CN114280083B - 一种基于线阵相机自动cnc编程实现工业x光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，是利用线阵相机的高速刷新和连续拍摄特性，针对大尺寸平整铸件在工业X光无损检测过程原CNC检测方式效率低下的问题，通过线阵相机快速拍摄被检测大尺寸平整铸件的连续完整表面图片，将铸件的完整表面图片发送到线阵相机图像处理单元，线阵相机图像处理单元自动计算并CNC编程，运动控制单元接收到CNC程序并控制X光检测平台和X光采集设备摄取X光图，发送给X光图像处理单元。本发明省去了由操作人员手动进行CNC编程的繁复操作和冗长耗时，无需人工干预即可自动而快速地完成大尺寸平整铸件的工业X光无损检测，极大地提高了检测效率。

Description

一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸 平整铸件的检测方法

技术领域

本发明涉及X射线检测技术领域，具体涉及一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法。

背景技术

利用工业X光无损检测来检测工业铸件越来越被铸造工厂和其上下游客户所认可，是提高产品质量和完善品控的高效方法。工业X光无损检测主要是应用X光的特殊穿透性，在不破坏铸件本身的前提下，由操作人员控制X光检测机构移动并照射铸件不同部位，获得铸件的透视X光图像，最后依据X光图像判断铸件是否存在内部质量缺陷。

随着产品产量的提升，操作人员控制X光检测机构运动进行无损检测的方法极大的限制了检测效率。后来有人提出了利用CNC编程检测位置，由运动控制单元控制X光检测机构移动并获取X光图像，一定程度上提高了批量检测相同造型或型号的铸件的检测效率。

CNC编程的X光无损检测方法需要针对不同造型铸件提前编制专用的CNC程序。需要由操作人员控制X光检测机构移动到检测位置，再记录此检测位置，重复上述操作完成CNC编程。随着铸件造型或型号增多，编制不同的CNC程序需要占用大量的人员和时间；铸件尺寸越大，编制一次专用CNC程序的耗时也就越长。对于大尺寸平整铸件而已，一次手动CNC编程需要的时间更是长达数十分钟。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明提供一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其极大的提高了大尺寸平整铸件的检测效率。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其特征在于：采用由线阵相机、线阵相机图像处理单元、运动控制单元、X光采集设备、X光检测平台、X光图像处理单元构成的检测***，

包括以下步骤，

S1、将被检测大尺寸平整铸件放置到工业X光检测平台上，运动控制单元开始控制线阵相机按照预定的方向从被检测大尺寸平整铸件的一侧移动到另一侧；

S2、线阵相机同步开始拍摄被检的大尺寸平整铸件的连续完整表面图片；

S3、线阵相机将摄取的图片传输到线阵相机图像处理单元中，合成完整的大尺寸平整铸件的连续完整表面图片；

S4、线阵相机图像处理单元根据从运动控制单元接收到的坐标参数信息，计算出单次检测视野的最小检测网格；

S5、线阵相机图像处理单元自动识别完整表面图片中被检大尺寸平整铸件的全部检测区域，并在大尺寸平整铸件的完整表面图片上划分检测网格，每个网格对应一个X光图像检测视野的位置；

S6、线阵相机图像处理单元根据划分的检测网格，自动CNC编程，并将生成的CNC程序发送给运动控制单元；

S7、运动控制单元接收到CNC程序后，控制X光检测平台移动，并通知X光采集设备摄取X光图像；

S8、X光采集设备将摄取到的X光图实时发送给X光图像处理单元；在图像处理单元上呈现X光检测图像，供操作人员判断铸件是否存在质量缺陷，完成检测。

进一步地，在重复检测相同型号批次的铸件时，可直接调用经过步骤S1-S6生产的程序。

进一步地，步骤S5中可替代的由人工选择所有需要检查的检测网格，线阵相机图像处理单元再根据选择结果自动CNC编程，并将编好的程序发送给运动控制单元。

进一步地，所述X光检测平台包括用于设置X光采集设备的C型臂、用于控制C型臂升降滑轨、用于承载工件的水平滑轨，所述C型臂的对称中部设置于所述升降滑轨上，所述水平滑轨沿所述C型臂的对称中线设置，所述水平滑轨上设置有转台。

进一步地，所述X光采集设备包括设置于所述C型臂一端的X光源发生器、设置于所述C型臂另一端的平板探测器，且所述X光源发生器与所述平板探测器正对设置，所述线阵相机与所述X光源发生器同轴上下重叠放置。

进一步地，步骤S6的自动编程转换算法过程如下，

①测量并得到工件表面侧到X光采集设备中X光发生器或线阵相机前端表面的距离，记为物距f；线阵相机垂直方向匀速移动扫描摄取得到大尺寸平整铸件表面图片，图片像素尺寸为px、py；X光采集设备焦距已知记为F；

