基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)，可使本軟件系統(tǒng)在工廠的環(huán)境中完成軸承表面裂紋的檢測(cè)，屬于機(jī)器識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，對(duì)于金屬的檢驗(yàn)已經(jīng)發(fā)展的很廣泛了，包括射線檢驗(yàn)、超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)、激光成像等等，本文現(xiàn)在提出了一種新型的基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)。

磁粉檢測(cè)（mt）用于檢測(cè)鐵磁性材料的表面或近表面的缺陷，由于不連續(xù)的磁痕堆集于被檢測(cè)表面上，所以能直觀地顯示出不連續(xù)的形狀、位置和尺寸，并可大致確定其性質(zhì)。磁粉檢測(cè)的靈敏度可檢出的不連續(xù)寬度可達(dá)到0.1。磁粉檢測(cè)的效果是以工件上不允許存在的表面和近表面的不連續(xù)能否得到充分的顯示來評(píng)定的。所謂的不連續(xù)，是指原材料或零（部）件組織、結(jié)構(gòu)或外形的間斷。而材料的缺陷，是指應(yīng)用無損檢測(cè)方法檢測(cè)到的非結(jié)構(gòu)性不連續(xù)。綜合使用多種磁化方法，磁粉檢測(cè)幾乎不受工件大小和幾何形狀的影響，能檢測(cè)出工件各個(gè)方向的缺陷。

在檢測(cè)時(shí)，根據(jù)工件上缺陷顯現(xiàn)的情況，磁痕的顯示可分為四種：

（1）顯示不清。磁粉聚集微弱，磁痕淺而淡，不能顯示缺陷全部情況，重復(fù)性不好，容易漏檢，不能作為判斷缺陷的依據(jù)。

（2）基本顯示。磁粉聚集細(xì)而弱，能顯示缺陷全部形狀和性質(zhì)，重復(fù)性一般。做為缺陷判斷依據(jù)效果不佳。

（3）清晰顯示。磁粉聚集緊密、集中、鮮明，能顯示全部缺陷形狀和性質(zhì)，重復(fù)性良好。這是磁粉探傷判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）偽像。缺陷處磁粉聚集過密，在沒有缺陷的表面上有較明顯的磁粉片或點(diǎn)狀附著物。有時(shí)金屬流線、組織及成分偏析、應(yīng)力集中、局部冷作硬化等成分組織的不均勻現(xiàn)象也有所顯示。偽像影響缺陷的正常判斷，是顯示過度的反映，應(yīng)該注意排除。

同時(shí)，工件磁化時(shí)，與磁場(chǎng)方向垂直的不連續(xù)最容易產(chǎn)生漏磁場(chǎng)吸附磁粉而顯現(xiàn)出不連續(xù)的形狀。當(dāng)不連續(xù)與磁粉方向小于30°角時(shí)，由于漏磁場(chǎng)很小，不連續(xù)很難被檢測(cè)出來。

必須對(duì)工件的磁化最佳方向進(jìn)行選擇，使缺陷方向與磁場(chǎng)方向垂直或接近垂直,以獲得最大的漏磁場(chǎng)。但是，工件中的缺陷方向是不確定的，可能有各種取向。為了發(fā)現(xiàn)所有方向上的缺陷，需要在工件上建立不同方向的磁場(chǎng)，于是形成了多種不同的磁化方法。為了確保任何方向不連續(xù)的檢出，根據(jù)工件的幾何形狀，可采用兩個(gè)或多個(gè)方向的磁化，或采用復(fù)合磁化。

工件磁化時(shí)，按照工件是否直接通過磁化電流，可以分為通電磁化和通磁（感應(yīng)）磁化。而按照磁化時(shí)工件上磁場(chǎng)的方向，可以分為周向磁化、縱向磁化和多向磁化三種。

(1)通電磁化和通磁磁化

通電磁化是指在磁化時(shí)工件全部或局部通過電流，其磁化是由流過工件的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完成的。這種磁化的方法有軸向通電磁化法、觸頭通電磁化法以及感應(yīng)電流磁化法等。前兩種方法工件作為電路的一部分產(chǎn)生磁場(chǎng)得到磁化；后者則是利用電磁感應(yīng)的原理在工件上感應(yīng)出電流進(jìn)行磁化。

通磁磁化又叫做感應(yīng)磁化。它是利用磁場(chǎng)感應(yīng)原理將鐵磁工件磁化。這種磁化磁場(chǎng)可以是周向磁場(chǎng)(中心導(dǎo)體法),也可以是縱向磁場(chǎng)(線圈或磁軛)。當(dāng)工件置于這種磁場(chǎng)外加中時(shí)，工件將得到磁化。

