阅读说明：本技术 微细孔内壁缺陷自动检测装置 (Automatic detection device for inner wall defects of micro-holes ) 是由 吴斌 吉逸喆 王航 张祖光 薛婷 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种微细孔内壁缺陷自动检测装置,分为两个部分：固定部分和旋转部分,固定部分包括相机和镜头、环形光源、连接件、遮光筒和转台固定部分；旋转部分包括光信息传输部件、夹持件、托板和转台旋转部分；光信息传输部件包括遮光罩、磨砂面、锥形进光面、导光柱、平面透镜、底端45°反射镜,其中,遮光罩位于上端,其中间开设有透光孔,磨砂面为倒锥形,设置在遮光罩的下部,遮光罩和磨砂面共同防止环境光从上端进入光信息传输部件；在磨砂面的下部设置有锥形进光面,环形光源产生的光经过锥形进光面,沿导光柱照亮被测孔内壁,被测孔内壁局部图像经过平面透镜和底端45°反射镜被反射至上端,经过透光孔,进入镜头,在相机成像。(The invention relates to an automatic detection device for defects of the inner wall of a micro-hole, which is divided into two parts: the device comprises a fixed part and a rotating part, wherein the fixed part comprises a camera, a lens, an annular light source, a connecting piece, a shading cylinder and a turntable fixed part; the rotating part comprises an optical information transmission component, a clamping piece, a supporting plate and a turntable rotating part; the optical information transmission component comprises a light shield, a frosted surface, a conical light inlet surface, a light guide column, a planar lens and a bottom 45-degree reflector, wherein the light shield is positioned at the upper end, a light hole is formed in the middle of the light shield, the frosted surface is in an inverted cone shape and is arranged at the lower part of the light shield, and the light shield and the frosted surface jointly prevent ambient light from entering the optical information transmission component from the upper end; the lower part of the frosting surface is provided with a conical light inlet surface, light generated by the annular light source passes through the conical light inlet surface and illuminates the inner wall of the hole to be measured along the light guide column, a local image of the inner wall of the hole to be measured is reflected to the upper end through the planar lens and the 45-degree reflector at the bottom end, passes through the light hole, enters the lens and is imaged by the camera.)

微细孔内壁缺陷自动检测装置

技术领域

本发明涉及一种缺陷检测方法，特别涉及一种基于光学测量的微细孔内壁缺陷自动检测装置。

背景技术

微细孔在航空航天、汽车、能源及化工等领域中的应用越来越广泛,在汽车发动机气缸盖、航天飞行器散热管等装置的精密铸造过程中，微细孔内壁表面常常会产生一些微小的裂纹、气孔、凹坑等缺陷，这些缺陷可能引起部件内部尤其是连接处高压气体或液体的泄漏，造成设备性能的降低，甚至酿成安全事故。

目前，常用的管道内壁缺陷检测技术包括超声波法、涡流法、漏磁法等，但只能用于大尺寸直径管孔。对于10mm以下小孔可以用外径很小的工业内窥镜，但其只能人工手动操作判断有无缺陷，无法自动定量给出缺陷尺寸和位置。另外，现有基于360°柱面环带全景图像光学传输部件的测量装置可实现10mm内径小孔内壁缺陷自动检测。综合来看，目前比较常见的几种微细管道检测方案，光源和传感部件都必须全部进入管道内部。虽然随着技术的发展和制造水平的提高，光学器件等装置的尺寸可以不断的减小，但是由于系统测量功能的复杂化，被测管道的小型化，系统结构的进一步微型化面临一定的技术难题。目前还没有对于内径4mm-10mm的孔内壁缺陷自动检测装置。

微细孔内表面缺陷检测研究相关文献(①吴斌,邵震宇,张云昊.微细管道内壁缺陷测量系统构建和技术[J].光电子.激光,2014,25(02):293-298；②张云昊.微细孔壁缺陷柔性视觉检测系统关键技术研究[D].天津大学,2014；③EnHong,Hongwei Zhang,ReuvenKatz,John S.Agapiou.Non-contact inspection of internal threads of machinedparts[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2012,62(1-4).④EnHong,Reuven Katz,Brian Hufnagel,John Agapiou.Optical method forinspecting surface defects inside a small bore[J].Measurement Science andTechnology,2010,21(1).)中提出了基于360°柱面环带全景图像光学传输部件的微细孔内壁缺陷测量装置，但最小只能测量10mm内径的小孔，并不能满足随着铸造工艺发展而产生的更小管孔的检测需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，满足随着铸造工艺发展而产生的更小管孔的检测需求，本发明提供一种通过自动旋转和升降光信息传输部件遍历被测孔内壁全景的方法实现高精度测量微细孔内壁缺陷的自动检测装置并给出检测方法。技术方案如下：