②计算在当前物距条件下X光采集设备有效采集成像视野对应的大尺寸平整铸件表面区域的边长(mm)，记为水平长度L_x和垂直长度L_y：

其中：R为X光多图检测时要求的塔接区域比例；l_0x和l_0y分别为X光采集设备的感应器水平尺寸和垂直尺寸(mm)；

L_x、L_y即为CNC编程中单次检测网格对应的大尺寸平整铸件单次检测区域的实际边长(mm)；

③已知的线阵相机的有效(最大)扫描成像视野角度α由线阵相机传感器及参数决定，一旦线阵相机传感器参数固定，角度α即为已知固定值；线阵相机有效扫描成像有效视窗边长(mm)，记为水平长度l_1x和垂直长度l_1y(线阵相机垂直方向运行行程l_1y由检测平台机构尺寸决定,已知的常量)，线阵相机摄取的大尺寸平整铸件表面图片尺寸已知为p_x、p_y；计算像素(pixel)-长度(mm)转换系数γ_x和γ_y：

④计算线阵相机扫描得到的大尺寸平整铸件图片上标记的最小单元网格的像素尺寸为G_x、G_y：

G_x＝L_x×γ_x

G_y＝L_y×γ_y

⑤以线阵相机摄取的大尺寸平整铸件表面图片左上角为像素坐标系原点(0，0)，大尺寸平整铸件表面图片的下边缘中间像素坐标(x_org，y_org)对应实际检测平台的运动坐标系原点；大尺寸平整铸件表面图片上单个网格的中心点像素坐标(x_i，y_i)相对于原点像素坐标(x_org，y_org)的偏移，即为X光检测平台的在实际运动坐标系中的偏移距离；根据像素坐标系与实际运动坐标系的映射关系，计算CNC编程中单个CNC点位的运动位置的电机运动参数(水平方向运动参数D_x(i)与垂直方向运动参数D_y(i))：

其中，k_x为水平方向运动电机的转换因子，k_y为垂直方向运动电机的转换因子；

⑥当CNC编程为检测所有网格时，自动顺序生成CNC程序，由网格实际视野尺寸大小快速计算下一个相邻网格的电机运动参数D_x(i+1)和D_y(i+1)：

D_x(i+1)＝D_x(i)+L_x×k_x

D_y(i+1)＝D_y(i)+L_y×k_y

本发明的有益效果包括：省去了由操作人员手动进行CNC编程的繁复操作和冗长耗时，无需人工干预即可自动而快速地完成大尺寸平整铸件的工业X光无损检测，极大地提高了检测效率。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的***结构框图；

图3是本发明的实施例的检测设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。

如图1-3所示本发明一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法。

线阵相机是由单行或几行以线性排列的CCD或CMOS传感器相机，具有可连续摄取超长物体对象、高扫描频率和高分辨率的特点，可摄取超大尺寸的物体的连续完整表面图片。

机器视觉技术是通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分为CMOS、CCD等)抓取目标图像，将图像传输到处理单元，通过数字化分析处理，通过像素分布和亮度变换等，来进行尺寸、形状和颜色等判别，进而根据判别结果来控制现场设备动作。

CNC编程是将计算机与数值控制直接结合起来，由计算机完成数值计算，并直接发出控制指令参与控制过程，编制并保存一系列点位坐标，形成CNC程序。通过执行编程完毕的CNC程序，可以精确快速的移动位置，提高控制效率。

本发明的X射线检测***结构由线阵相机、线阵相机图像处理单元、运动控制单元、X光采集设备、X光检测平台(包括C形臂)、X光图处理单元连接组成。

X光检测平台包括用于设置X光采集设备的C型臂、用于控制C型臂升降滑轨、用于承载工件的水平滑轨，C型臂的对称中部设置于升降滑轨上，水平滑轨沿所述C型臂的对称中线设置，水平滑轨上设置有转台。

X光采集设备包括设置于所述C型臂一端的X光源发生器、设置于所述C型臂另一端的平板探测器，且所述X光源发生器与平板探测器正对设置。本发明较佳的实施方式是如图3所示：线阵相机1与X光采集设备2的X光源发生器同轴上下重叠固定放置，正对X光采集设备2的平板探测器；X光采集设备整体固定在垂直移动检测C形臂3上；被检大尺寸平整铸件放置在中央X光检测平台4上。

检测开始后，X光检测平台在运动控制单元指令控制下由上而下地匀速移动；同时，线阵相机开始工作，摄取X光检测平台中央被检大尺寸平整铸件的完整表面图像，摄取到的图片被发送给线阵相机图像处理单元；

