专利名称：一种合金固件内部缺陷三维重建方法
技术领域：
本发明涉及一种红外无损检测技术，具体地说是一种合金固件内部缺陷三维重建方法。
背景技术：
红外无损检测技术是近年来无损检测领域发展迅速的一种新方法，该技术具有非接触、快速、直观、自动化测试等特点，在国外已经广泛应用在航空发动机叶片缺陷的检测中。它是对叶片进行加热后，叶片内部的缺陷改变叶片本身的热性能，会在缺陷处形成能量的堆积，导致叶片表面温度场的变化。通过图像处理技术对叶片表面的温度图谱进行处理分析，可以确定缺陷的位置，从而达到无损检测的目的。现在的检测结果大多是给出缺陷的位置，并不能显示出缺陷的三维图像，无法将缺陷的三维扩展过程进行模拟。
发明内容
针对现有技术中存在的红外无损检测不能显示出缺陷的三维图像，无法将缺陷的三维扩展过程进行模拟等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种实现合金固件内部缺陷的三维重建、完成缺陷的三维模拟的合金固件内部缺陷三维重建方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明合金固件内部缺陷三维重建方法包括以下步骤利用无损检测设备生成红外图像；在红外图像中，通过无损检测技术对合金固件内部的缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围及颜色差异信息；根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息；根据缺陷的位置范围及深度信息，通过可视化技术，完成三维重建，实现缺陷的三维模拟。确定缺陷的位置范围包括在无损检测得到的每帧图像中，通过边缘提取算法确定每帧图像中异常点的范围；在异常点的范围内，利用帧差法从图像背景中提取真正的缺陷位置。所述根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息包括把叶片看做无限厚的平板模型，根据一维热传导方程，利用图像颜色差异信息进行反推计算，得到缺陷点的深度信息。通过可视化技术，完成三维重建包括将缺陷位置信息以及任意缺陷点的深度信息组合，形成代表缺陷点的三元组信息；设定三元组信息的三维显示坐标空间；将三元组信息在三维坐标空间进行标绘，得到缺陷三维重建图像。
或者，本发明合金固件内部缺陷三维重建方法包括以下步骤利用无损检测设备生成红外图像；在红外图像中通过无损检测技术对合金固件内部的缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围及颜色差异信息；在红外图像中利用传热学理论对图像进行一维传热计算，确定任意缺陷点的深度 fn息；根据缺陷的位置范围及深度信息，通过可视化技术，完成三维重建，实现缺陷的三维模拟。确定缺陷的位置范围包括在无损检测得到的每帧图像中，通过边缘提取算法确定每帧图像中异常点的范围；在异常点的范围内，利用帧差法从图像背景中提取真正的缺陷位置。所述根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息包括把叶片看做无限厚的平板模型，根据一维热传导方程，利用图像颜色差异信息进行反推计算，得到缺陷点的深度信息。通过可视化技术，完成三维重建包括将缺陷位置信息以及任意缺陷点的深度信息组合，形成代表缺陷点的三元组信息；设定三元组信息的三维显示坐标空间；将三元组信息在三维坐标空间进行标绘，得到缺陷三维重建图像。本发明具有以下有益效果及优点1.内部缺陷的三维重建。本方法基于红外无损检测技术，同时结合传热学理论，可以将合金固件内部缺陷进行三维模拟，直观有效的呈现内部缺陷的三维影像，通过该方法可以探测到合金固件内部的缺陷情况，同时不损伤固件本身。2.某些合金固件做为重大装备中的重要部件，其缺陷是装备失效的重要原因。通过三维重建技术，方便技术人员可以多方位、多层次的对固件内部缺陷的三维影像进行详细观察，可以辅助其对缺陷进行定性甚至定量分析，为固件的使用情况乃至寿命分析提供检测依据，因而具有极其重要的实际意义和研究价值。
图1本发明合金固件内部缺陷三维重建方法学流程图(一)；图2本发明合金固件内部缺陷三维重建方法学流程图(二)；图3为本发明方法中的红外成像的二维图；图4为本发明方法缺陷位置范围提取结果图；图5为本发明方法一维传热模型图；图6为本发明方法合金固件内部缺陷三维重建图。
具体实施例方式实施例1
本发明提出的合金固件内部缺陷三维重建方法基于红外无损检测技术，并考虑到了传热学理论。通过无损检测技术对合金固件内部缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围，同时结合传热学理论可以确定缺陷的深度信息，从而实现内部缺陷的三维重建，对固件当前的使用工况实现直观的三维模拟。本实施例中的合金固件以航空发动机叶片为例。本发明方法如图1所示，包括以下步骤1)利用无损检测设备生成红外图像本实施例通过高能闪光灯对试件进行主动加热，通过红外热像仪进行红外辐射信号的捕捉，后接成像装置显示红外图像，如图3所示，是通过红外热像仪形成的二维红外图像。2)在红外图像中，通过无损检测技术对合金固件内部的缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围及颜色差异信息在无损检测得到的每帧图像中，通过边缘提取算法确定每帧图像中异常点的范围；在异常点的范围内，利用帧差法从图像背景中提取真正的缺陷位置。本实施例采用Roberts算子边缘检测算法，对每帧图像进行边缘提取。Roberts算子是一种用局部差分算子寻找边缘的算子，它是一个2X2的算子模板。