一種工件質(zhì)量損失檢測(cè)設(shè)備及工件質(zhì)量損失檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及質(zhì)量損失檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)細(xì)長(zhǎng)工件的工件質(zhì)量損失 檢測(cè)設(shè)備及工件質(zhì)量損失檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間飛行器、核設(shè)施、壓力容器、機(jī)車等重大機(jī)械裝備可能處于極端惡劣的服役環(huán) 境中，其安全與國(guó)民經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，而材料的失效和結(jié)構(gòu)的破壞會(huì)直接導(dǎo)致重大災(zāi)難性事 故。宏觀復(fù)雜結(jié)構(gòu)的破壞一般起源于材料初始三維裂紋缺陷或損傷。在承受復(fù)雜載荷作用 時(shí)，宏觀復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面會(huì)形成缺陷，如表面微裂紋、劃痕、缺口等。如何實(shí)現(xiàn)工件表面損傷質(zhì) 量的自動(dòng)檢測(cè)成為生產(chǎn)研宄的重要課題之一。
[0003] 常見(jiàn)的檢測(cè)表面損傷的方法包括人工視覺(jué)檢測(cè)法、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)法、電學(xué)參數(shù)檢 測(cè)法、激光掃描輪廓測(cè)量法、無(wú)損探傷法等。為保證產(chǎn)品質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本，很多研宄人 員都在致力于自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研宄。
[0004] 然而，目前現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有專門針對(duì)細(xì)長(zhǎng)工件的表面質(zhì)量損失檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種工件質(zhì)量損失檢測(cè)設(shè)備及工件質(zhì)量損失檢測(cè)方法，用以解 決現(xiàn)有技術(shù)中存在的無(wú)法針對(duì)細(xì)長(zhǎng)工件進(jìn)行表面質(zhì)量損失檢測(cè)的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種工件質(zhì)量損失檢測(cè)設(shè)備，包括：
[0007] 載荷平臺(tái)，固定在所述載荷平臺(tái)上的型材構(gòu)架，安裝在所述型材構(gòu)架上且能夠在 所述型材構(gòu)架上移動(dòng)的定位裝置，以及固定安裝在所述定位裝置上的激光掃描傳感器；
[0008] 所述檢測(cè)設(shè)備還包括與所述激光掃描傳感器相連的計(jì)算機(jī)控制模塊；
[0009] 所述激光掃描傳感器，用于由所述定位裝置帶動(dòng)沿位于所述載荷平臺(tái)上的細(xì)長(zhǎng)形 狀的被測(cè)工件平滑移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中對(duì)所述被測(cè)工件的輪廓線進(jìn)行掃描，得到檢測(cè)數(shù) 據(jù)，并將所述檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給所述計(jì)算機(jī)控制模塊；
[0010] 所述計(jì)算機(jī)控制模塊，用于基于接收的所述檢測(cè)數(shù)據(jù)確定所述被測(cè)工件的質(zhì)量損 失。
[0011] 進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)控制模塊還與所述定位裝置相連，用于在對(duì)所述被測(cè)工件 進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，控制所述定位裝置帶動(dòng)所述激光掃描傳感器沿所述被測(cè)工件平滑移動(dòng)。
[0012] 進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)控制模塊，具體用于控制所述定位裝置帶動(dòng)所述激光掃描 傳感器沿所述被測(cè)工件勻速平滑移動(dòng)；
[0013] 所述激光掃描傳感器，具體用于按照預(yù)設(shè)掃描周期對(duì)所述被測(cè)工件的輪廓線進(jìn)行 掃描。
[0014] 進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)控制模塊，具體用于控制所述定位裝置帶動(dòng)所述激光掃描 傳感器沿所述被測(cè)工件按照預(yù)設(shè)步長(zhǎng)平滑移動(dòng)；
[0015] 所述激光掃描傳感器，具體用于在所述定位裝置按照所述預(yù)設(shè)步長(zhǎng)每移動(dòng)一次， 對(duì)所述被測(cè)工件的輪廓線掃描一次。
[0016] 進(jìn)一步的，所述型材構(gòu)架具有同步帶導(dǎo)軌；
[0017] 所述定位裝置包括滑塊，用于在所述同步帶導(dǎo)軌上平滑移動(dòng)；
[0018] 所述激光掃描傳感器固定安裝在所述滑塊上。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于上述檢測(cè)設(shè)備的工件質(zhì)量損失檢測(cè)方法，包括：
[0020] 所述計(jì)算機(jī)控制模塊獲取接收的所述檢測(cè)數(shù)據(jù)，所述檢測(cè)數(shù)據(jù)包括所述激光掃描 傳感器沿所述被測(cè)工件平滑移動(dòng)過(guò)程中，每次掃描得到的表示所述被測(cè)工件橫截面的輪廓 線上各掃描點(diǎn)橫向位置的橫向檢測(cè)數(shù)據(jù)和縱向位置的縱向檢測(cè)數(shù)據(jù)；