线阵相机图像处理单元接收到图片和运动控制单元传来的运动参数和X光检测平台坐标信息；线阵相机图像处理单元从图片上自动识别被检大尺寸平整铸件表面区域，根据运动参数和坐标信息自动计算X光采集设备的最小检测视野的检测网格，并在大尺寸平整铸件的完整表面图像上标记显示所有检测网格；线阵相机图像处理单元根据检测网格自动CNC编程生成CNC程序；

线阵相机图像处理单元将CNC程序发送给运动控制单元，运动控制单元按照CNC程序记录的运动参数，控制X光检测平台移动和X光采集设备摄取X光图；X光采集设备再将X光图传输到X光图像处理单元，由操作人员查看和评判X光图检测结果。

智能自动模式下，线阵相机图像处理***将大尺寸平整铸件表面图像的自动识别结果作为检测区域，自动CNC编程生成CNC程序；

人工手动干预模式下，操作人员按照检测技术要求，选择所有需要检测的检测网格并确认提交，线阵相机图像处理单元再根据选择结果自动CNC编程生成CNC程序。

CNC自动编程转换算法过程如下，

①测量并得到工件表面侧到X光采集设备中X光发生器或线阵相机前端表面的距离，记为物距f；线阵相机垂直方向匀速移动扫描摄取得到大尺寸平整铸件表面图片，图片像素尺寸为px、py；X光采集设备焦距已知记为F；

②计算在当前物距条件下X光采集设备有效采集成像视野对应的大尺寸平整铸件表面区域的边长(mm)，记为水平长度L_x和垂直长度L_y：

其中：R为X光多图检测时要求的塔接区域比例；l_0x和l_0y分别为X光采集设备的感应器水平尺寸和垂直尺寸(mm)；

L_x、L_y即为CNC编程中单次检测网格对应的大尺寸平整铸件单次检测区域的实际边长(mm)；

③已知的线阵相机的有效(最大)扫描成像视野角度α由线阵相机传感器及参数决定，一旦线阵相机传感器参数固定，角度α即为已知固定值；线阵相机有效扫描成像有效视窗边长(mm)，记为水平长度l_1x和垂直长度l_1y(线阵相机垂直方向运行行程l_1y由检测平台机构尺寸决定,已知的常量)，线阵相机摄取的大尺寸平整铸件表面图片尺寸已知为p_x、p_y；计算像素(pixel)-长度(mm)转换系数γ_x和γ_y：

④计算线阵相机扫描得到的大尺寸平整铸件图片上标记的最小单元网格的像素尺寸为G_x、G_y：

G_x＝L_x×γ_x

G_y＝L_y×γ_y

⑤以线阵相机摄取的大尺寸平整铸件表面图片左上角为像素坐标系原点(0，0)，大尺寸平整铸件表面图片的下边缘中间像素坐标(x_org，y_org)对应实际检测平台的运动坐标系原点；大尺寸平整铸件表面图片上单个网格的中心点像素坐标(x_i，y_i)相对于原点像素坐标(x_org，y_org)的偏移，即为X光检测平台的在实际运动坐标系中的偏移距离；根据像素坐标系与实际运动坐标系的映射关系，计算CNC编程中单个CNC点位的运动位置的电机运动参数(水平方向运动参数D_x(i)与垂直方向运动参数D_y(i))：

其中，k_x为水平方向运动电机的转换因子，k_y为垂直方向运动电机的转换因子；

⑥当CNC编程为检测所有网格时，自动顺序生成CNC程序，由网格实际视野尺寸大小快速计算下一个相邻网格的电机运动参数D_x(i+1)和D_y(i+1)：

D_x(i+1)＝D_x(i)+L_x×k_x

D_y(i+1)＝D_y(i)+L_y×k_y

综上本发明的优点在于：

1、根据大尺寸平整铸件完整表面图片划分检测区域网格，并自动CNC编程；整个CNC编程过程由线阵相机图像处理单元完成，仅需1s，无需操作人员等待。将大尺寸平整铸件检测时，整个CNC编程时间由几十分钟不等缩短至5s以内，极大提高了检测效率。

2.线阵相机高效摄取大尺寸平整铸件完整表面图片；2m*1.5m的铸件可在3s内完成摄取，得到的大尺寸平整铸件完整表面图片直观。

3.大尺寸平整铸件完整表面图片可在整个X光检测过程中，实时提示当前检测部位对应图片上的网格，直观可视。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其特征在于：采用由线阵相机、线阵相机图像处理单元、运动控制单元、X光采集设备、X光检测平台、X光图像处理单元构成的检测***，

