描范围扫描结束。

进一步的，步骤4所述的坐标计算方法具体如下：

(1) 建立设备坐标系和标记坐标之间的关系；其中标记可采用十字标记；

(2) 在标记上设定一个标记点，标记点可为十字标记的十字中心，获取该标记点的坐标（Xa，Ya）；

(3) 针对探头一扫描的图像，扫描起始点坐标为（X1，Y1），标记点在图像中的坐标为（X1a，Y1a），得出标记点的物理坐标为（X1+X1a，Y1+Y1a）；

(4) 针对探头二扫描的图像，扫描起始点坐标为（X1，Y1），标记点在图像中的坐标为（X2a，Y2a），得出标记点的物理坐标为（X1+X2a，Y1+Y2a）；

(5) 设两个探头间的物理坐标间距为（△X，△Y），由标记物理位置的唯一性可知：△X= X2a-X1a，△Y= Y2a-Y1a。

本发明还提供了一种采用上述的多探头位置标定方法的超声扫描设备的扫描方法，其进一步的包括：步骤5，执行正常扫描，首先依据得到的探头间的间距，计算出探头间即将扫描出的图像所需要裁剪的区域，然后在扫描过程中，判断扫描得到的像素点是否位于裁剪区域中，如果位于区域中则直接裁剪掉，同时把探头采集的数据进行实时的裁剪拼接，进而完成器件整个扫描图像的生成。

本发明还提供了一种超声扫描设备，其特征在于，包括：X向电机、Y向电机、设备载物台及至少两个探头，其中，设备载物台上刻画有用于标定探头位置的标记。

本发明不但可以确定两个探头的位置和二者的间距,也可以用于三个及更多探头的定位和间距获取。

通过采用上述技术方案，本发明实现了如下的有益结果：

1、把探头定位和间距获取与图像拼接两个过程进行了分离，简化了扫描过程中图像拼接的环节，提高了扫描和拼接效率。

2、一旦探头之间的间距成功获得，图像的拼接所需参数就已具备，不会出现因无法找到特征点造成图像拼接失败的现象。

3、可实现边扫描边图像拼接的实时拼接方式。

附图说明

图1 双探头扫描示意图；

图2 探头一扫描图像示意图；

图3 探头二扫描图像示意图；

图4 标记点的物理坐标位置；

图5 探头一扫描图像中标记点坐标与物理坐标位置关系；

图6 探头二扫描图像中标记点坐标与物理坐标位置关系；

图7 超声扫描设备结构示意图；

图8 探头数据采集与图像生成的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

本实施例以两个探头为例进行说明，如图8所示的探头数据采集与图像生成的流程示意图，该多探头位置标定方法包括如下步骤：

步骤1，在设备载物台上刻画一个标记，其中标记可为任何能被探头识别的标记，如图1所示，本发明以十字标记为例进行说明，该十字标记的横线与设备X向电机的运行方向平行，十字标记的竖线与设备Y向电机的运行方向平行；

步骤2，如图2、图3所示，选择较高的扫描分辨率，设置两个探头的采样频率和扫描范围后，设备X向和Y向电机带动探头在器件上方做往复运动，运动过程中，每到一个采样点，探头采集一次超声波回波数据并通过AD转换把该数据转换为数字量，进而转换为0到255范围内的数值，该数值作为该采样点的图像数据，如此循环往复，直至整个扫描范围扫描结束。此时载物台上十字标记就转化为扫描图像里的十字标记图像；

步骤3，如图5、图6所示进行探头图像分析，得出十字中心的坐标位置；

步骤4，换算出两个探头中十字标记的物理位置值，由于两个十字标记为同一个十字标记，因此，换算出的两个图像中十字标记的物理位置值之差就是两个探头的间距。计算过程如下：