[0021] 基于每次掃描得到的所述各掃描點(diǎn)的所述橫向檢測(cè)數(shù)據(jù)和縱向檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及每 次掃描時(shí)所述定位裝置當(dāng)前所在位置表示的所述被測(cè)工件橫截面的輪廓線上各掃描點(diǎn)沿 所述被測(cè)工件方向的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，確定所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)；
[0022] 根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè)工件的表面損 失體積；
[0023] 基于所述被測(cè)工件的所述表面損失體積和所述被測(cè)工件的材料密度，確定所述被 測(cè)工件的質(zhì)量損失。
[0024] 進(jìn)一步的，根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè)工 件的表面損失體積，具體包括：
[0025] 根據(jù)表示所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的高度的Z坐標(biāo)，構(gòu)建Z坐標(biāo)的m*n 階的數(shù)據(jù)矩陣，其中，m為每次掃描的掃描點(diǎn)的數(shù)量，n為掃描的次數(shù)；
[0026] 使用邊緣檢測(cè)算法，對(duì)構(gòu)建的所述數(shù)據(jù)矩陣表示的灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，確定 所述被測(cè)工件的損傷區(qū)域；
[0027] 根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述損傷區(qū)域內(nèi)的各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè) 工件的表面損失體積。
[0028] 進(jìn)一步的，根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述損傷區(qū)域內(nèi)的各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確 定所述被測(cè)工件的表面損失體積，具體包括：
[0029] 采用如下公式確定所述被測(cè)工件表面的所述損傷區(qū)域中第j列的基準(zhǔn)：
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種工件質(zhì)量損失檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，包括： 載荷平臺(tái)，固定在所述載荷平臺(tái)上的型材構(gòu)架，安裝在所述型材構(gòu)架上且能夠在所述 型材構(gòu)架上移動(dòng)的定位裝置，以及固定安裝在所述定位裝置上的激光掃描傳感器； 所述檢測(cè)設(shè)備還包括與所述激光掃描傳感器相連的計(jì)算機(jī)控制模塊； 所述激光掃描傳感器，用于由所述定位裝置帶動(dòng)沿位于所述載荷平臺(tái)上的細(xì)長(zhǎng)形狀的 被測(cè)工件平滑移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中對(duì)所述被測(cè)工件的輪廓線進(jìn)行掃描，得到檢測(cè)數(shù)據(jù)，并 將所述檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給所述計(jì)算機(jī)控制模塊； 所述計(jì)算機(jī)控制模塊，用于基于接收的所述檢測(cè)數(shù)據(jù)確定所述被測(cè)工件的質(zhì)量損失。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制模塊還與所述定位裝 置相連，用于在對(duì)所述被測(cè)工件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，控制所述定位裝置帶動(dòng)所述激光掃描傳感器 沿所述被測(cè)工件平滑移動(dòng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制模塊，具體用于控制所 述定位裝置帶動(dòng)所述激光掃描傳感器沿所述被測(cè)工件勻速平滑移動(dòng)； 所述激光掃描傳感器，具體用于按照預(yù)設(shè)掃描周期對(duì)所述被測(cè)工件的輪廓線進(jìn)行掃 描。
4. 如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制模塊，具體用于控制所 述定位裝置帶動(dòng)所述激光掃描傳感器沿所述被測(cè)工件按照預(yù)設(shè)步長(zhǎng)平滑移動(dòng)； 所述激光掃描傳感器，具體用于在所述定位裝置按照所述預(yù)設(shè)步長(zhǎng)每移動(dòng)一次，對(duì)所 述被測(cè)工件的輪廓線掃描一次。
5. 如權(quán)利要求1-4任一所述的檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述型材構(gòu)架具有同步帶導(dǎo)軌； 所述定位裝置包括滑塊，用于在所述同步帶導(dǎo)軌上平滑移動(dòng)； 所述激光掃描傳感器固定安裝在所述滑塊上。