一种微细孔内壁缺陷自动检测装置，分为两个部分，固定部分和旋转部分，固定部分包括相机和镜头、环形光源、连接件、遮光筒和转台固定部分；旋转部分包括光信息传输部件、夹持件、托板和转台旋转部分，其中，

相机和镜头以及环形光源通过连接件与转台固定部分固定连接；遮光筒固定在镜头的外周，且遮光筒不与光信息传输部件接触，用以防止杂散光进入镜头；

光信息传输部件包括遮光罩、磨砂面、锥形进光面、导光柱、平面透镜、底端45°反射镜，其中，遮光罩位于上端，其中间开设有透光孔，磨砂面为倒锥形，设置在遮光罩的下部，遮光罩和磨砂面共同防止环境光从上端进入光信息传输部件；在磨砂面的下部设置有锥形进光面，环形光源产生的光经过锥形进光面，沿导光柱照亮被测孔内壁，被测孔内壁局部图像经过平面透镜和底端45°反射镜被反射至上端，经过透光孔，进入镜头，在相机成像；

托板和夹持件与转台旋转部分固定连接，光信息传输部件被夹持件和托板紧固在转台旋转上，在托板上开设有允许导光柱穿过的孔洞。

本发明可实现对4mm-10mm的微细孔内壁非接触式全自动的高精度缺陷检测和形貌测量，该装置使用简单，组装方便，测量速度快，自动化程度高，检测精度达到0.01mm。能够满足航空航天、军工装备等零部件中微细孔内壁缺陷自动检测的高精度要求。

附图说明

图1为微细孔内壁缺陷自动检测装置光信息传输部件图像获取示意图。

图2为微细孔内壁缺陷自动检测装置光信息传输部件光路传输原理示意图。

图3为微细孔内壁缺陷自动检测装置分离式照明系统结构设计示意图。

图4为微细孔内壁缺陷自动检测流程图。

1.遮光罩 2.透光孔 3.磨砂面 4.环形光源 5.环形 45°锥形进光面 6.导光柱7.被测孔内壁 8.平面透镜 9.45°反射镜 10.相机 11.镜头 12.连接件 13.转台固定部分14.遮光筒 15.转台旋转部分 16.光信息传输部件 17.夹持件 18.托板

具体实施方式

本发明提供一种通过自动旋转和升降光信息传输部件遍历被测孔内壁全景的方法实现高精度测量直径10mm以下微细孔内壁缺陷的自动检测装置，并给出检测方法。本发明的微细孔内壁缺陷自动检测装置，采用外部光源导入、内部图像导出的思路，通过局部采集图像以提高分辨率，再通过旋转和进深来实现整个微细孔内壁的图像采集。采用照明系统、图像采集器件与光信息传输部件分离，光信息传输部件独立转动的结构，通过合理的光信息传输部件设计将外部照明光导入孔内待测区域，并由同一光信息传输部件将待测区域的光学图像导出，结合图像信息处理技术等解决孔内照明光源系统设计、传输光学系统优化设计及局部区域成像、局部区域图像信息处理等技术问题，建立检测精度达到0.01mm的微细孔内壁缺陷检测系统。

下面结合实施例对本发明进行说明。

本实施例是利用光信息传输部件对小孔内表面局部成像的原理，通过外置环形光源照明，设计了一种通过升降和旋转光信息传输部件来遍历小孔内表面的机械装置，配合自动控制程序以及图像处理程序来实现4mm-10mm内径微细孔内壁缺陷快速自动高精度检测。以上技术方案需要借助光信息传输部件(如SIGHT-PIPE公司SP-730)、环形光源(如今视光电环形机器视觉光源)、相机(如元启智能公司REV-50AM工业相机)、镜头(如AFT-ZL0910显微镜头)、升降台(如北京卓立汉光PSA200-11-Z高精密电动升降台)、转台(如北京卓立汉光RAK200高精密电动旋转台)、计算机实现。

