基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及材料缺陷检测领域，具体涉及基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法及系统，包括：采集不同光源方向和不同光源波长下的所有图像数据，根据所有图像数据获得边缘热度图以及边缘遮罩图，获得边缘遮罩图上每个像素的缺陷描述向量，并通过对缺陷描述向量的聚类结果获得所有待定裂痕和待定裂痕置信度，根据待定裂痕置信度的取值范围对待定裂痕进行分类，并根据边缘热度图上获取的融合边缘对不用类别的待定裂痕的包含情况，不断筛选获得最终裂痕，并获得检测结果。本发明专利技术通过利用不同光源方向以及不同光源波长下材料表面的图像，获得检测结果，能够避免叶轮上使用痕迹的干扰，使得获得的裂痕准确，同时使得检测设备简单快捷。捷。捷。

【技术实现步骤摘要】
基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及材料缺陷检测领域，具体涉及基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法及系统。

技术介绍

[0002]碳化硅陶瓷复合材料具有低密度、高强度、高耐磨性等特点，常常用于制作水泵的叶轮陶瓷涂层；但是当水泵工作时遇到泥沙石子时或者经过高强度的工作后依叶轮依然会被损伤，出现裂痕，影响叶轮的寿命和水泵的工作，因此需要对工作一定时间后的水泵进行检修，例如对叶轮进行缺陷检测。
[0003]现有检测碳化硅陶瓷复合材料的方法有超声显微镜技术、激光超声成像技术等，这些技术虽然能够获得精准的缺陷尺寸，但是设备昂贵、检测条件要求高、检测过程复杂，而水泵叶轮不是精密的器件，无需获取太过精密精准的缺陷尺寸，而且水泵叶轮往往需要经常性的检测，因此需要一种简单快捷准确性又高的检测方法和检测系统。
[0004]虽然常规的缺陷检测方法可以通过采集物体表面图像进行简单高效的缺陷检测，但是在检测叶轮的缺陷时， 需要获取叶轮表面复合材料的裂痕，这些裂痕是由于材料中的碳化硅晶格排列异常或晶体颗粒的接触面导致的，而工作一定时间之后的叶轮表面会有使用痕迹的干扰，例如划痕或异物等，导致常规缺陷方法容易将使用痕迹误判为裂痕，检测结果误差较大。而碳化硅陶瓷复合材料中由于晶格结构异常导致的裂痕对光源的方向较为敏感，而且不同晶型的晶格在不同波长的光下的成像特点也不同，因此利用常规的缺陷检测方法并加以改进即可实现对叶轮表面的缺陷检测。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法及系统，所采用的技术方案具体如下：本专利技术提供了基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法，所述方法包括以下步骤：采集所有光源方向下在所有波长光照下的叶轮表面图像数据，利用边缘检测算法提取所有图像上的边缘，叠加所有图像的边缘获得边缘热度图，并对边缘热度图进行阈值分割获得边缘遮罩图；然后获取边缘遮罩图上的每个像素在所有图像上的灰度值集合，根据所述灰度值集合获得每个像素的缺陷描述向量；根据所有像素缺陷描述向量的聚类结果获得待定裂痕以及待定裂痕的置信度；根据边缘热度图获得融合边缘，然后获得不同置信度取值范围的待定裂痕，根据融合边缘与所述待定裂痕的包含关系确定最终裂痕，并获得最终裂痕的位置和长度。
[0006]进一步地，所述的最终裂痕的获取步骤包括：获取置信度大于第一阈值的第一待定裂痕，并获取裂痕置信度小于第二阈值的第
二待定裂痕，再获取置信度小于等于第一阈值且大于等于第二阈值的第三待定裂痕；利用边缘检测算法获得边缘热度图上的每个边缘，称为融合边缘，当融合边缘同时只包含第一待定裂痕和第三待定裂痕时，将第三待定裂痕归属为第一待定裂痕；当融合边缘同时只包含第二待定裂痕和第三待定裂痕时，将第三待定裂痕归属为第二待定裂痕；当融合边缘同时包含第一待定裂痕、第二待定裂痕、第三待定裂痕时，那么根据第一待定裂痕、第二待定裂痕计算第三待定裂痕所归属的待定裂痕；当融合边缘只包含第三待定裂痕时，将第三待定裂痕称为不确定裂痕；获得所有不确定裂痕之后，将所述第一阈值缩小，所述第二阈值增大，只针对不确定裂痕上的所有像素，重新计算第一待定裂痕、第二待定裂痕、第三待定裂痕，直至不确定裂痕不存在；最后将所有的第一待定裂痕视为检测出的最终裂痕。
[0007]进一步地，所述的根据第一待定裂痕、第二待定裂痕计算第三待定裂痕所归属的待定裂痕的步骤包括：将第一待定裂痕上所有像素的缺陷描述向量降维后再乘以第一待定矩阵，获得的结果称为第一向量集合，将第二待定裂痕上所有像素的缺陷描述向量降维后乘以第二待定矩阵，获得的结果称为第二向量集合，将第三待定裂痕上所有像素的缺陷描述向量降维后称为第三向量集合；将第一向量集合和第二向量集合合并为一个集合，称为融合集合；获取使得融合集合中所有元素的均值、协方差矩阵与第三向量集合中所有元素的均值、协方差矩阵差别最小时候的第一待定矩阵和第二待定矩阵；在获取到第一待定矩阵和第二待定矩阵的情况下，利用最大均值差异算法获得融合集合和第三向量集合的差异，当所述差异小于第三阈值时将第三待定裂痕归属于第一待定裂痕，否则将第三待定裂痕称为不确定裂痕。