6. -種基于權(quán)利要求1所述的檢測(cè)設(shè)備的工件質(zhì)量損失檢測(cè)方法，其特征在于，包括： 所述計(jì)算機(jī)控制模塊獲取接收的所述檢測(cè)數(shù)據(jù)，所述檢測(cè)數(shù)據(jù)包括所述激光掃描傳感 器沿所述被測(cè)工件平滑移動(dòng)過(guò)程中，每次掃描得到的表示所述被測(cè)工件橫截面的輪廓線上 各掃描點(diǎn)橫向位置的橫向檢測(cè)數(shù)據(jù)和縱向位置的縱向檢測(cè)數(shù)據(jù)； 基于每次掃描得到的所述各掃描點(diǎn)的所述橫向檢測(cè)數(shù)據(jù)和縱向檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及每次掃 描時(shí)所述定位裝置當(dāng)前所在位置表示的所述被測(cè)工件橫截面的輪廓線上各掃描點(diǎn)沿所述 被測(cè)工件方向的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，確定所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè)工件的表面損失體 積； 基于所述被測(cè)工件的所述表面損失體積和所述被測(cè)工件的材料密度，確定所述被測(cè)工 件的質(zhì)量損失。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的 三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè)工件的表面損失體積，具體包括： 根據(jù)表示所述被測(cè)工件表面的所述各掃描點(diǎn)的高度的Z坐標(biāo)，構(gòu)建Z坐標(biāo)的m*n階的 數(shù)據(jù)矩陣，其中，m為每次掃描的掃描點(diǎn)的數(shù)量，η為掃描的次數(shù)； 使用邊緣檢測(cè)算法，對(duì)構(gòu)建的所述數(shù)據(jù)矩陣表示的灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，確定所述 被測(cè)工件的損傷區(qū)域； 根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述損傷區(qū)域內(nèi)的各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè)工件 的表面損失體積。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述被測(cè)工件表面的所述損傷區(qū)域內(nèi) 的各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)，確定所述被測(cè)工件的表面損失體積，具體包括： 采用如下公式確定所述被測(cè)工件表面的所述損傷區(qū)域中第j列的基準(zhǔn)：
，其中，u為所述損傷區(qū)域中的第j列的基準(zhǔn)，所述損傷 區(qū)域中第j列的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)為（P，j)和（q，j)，Zij為所述損傷區(qū)域中第i行第j列的Z坐 標(biāo)； 采用如下公式確定所述被測(cè)工件的表面損失體積：
其中，V為所述被測(cè)工件的表面損失體積，為所述損傷區(qū)域中 的第j列的基準(zhǔn)，s為單個(gè)掃描點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的微元面積。
9. 如權(quán)利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè)數(shù)據(jù)為多次檢測(cè)得到的檢 測(cè)結(jié)果的平均值。
10. 如權(quán)利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，在確定所述被測(cè)工件表面的所述各 掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)之后，還包括： 使用逆向工程算法對(duì)所述各掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行三維重建，創(chuàng)建所述被測(cè)工件表面 的可視化模型； 展現(xiàn)所述可視化模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工件質(zhì)量損失檢測(cè)設(shè)備及工件質(zhì)量損失檢測(cè)方法，包括：載荷平臺(tái)，固定在載荷平臺(tái)上的型材構(gòu)架，安裝在型材構(gòu)架上且能夠在型材構(gòu)架上移動(dòng)的定位裝置，以及固定安裝在定位裝置上的激光掃描傳感器；檢測(cè)設(shè)備還包括與激光掃描傳感器相連的計(jì)算機(jī)控制模塊；激光掃描傳感器，用于由定位裝置帶動(dòng)沿位于載荷平臺(tái)上的細(xì)長(zhǎng)形狀的被測(cè)工件平滑移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中對(duì)被測(cè)工件的輪廓線進(jìn)行掃描，得到檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)控制模塊；計(jì)算機(jī)控制模塊，用于基于接收的檢測(cè)數(shù)據(jù)確定被測(cè)工件的質(zhì)量損失?；谠摍z測(cè)設(shè)備采用相應(yīng)的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)長(zhǎng)形狀工件的表面質(zhì)量損失檢測(cè)。
【IPC分類】G01N21-88
【公開(kāi)號(hào)】CN104535577
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410735986
【發(fā)明人】張玉燕, 溫銀堂, 王振春, 戰(zhàn)再吉, 呂坤坤, 王大正, 周陽(yáng)
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月5日