由于Roberts算子对噪声比较敏感，通过该算法进行边缘提取得到的图像包含伪缺陷点和噪声。然后采用帧差法将缺陷点进行提�。〔罘ㄊ且恢纸崛≡硕勘甑挠行惴ǎ贜帧和第N+1帧图像作差，有缺陷区域由于能量堆积会发生较大的温差变化，而无缺陷区域相比则变化较�。� 通过选取适当的阈值，就可以去除温度变化小或者没有变化的区域，便可以将有缺陷区域从图像中提取出来，去掉了伪缺陷点和噪声。如图4所示，是经过红外无损检测图像处理提取出的缺陷位置范围。3)根据图像的缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息包括把叶片看做无限厚的平板模型，根据一维热传导方程，利用图像颜色差异信息进行反推计算，得到缺陷点的深度信息。由于缺陷相对叶片厚度来说尺寸很�。钥梢园岩镀醋鑫尴藓竦钠桨迥Ｐ停� 如图5所示。考虑热量在叶片内部的传导过程可由一维固体热传导方程来描述。简化后缺陷部位的一维热传导方程为
权利要求
1.一种合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于包括以下步骤 利用无损检测设备生成红外图像；在红外图像中，通过无损检测技术对合金固件内部的缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围及颜色差异信息；根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息；根据缺陷的位置范围及深度信息，通过可视化技术，完成三维重建，实现缺陷的三维模拟。
2.按权利要求1所述的合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于确定缺陷的位置范围为在无损检测得到的每帧图像中，通过边缘提取算法确定每帧图像中异常点的范围； 在异常点的范围内，利用帧差法从图像背景中提取真正的缺陷位置。
3.按权利要求1所述的合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于所述根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息包括把叶片看做无限厚的平板模型，根据一维热传导方程，利用图像颜色差异信息进行反推计算，得到缺陷点的深度信息。
4.按权利要求1所述的合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于通过可视化技术，完成三维重建包括将缺陷位置信息以及任意缺陷点的深度信息组合，形成代表缺陷点的三元组信息； 设定三元组信息的三维显示坐标空间；将三元组信息在三维坐标空间进行标绘，得到缺陷三维重建图像。
5.一种合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于包括以下步骤 利用无损检测设备生成红外图像；在红外图像中通过无损检测技术对合金固件内部的缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围及颜色差异信息；在红外图像中利用传热学理论对图像进行一维传热计算，确定任意缺陷点的深度信息；根据缺陷的位置范围及深度信息，通过可视化技术，完成三维重建，实现缺陷的三维模拟。
6.按权利要求1所述的合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于确定缺陷的位置范围为在无损检测得到的每帧图像中，通过边缘提取算法确定每帧图像中异常点的范围； 在异常点的范围内，利用帧差法从图像背景中提取真正的缺陷位置。
7.按权利要求1所述的合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于所述根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息包括把叶片看做无限厚的平板模型，根据一维热传导方程，利用图像颜色差异信息进行反推计算，得到缺陷点的深度信息。
8.按权利要求1所述的合金固件内部缺陷三维重建方法，其特征在于通过可视化技术，完成三维重建包括将缺陷位置信息以及任意缺陷点的深度信息组合，形成代表缺陷点的三元组信息；设定三元组信息的三维显示坐标空间；将三元组信息在三维坐标空间进行标绘，得到缺陷三维重建图像。
全文摘要
本发明涉及一种合金固件内部缺陷三维重建方法，包括以下步骤利用无损检测设备生成红外图像；在红外图像中，通过无损检测技术对合金固件内部的缺陷进行无损检测，确定缺陷的位置范围及颜色差异信息；根据缺陷位置范围，结合传热学理论确定任意缺陷点的深度信息；根据缺陷的位置范围及深度信息，通过可视化技术，完成三维重建，实现缺陷的三维模拟。本发明可以将合金固件内部缺陷进行三维模拟，直观有效的呈现内部缺陷的三维影像，通过该方法可以探测到合金固件内部的缺陷情况，同时不损伤固件本身，方便技术人员可以多方位、多层次的对固件内部缺陷的三维影像进行详细观察，具有极其重要的实际意义和研究价值。
文档编号G01N21/88GK102486462SQ201010572548
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者周雷, 赵大威, 赵怀慈, 赵春阳, 郝明国 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所
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