1.微细孔内壁缺陷自动检测装置结构：

如图1和图2所示，光信息传输部件16结构包括遮光罩1、透光孔2、磨砂面3、环形45°锥形进光面5、导光柱6、平面透镜8、45°反射镜9。其中黑色橡胶材质的遮光罩1套在光信息传输部件16的上端透光部分，和磨砂面3共同防止杂散光从上端进入光信息传输部件16。环形光源4产生的光经过环形45°锥形进光面5，沿导光柱6照亮被测孔内壁7。被测孔内壁7局部图像经过平面透镜8和底端45°反射镜9被反射至上端，经过透光孔2，进入镜头11，在相机10成像。由于每个位置只能获取被测孔内壁7固定深度某个角度的图像，因此需要将光信息传输部件16旋转一周获得此深度下整个圆周的图像。

如图3所示，微细孔内壁缺陷自动检测装置结构分为两个部分，固定部分和旋转部分：

固定部分包括相机10、镜头11、环形光源4、连接件12、遮光筒14和转台固定部分13。连接件12***转台固定部分13的内部，与转台固定部分13配合。其中相机10和镜头11通过螺纹连接；遮光筒14和镜头11通过螺纹连接且遮光筒14不与光信息传输部件16接触；连接件12内部为一阶梯孔，分别与镜头11和环形光源4的直径配合，镜头11的下端从上方***连接件12内，并通过在侧面加顶丝紧固；环形光源4从下方***连接件12，通过在侧面加顶丝紧固。

旋转部分包括光信息传输部件16、夹持件17、托板18和转台旋转部分15。其中托板18通过螺丝和转台旋转部分15连接，夹持件17和托板18也通过螺丝连接，光信息传输部件16被夹持件17和托板18紧固在转台旋转中心，依靠光信息传输部件16与夹持件17之间的摩擦力，随着转台旋转部分15一起旋转。

第一，固定部分和旋转部分的分离设计，保证光信息传输部件16不受环形光源4、相机10、镜头11的影响，在被测孔内壁7内旋转时保持良好的同轴度，避免其在狭小的孔内碰壁发生危险。同时，环形光源4和镜头11、相机10的静止避免了控制线缠绕。

第二，二级遮光结构包括遮光罩1和遮光筒14，遮光罩1可避免杂散光沿光信息传输部件16进入被测孔影响成像效果，遮光筒14可避免杂散光进入镜头11造成视野过亮无法成像。

第三.该装置安装在升降台上，其中升降台、转台连接在控制箱上与相机10共同由计算机控制。由升降台带动进行上下移动进出被测孔，先在同一方向实现孔内全长度的图像，而后旋转转台重复另一个方向的全长度采集，以此类推完成小孔内壁全景图像的采集。

2.如图3所示，微细孔内壁缺陷自动检测方法包括以下步骤：

(1)将微细孔内壁缺陷自动检测装置安装完成，打开环形光源4，将转台和升降台的控制箱连接至计算机，相机10连接至计算机。

(2)选择转台和升降台的控制箱与计算机连接的串口，确保与控制箱连接成功；

(3)控制光信息传输部件16进入被测孔，采集一张内壁图像标定初始方向，作为统一所采集图像的方向的基准，方便后期判断缺陷位置；

(4)开始自动采集模式，升降台匀速下降的同时相机10以固定帧率采集图像，到达规定深度后转台旋转一个角度，继续上升采集图像，重复这个过程，直至完成孔内全景图像的采集；

(5)图像采集完成后上升离开被测孔，通过软件处理将图像统一转至初始方向，利用数字图像处理的技术实现有效区域提取，缺陷大小、位置检测等目标，具体实施方法包括:

a)对获取的原始图像进行RGB图像到灰度图像的变换。采用圆均值滤波器对图像进行预处理，采用直方图均衡化的方法增强图像对比度。

b)对图像进行Gaussian滤波，利用标准Canny算法检测有效区域边缘，提取ROI区域。并根据初始方向旋转ROI区域至方向一致。

c)利用Wiener滤波器对图像进行处理，利用Suzuki算法提取缺陷区域，计算包含的像素个数，获得缺陷大小。

d)根据获取图像的顺序，将图像编号，可与被测孔内壁7位置一一对应。结合缺陷中心在图像上的坐标，可获取缺陷在被测孔内壁7的位置。

(6)生成检测报告，内容包括缺陷个数，缺陷大小和缺陷坐标。