通電磁化和通磁磁化的區(qū)別是：通電磁化的磁場(chǎng)在電流通過工件時(shí)產(chǎn)生；通磁磁化的磁場(chǎng)是外加的，工件本身并沒有電流通過。

(2)周向磁化與縱向磁化

對(duì)工件進(jìn)行直接通電，或是在有孔工件的中心穿過一根通電導(dǎo)體，工件內(nèi)部和周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)是與電流方向垂直并以工件軸心為中心的同心圓，即磁力線在沿著工件軸線的圓周上閉合，形成一個(gè)圓周向的工作磁路。該磁場(chǎng)叫周向磁場(chǎng),周向磁場(chǎng)磁化的工件叫周向磁化。

縱向磁場(chǎng)是指與工件軸向一致(或平行)的磁場(chǎng)。工件在縱向磁場(chǎng)中得到一個(gè)與工件軸平行的工作磁路，該磁路可以通過鐵心形成閉合回路，也可以通過工件和空氣形成閉合回路，這種磁化方式叫做縱向磁化。

(3)多向磁化

為了能夠一次磁化發(fā)現(xiàn)工件各個(gè)方向上的缺陷，根據(jù)磁場(chǎng)疊加的原理，可以采用兩個(gè)或兩個(gè)以上變化的磁場(chǎng)對(duì)工件同時(shí)進(jìn)行磁化。當(dāng)疊加的合成磁場(chǎng)方向不斷變化時(shí)，工件中產(chǎn)生了一個(gè)大小及方向隨時(shí)間成圓形、橢圓形或其它形狀的磁場(chǎng)。因此可以發(fā)現(xiàn)多于一個(gè)方向上的缺陷。這種磁化方法叫做多向磁化或復(fù)合磁化法，可由不同方向的通磁感應(yīng)磁化、感應(yīng)及電流磁化復(fù)合而成。如擺動(dòng)磁場(chǎng)、十字交叉磁軛磁化以及線圈交叉磁化等方法。

相對(duì)于x射線、超聲檢測(cè)、渦流檢測(cè)、激光成像等檢測(cè)方法而言，磁粉探傷技術(shù)具有低成本和高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬工件的表面缺陷檢測(cè)。但是該技術(shù)仍然依靠人工進(jìn)行目檢判別，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、損害身體健康等客觀缺點(diǎn)。

為了替代人工進(jìn)行表面缺陷檢測(cè)和提高檢測(cè)效率，本文將日趨成熟的機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于無損檢測(cè)領(lǐng)域，該技術(shù)主要涉及數(shù)字圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)兩個(gè)方面，是無損檢測(cè)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在充分考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境下，本文形成針對(duì)某一類工件的在線裂紋檢測(cè)系統(tǒng)。鑒于此，針對(duì)某廠生產(chǎn)的一類車削軸承，基于該車間改進(jìn)的半自動(dòng)化磁粉探傷機(jī)，運(yùn)用機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)出針對(duì)某種軸承表面裂紋的在線檢測(cè)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)，本發(fā)明提供一種基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)。通過固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)周圍的三個(gè)工業(yè)相機(jī)來獲取軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的柱面磁痕圖像；利用數(shù)字圖像處理技術(shù)完成磁痕圖像的預(yù)處理，提取出磁痕圖像中各疑似區(qū)域的顏色和幾何特征；最后根據(jù)這些區(qū)域的特征參數(shù)，利用模式識(shí)別中的分類器技術(shù)進(jìn)行樣本訓(xùn)練并生成判別模型，進(jìn)而基于這個(gè)判別模型來完成軸承裂紋自動(dòng)識(shí)別。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)，主要工作流程包含以下步驟：

（1）場(chǎng)景深度信息采集：首先，機(jī)械手從工件槽取件放置于固定磁化觸頭處，活動(dòng)磁化觸頭伸長至接觸工件頂部位置時(shí)，磁化電路開始對(duì)工件進(jìn)行橫縱向磁化，完成磁化后活動(dòng)磁化觸頭縮回原處。機(jī)械手將磁化工件送至網(wǎng)孔狀放置臺(tái)后回到工件槽抓取下一個(gè)待磁化的工件。同時(shí)，磁懸液噴灑裝置會(huì)對(duì)放置臺(tái)上的磁化工件噴灑油性磁懸液，使其表面充分接觸磁懸液，網(wǎng)狀放置臺(tái)具備磁懸液循環(huán)回收功能。然后，機(jī)械手將噴灑磁懸液的工件送至圓形旋轉(zhuǎn)臺(tái)的圓心，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在環(huán)形黑光燈照射下，三臺(tái)環(huán)繞工件的工業(yè)相機(jī)開始對(duì)旋轉(zhuǎn)工件進(jìn)行拍照得到磁痕圖像，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)交換機(jī)傳送至計(jì)算機(jī)。