(1) 建立如图4所示的设备坐标系和十字标记坐标的关系；

(2) 由图4可得，十字标记A的坐标（Xa，Ya）；

(3) 由图5可得，扫描起始点坐标为（X1，Y1），十字中心在图像中的坐标为（X1a，Y1a），得出十字中心的物理坐标为（X1+X1a，Y1+Y1a）；

(4) 由图6可得，扫描起始点坐标为（X1，Y1），十字中心在图像中的坐标为（X2a，Y2a），得出十字中心的物理坐标为（X1+X2a，Y1+Y2a）；

(5) 设两个探头间的物理坐标间距为（△X，△Y），由十字标记物理位置的唯一性可知：△X=X2a-X1a，△Y=Y2a-Y1a；

(6) 计算完毕。

在随后的扫描中，首先依据上面得到的间距，计算出两个探头即将扫描出的图像所需要裁剪的区域。然后在扫描过程中，判断扫描得到的像素点是否位于裁剪区域中，如果位于区域中则直接裁剪掉，同时把两个探头裁剪后的图像进行实时拼接，如此循环往复，直至生成完整的器件扫描图像。

在超声扫描设备包括三个以上探头的情况下，可根据上述多探头位置标定方法计算相邻探头间的间距，然后在随后的扫描中，依据得到的间距，计算出相邻探头即将扫描出的图像所需要裁剪的区域，并在扫描过程中，判断扫描得到的像素点是否位于裁剪区域中，如果位于区域中则直接裁剪掉，同时把相邻探头裁剪后的图像进行实时拼接，如此循环往复，直至生成完整的器件扫描图像。

如图7所示，本发明采用的超声扫描设备包括：X向电机、Y向电机、设备载物台及至少两个探头，其中，设备载物台上刻画有用于标定探头位置的标记。

显然，上面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。

Claims (10)

1.一种基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在设备载物台上刻画一个标记；

步骤2，通过标准的扫描方法，获取该标记在探头中的扫描图像；

步骤3，通过对扫描图像进行分析，进而得出该标记在图像中的坐标；

步骤4，通过坐标计算，获得探头的物理位置坐标和探头间的间距，实现探头的位置定位。

2.根据权利要求1所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，标记采用十字标记。

3.根据权利要求2所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，十字标记的横线与设备X向电机的运行方向平行，十字标记的竖线与设备Y向电机的运行方向平行。

4.根据权利要求2所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，十字标记包含横线和竖线，横线和竖线互相等分且二者正交。

5.根据权利要求1所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，步骤2中所述的标准的扫描方法具体如下：设备XY向电机带动探头在器件上方按照从左到右，从上到下的方式做往复运动，探头按照一定的分辨率采集被扫描区域内的超声波数据并生成图像数据。

6.根据权利要求5所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，选择较高的扫描分辨率，设置各个探头的采样频率和扫描范围后，设备X向和Y向电机带动探头在器件上方做往复运动，运动过程中，每到一个采样点，探头采集一次超声波回波数据并通过AD转换把该数据转换为数字量，进而转换为0到255范围内的数值，该数值作为该采样点的图像数据，如此循环往复，直至整个扫描范围扫描结束。

7.根据权利要求1所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，步骤4所述的坐标计算方法具体如下：

(1) 建立设备坐标系和标记坐标之间的关系；

(2) 在标记上设定一个标记点，并获取该标记点的坐标（Xa，Ya）；

(3) 针对探头一扫描的图像，扫描起始点坐标为（X1，Y1），标记点在图像中的坐标为（X1a，Y1a），得出标记点的物理坐标为（X1+X1a，Y1+Y1a）；

(4) 针对探头二扫描的图像，扫描起始点坐标为（X1，Y1），标记点在图像中的坐标为（X2a，Y2a），得出标记点的物理坐标为（X1+X2a，Y1+Y2a）；

(5) 设两个探头间的物理坐标间距为（△X，△Y），由标记物理位置的唯一性可知：△X= X2a-X1a，△Y= Y2a-Y1a。

8.根据权利要求7所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，标记采用十字标记，标记点为十字标记的十字中心。

9.根据权利要求1所述的基于超声扫描设备的多探头位置标定方法，其特征在于，超声扫描设备包括：X向电机、Y向电机、设备载物台及至少两个探头，其中，设备载物台上刻画有用于标定探头位置的标记。

10.一种采用权利要求1所述的多探头位置标定方法的超声扫描设备的扫描方法，其特征在于，还包括：

步骤5，执行正常扫描，首先依据得到的探头间的间距，计算出探头间即将扫描出的图像所需要裁剪的区域，然后在扫描过程中，判断扫描得到的像素点是否位于裁剪区域中，如果位于区域中则直接裁剪掉，同时把探头采集的数据进行实时的裁剪拼接，进而完成器件整个扫描图像的生成。