[0008]进一步地，所述的每个像素的缺陷描述向量的获取步骤包括：在边缘遮罩图上，获取灰度值为1的每个像素，获取每个像素在每个图像上的灰度值；并且以每个像素为中心构建窗口，获取所述窗口内的在每个图像上的所有像素的灰度值的众数，将所述灰度值与所述众数的差值的绝对值，称为每个像素在每个图像上的缺陷程度；根据所有像素在所有图像上的所有缺陷程度，获得缺陷程度所有可能的取值结果，然后根据每个像素在所有图像上的缺陷程度集合，统计获得每个取值结果在所述集合中出现的概率，将所有取值结果上出现的概率合并为一个向量，称为每个像素的缺陷描述向量。
[0009]进一步地，所述的待定裂痕的置信度的获取步骤包括：对待定裂痕上每个像素点的缺陷描述向量中各维度的值拟合混合高斯模型，所述混合高斯模型中只包含两个子高斯模型；将所述的两个子高斯模型的均值的差值的平方称为待定裂痕上每个像素点缺陷描述向量的特征值，将待定裂痕上所有像素点缺陷描述向量的特征值的均值称为待定裂痕的置信度。
[0010]进一步地，所述的待定裂痕的获取步骤包括：对所有像素的缺陷描述向量进行均值漂移聚类，并获得所有第一类别，获取每个
第一类别中的所有缺陷描述向量对应的所有像素，并利用DBSCAN聚类算法对所述所有像素的坐标进行聚类，获得所有第二类别，将每个第二类别中所有像素构成的纹理称为为每个待定裂痕。
[0011]进一步地，所述的边缘热度图的获取步骤包括：将所有图像上提取到的边缘称为边缘二值图，获取每个像素在所有边缘二值图上的所有灰度值的均值，获取所有像素的所述均值构成的单通道图像，称为边缘热度图。
[0012]进一步地，所述的所有图像是利用一个相机在固定数量光源下采集到的，所述的固定数量的光源具有不同的照射角度和波长。
[0013]本专利技术还提供了基于光学手段的新材料水泵缺陷检测系统，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令，以实现所述的基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法。
[0014]本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术通过利用不同光源方向以及不同光源波长下裂痕的特征不同的特点，最终获得水泵叶轮表面的裂痕，能够避免叶轮上使用痕迹的干扰，使得获得的裂痕准确，同时使得检测设备简单快捷。
[0015]2.本专利技术通过构建每个位置的缺陷描述向量，进而获得所有的待定裂痕及其置信度，通过对不同置信度的待定裂痕的筛选和分类，逐步获得准确的裂痕，充分利用了不同光源和波长下裂痕的光学特征，使得再获取裂痕过程中避免噪声的干扰，保证检测结果的准确。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：采集所有光源方向下在所有波长光照下的叶轮表面图像数据，利用边缘检测算法提取所有图像上的边缘，叠加所有图像的边缘获得边缘热度图，并对边缘热度图进行阈值分割获得边缘遮罩图；然后获取边缘遮罩图上的每个像素在所有图像上的灰度值集合，根据所述灰度值集合获得每个像素的缺陷描述向量；根据所有像素缺陷描述向量的聚类结果获得待定裂痕以及待定裂痕的置信度；根据边缘热度图获得融合边缘，然后获得不同置信度取值范围的待定裂痕，根据融合边缘与所述待定裂痕的包含关系确定最终裂痕，并获得最终裂痕的位置和长度。2.根据权利要求1所述的基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法，其特征在于，所述的最终裂痕的获取步骤包括：获取置信度大于第一阈值的第一待定裂痕，并获取裂痕置信度小于第二阈值的第二待定裂痕，再获取置信度小于等于第一阈值且大于等于第二阈值的第三待定裂痕；利用边缘检测算法获得边缘热度图上的每个边缘，称为融合边缘，当融合边缘同时只包含第一待定裂痕和第三待定裂痕时，将第三待定裂痕归属为第一待定裂痕；当融合边缘同时只包含第二待定裂痕和第三待定裂痕时，将第三待定裂痕归属为第二待定裂痕；当融合边缘同时包含第一待定裂痕、第二待定裂痕、第三待定裂痕时，那么根据第一待定裂痕、第二待定裂痕计算第三待定裂痕所归属的待定裂痕；当融合边缘只包含第三待定裂痕时，将第三待定裂痕称为不确定裂痕；获得所有不确定裂痕之后，将所述第一阈值缩小，所述第二阈值增大，只针对不确定裂痕上的所有像素，重新计算第一待定裂痕、第二待定裂痕、第三待定裂痕，直至不确定裂痕不存在；最后将所有的第一待定裂痕视为检测出的最终裂痕。3.根据权利要求2所述的基于光学手段的新材料水泵缺陷检测方法，其特征在于，所述的根据第一待定裂痕、第二待定裂痕计算第三待定裂痕所归属的待定裂痕的步骤包括：将第一待定裂痕上所有像素的缺陷描述向量降维后再乘以第一待定矩阵，获得的结果称为第一向量集合，将第二待定裂痕上所有像素的缺陷描述向量降维后乘以第二待定矩阵，获得的结果称为第二向量集合，将第三待定裂痕上所有像素的缺陷描述向量降维后称为第三向量集合；将第一向量集合和第二向量集合合并为一个集合，称为融合集合；获取使得融合集合中所有元素的均值、协方差矩阵与第三向量集合中所有元素的均值、协方差矩阵差别最小时候的第一待定矩阵和第二待定矩阵；在获取到第一待定矩阵和第二待定矩阵的情况下，利用最大均值差异算法获得融合集...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐方园，
申请(专利权)人：扬州中卓泵业有限公司，
类型：发明
国别省市：