（2）磁痕圖像預(yù)處理：預(yù)處理的目的在于改善磁痕圖像質(zhì)量，以抑制無關(guān)信息和增強(qiáng)特征信息，其處理結(jié)果的好壞直接影響到后續(xù)的特征提取。在磁痕圖像采集環(huán)節(jié)，由于采集環(huán)境黑暗、相機(jī)光電噪聲、鏡頭受到磁懸液污染、工件表面吸附的孤立磁粉顆粒等因素，造成磁痕圖像存在椒鹽噪聲、灰度不均和對(duì)比度不明顯等情況。而自適應(yīng)中值濾波對(duì)于椒鹽噪聲具有很強(qiáng)的去噪能力，常用于邊緣信息的保護(hù)。

（3）圖像分割：本次采用的基于支持向量機(jī)算法（svm）與模糊c均值聚類算法（fcm）的彩色圖像分割方法，分為兩個(gè)處理階段第一個(gè)階段是基于fcm訓(xùn)練樣本的自動(dòng)選擇。該階段首先對(duì)圖像進(jìn)行初分割，即通過fcm聚類算法將像素點(diǎn)分為前景和背景兩類，然后在兩類樣本點(diǎn)中隨機(jī)挑選適量的樣本點(diǎn)作為svm的訓(xùn)練樣本，并對(duì)其進(jìn)行類別標(biāo)注；第二個(gè)階段是基于svm的圖像分割。該階段首先對(duì)選取好的訓(xùn)練樣本進(jìn)行顏色和紋理特征的提取，然后用帶有屬性特征的訓(xùn)練樣本來訓(xùn)練svm分類器，最后用svm分類器來預(yù)測(cè)圖像中的所有像素點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了彩色圖像的分割。

（4）形態(tài)學(xué)處理和特征提?。簩⒅胺指詈玫膱D像，轉(zhuǎn)換為二值圖。同時(shí)，在磁痕圖像中，裂紋區(qū)呈現(xiàn)黃綠色且顏色飽滿、一般為窄條形狀，磁懸液滯留區(qū)域呈現(xiàn)乳白色或者淺黃色、顏色稀薄、邊界光滑、寬度較大，軸承柱面引起的反光區(qū)呈現(xiàn)紫紅色、寬度一致、形狀固定，纖維物區(qū)域呈白色，形狀細(xì)長、粗細(xì)均勻、曲率變化大等。根據(jù)上述疑似區(qū)域的特點(diǎn)，提取以下6個(gè)特征：邊界長度、邊界直徑、曲率、區(qū)域面積、區(qū)域重心、以及邊界矩。

（5）裂紋識(shí)別：本次采用樸素貝葉斯分類器來進(jìn)行分類識(shí)別，樸素貝葉斯分類器(naivebayesclassifier,或nbc)發(fā)源于古典數(shù)學(xué)理論，有著堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，以及穩(wěn)定的分類效率。同時(shí)，nbc模型所需估計(jì)的參數(shù)很少，對(duì)缺失數(shù)據(jù)不太敏感，算法也比較簡單。理論上，nbc模型與其他分類方法相比具有最小的誤差率。nbc的具體訓(xùn)練過程為：初始化步，構(gòu)建可以表征句子的特征向量（詞匯表）。并根據(jù)這個(gè)特征向量，把訓(xùn)練集表征出來。從訓(xùn)練集中分離部分?jǐn)?shù)據(jù)作為測(cè)試集。學(xué)習(xí)步，計(jì)算類的先驗(yàn)概率和特征向量對(duì)應(yīng)每一類的條件概率向量分類步,計(jì)算測(cè)試集中待分類句子在每一類的分類后驗(yàn)概率，取最大值作為其分類，并與給定標(biāo)簽比較，得到誤分類率。

然后將人工識(shí)別過的10000張圖片作為訓(xùn)練樣本，接下來進(jìn)行樣本訓(xùn)練，形成判別模型，最后進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，形成判斷結(jié)果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)流程圖；

圖2為本發(fā)明基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)框圖;

圖3為本發(fā)明使用基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)的硬件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