包括以下步骤，

S1、将被检测大尺寸平整铸件放置到工业X光检测平台上，运动控制单元开始控制线阵相机按照预定的方向从被检测大尺寸平整铸件的一侧移动到另一侧；

S2、线阵相机同步开始拍摄被检的大尺寸平整铸件的连续完整表面图片；

S3、线阵相机将摄取的图片传输到线阵相机图像处理单元中，合成完整的大尺寸平整铸件的连续完整表面图片；

S4、线阵相机图像处理单元根据从运动控制单元接收到的坐标参数信息，计算出单次检测视野的最小检测网格；

S5、线阵相机图像处理单元自动识别完整表面图片中被检大尺寸平整铸件的全部检测区域，并在大尺寸平整铸件的完整表面图片上划分检测网格，每个网格对应一个X光图像检测视野的位置；

S6、线阵相机图像处理单元根据划分的检测网格，自动CNC编程，并将生成的CNC程序发送给运动控制单元；自动编程转换算法过程如下，

①测量并得到工件表面侧到X光采集设备中X光发生器或线阵相机前端表面的距离，记为物距f；线阵相机垂直方向匀速移动扫描摄取得到大尺寸平整铸件表面图片，图片像素尺寸为px、py；X光采集设备焦距已知记为F；

②计算在当前物距条件下X光采集设备有效采集成像视野对应的大尺寸平整铸件表面区域的边长，记为水平长度L_x和垂直长度L_y：

其中：R为X光多图检测时要求的塔接区域比例；l_0x和l_0y分别为X光采集设备的感应器水平尺寸和垂直尺寸；

L_x、L_y即为CNC编程中单次检测网格对应的大尺寸平整铸件单次检测区域的实际边长；

③已知的线阵相机的有效扫描成像视野角度α由线阵相机传感器及参数决定，一旦线阵相机传感器参数固定，角度α即为已知固定值；线阵相机有效扫描成像有效视窗边长，记为水平长度l_1x和垂直长度l_1y，线阵相机摄取的大尺寸平整铸件表面图片尺寸已知为p_x、p_y；计算像素-长度转换系数γ_x和γ_y：

④计算线阵相机扫描得到的大尺寸平整铸件图片上标记的最小单元网格的像素尺寸为G_x、G_y：

G_x＝L_x×γ_x

G_y＝L_y×γ_y

⑤以线阵相机摄取的大尺寸平整铸件表面图片左上角为像素坐标系原点(0，0)，大尺寸平整铸件表面图片的下边缘中间像素坐标(x_org，y_org)对应实际检测平台的运动坐标系原点；大尺寸平整铸件表面图片上单个网格的中心点像素坐标(x_i，y_i)相对于原点像素坐标(x_org，y_org)的偏移，即为X光检测平台的在实际运动坐标系中的偏移距离；根据像素坐标系与实际运动坐标系的映射关系，计算CNC编程中单个CNC点位的运动位置的电机运动参数，水平方向运动参数D_x(i)与垂直方向运动参数D_y(i)：

其中，k_x为水平方向运动电机的转换因子，k_y为垂直方向运动电机的转换因子；

⑥当CNC编程为检测所有网格时，自动顺序生成CNC程序，由网格实际视野尺寸大小快速计算下一个相邻网格的电机运动参数D_x(i+1)和D_y(i+1)：

D_x(i+1)＝D_x(i)+L_x×k_x

D_y(i+1)＝D_y(i)+L_y×k_y；

S7、运动控制单元接收到CNC程序后，控制X光检测平台移动，并通知X光采集设备摄取X光图像；

S8、X光采集设备将摄取到的X光图实时发送给X光图像处理单元；在图像处理单元上呈现X光检测图像，供操作人员判断铸件是否存在质量缺陷，完成检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其特征在于：在重复检测相同型号批次的铸件时，直接调用经过步骤S1-S6生产的程序。

3.根据权利要求1所述的一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其特征在于：步骤S5中替代为由人工选择所有需要检查的检测网格，线阵相机图像处理单元再根据选择结果自动CNC编程，并将编好的程序发送给运动控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其特征在于：所述X光检测平台包括用于设置X光采集设备的C型臂、用于控制C型臂升降滑轨、用于承载工件的水平滑轨，所述C型臂的对称中部设置于所述升降滑轨上，所述水平滑轨沿所述C型臂的对称中线设置，所述水平滑轨上设置有转台。

5.根据权利要求4所述的一种基于线阵相机自动CNC编程实现工业X光无损检测大尺寸平整铸件的检测方法，其特征在于：所述X光采集设备包括设置于所述C型臂一端的X光源发生器、设置于所述C型臂另一端的平板探测器，且所述X光源发生器与所述平板探测器正对设置，所述线阵相机与所述X光源发生器同轴上下重叠放置。