如圖1所示，一種基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)流程圖，該系統(tǒng)主要包括場(chǎng)景深度信息采集、磁痕圖像預(yù)處理、圖像分割、形態(tài)學(xué)處理和特征提取、到裂紋識(shí)別。

如圖2所示，一種基于熒光磁粉的智能缺陷識(shí)別系統(tǒng)框圖，首先從具體的工廠環(huán)境中獲取到工件的圖像，接著傳遞磁痕的rgb圖像到上位機(jī)當(dāng)中。首先進(jìn)行自適應(yīng)中值濾波，接著采用svm+fcm的彩色圖像分割法來進(jìn)行處理。之后把分割好的彩色圖像轉(zhuǎn)換為hsv圖像，保留h和s兩個(gè)通道的圖像，通過多閾值分割、形態(tài)學(xué)處理轉(zhuǎn)換為二值圖。緊接著提取二值圖的六個(gè)特征，即邊界長度、邊界直徑、曲率、區(qū)域面積、區(qū)域重心、以及邊界矩。最后進(jìn)行樣本訓(xùn)練獲取判別結(jié)果。

本文采用的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，主要分自動(dòng)磁化裝置、磁懸液噴灑與回收、磁痕圖像在線采集和計(jì)算機(jī)軟件處理與識(shí)別等四個(gè)部分。

首先，機(jī)械手從工件槽取件放置于固定磁化觸頭處，活動(dòng)磁化觸頭伸長至接觸工件頂部位置時(shí)，磁化電路開始對(duì)工件進(jìn)行橫縱向磁化，完成磁化后活動(dòng)磁化觸頭縮回原處。機(jī)械手將磁化工件送至網(wǎng)孔狀放置臺(tái)后回到工件槽抓取下一個(gè)待磁化的工件。同時(shí)，磁懸液噴灑裝置會(huì)對(duì)放置臺(tái)上的磁化工件噴灑油性磁懸液，使其表面充分接觸磁懸液，網(wǎng)狀放置臺(tái)具備磁懸液循環(huán)回收功能。然后，機(jī)械手將噴灑磁懸液的工件送至圓形旋轉(zhuǎn)臺(tái)的圓心，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在環(huán)形黑光燈照射下，三臺(tái)環(huán)繞工件的工業(yè)相機(jī)開始對(duì)旋轉(zhuǎn)工件進(jìn)行拍照得到磁痕圖像，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)交換機(jī)傳送至計(jì)算機(jī)。

接下來進(jìn)行圖像預(yù)處理和圖像分割，首先將磁痕rgb圖像進(jìn)行自適應(yīng)中值濾波，然后使用支持向量機(jī)算法（svm）與模糊c均值聚類算法（fcm）的彩色圖像分割方法，將圖像分割完畢，再將分割完畢的圖像轉(zhuǎn)換為hsv圖像后，保留h和s通道。保留s和v通道的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，形成二值圖。

接下來是特征提取部分，提取以下6個(gè)特征：邊界長度、邊界直徑、曲率、區(qū)域面積、區(qū)域重心、以及邊界矩。分別具體是：邊界長度是一種簡單的邊界全局特征，它是包圍區(qū)域的輪廓的周長。邊界直徑，它是邊界上相隔最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間的距離，即這兩點(diǎn)之間的直連線段長度，也稱為邊界的主軸或者長軸。曲率是斜率的改變率，它描述了邊界上各點(diǎn)沿邊界方向變化的情況。區(qū)域面積是區(qū)域的一個(gè)基本特性，它描述區(qū)域的大小。區(qū)域重心是一種全局描述符，重心的坐標(biāo)是根據(jù)所有屬于區(qū)域的點(diǎn)計(jì)算出來的。邊界矩，用來定量描述曲線段而進(jìn)一步描述整個(gè)邊界，同時(shí)這種描述對(duì)邊界的旋轉(zhuǎn)不敏感。

最后進(jìn)行樣本訓(xùn)練，形成判別模型，樸素貝葉斯分類器(naivebayesclassifier,或nbc)發(fā)源于古典數(shù)學(xué)理論，有著堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，以及穩(wěn)定的分類效率。同時(shí)，nbc模型所需估計(jì)的參數(shù)很少，對(duì)缺失數(shù)據(jù)不太敏感，算法也比較簡單。最后使用樸素貝葉斯分類器（nbc）的優(yōu)秀模型性能進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，形成判斷結(jié)果。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的應(yīng)用適用范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的應(yīng)用適用范圍內(nèi)。