一种全自动甩油机表面残留油膜厚度在线检测方法及系统与流程

本发明涉及工业在线检测，尤其是一种全自动甩油机表面残留油膜厚度在线检测方法及系统。

背景技术：

1、在冷镦、机加工等金属工件生产过程中，工件经塑性加工后表面会附着大量切削油或冷却油。全自动甩油机通过离心力将表面油液甩出，但在实际生产中，甩油效果的验证主要依赖离线抽检，取样品送实验室进行重量测定。这种方式存在采样运输易受干扰、无法反映全表面油膜分布、无法实现在线实时反馈控制等问题。

2、针对现有红外光谱测厚技术因依赖平整表面和固定测量几何关系而无法适应甩油机内三维复杂曲面工件及动态油雾环境的技术现状，提供一种能够克服曲面姿态变化导致反射率畸变、克服分光镜参考光路与测量光路空间分离导致油雾衰减无法补偿、克服低置信度区域厚度反演缺乏空间约束导致孤立异常值，并构建一套集多光谱成像、三维形貌测量、同光路参考补偿于一体的在线检测系统架构，从而实现在甩油机运行过程中对三维复杂曲面工件全表面残留油膜厚度进行在线实时定量检测的全自动甩油机表面残留油膜厚度在线检测方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种全自动甩油机表面残留油膜厚度在线检测方法及系统，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种全自动甩油机表面残留油膜厚度在线检测方法，应用于全自动甩油机，包括：

4、获取全自动甩油机内工件的多光谱反射图像、三维点云数据和预设工件cad标准模板，并根据所述多光谱反射图像获取各像素点的实测反射率；

5、将所述三维点云数据与预设工件cad标准模板进行配准，获得工件表面各像素点的法向量偏差角和配准置信度；

6、据所述法向量偏差角，根据所述三维点云数据获取工件表面局部粗糙度参数，并根据所述工件表面局部粗糙度参数和法向量偏差角获取各像素点的等效法向入射反射率；

7、获取本次甩油工序的工艺设定参数，根据所述工艺设定参数建立甩油后油膜残留分布模型；

8、获取与工件同一光路的固定参考板的实时反射率信号，根据所述实时反射率信号获取当前光路的可逆散射衰减系数，根据所述等效法向入射反射率和所述可逆散射衰减系数获取补偿反射率；

9、以所述残留分布模型作为正则化约束项，对所述补偿反射率进行朗伯-比尔反演，获取各像素点的油膜厚度初步值；

10、根据所述配准置信度和油膜厚度初步值获取各像素点的油膜厚度最终值，并根据所述油膜厚度最终值生成油膜厚度分布图；

11、根据所述油膜厚度分布图输出残留油膜厚度在线检测结果。

12、优选的，所述将所述三维点云数据与预设工件cad标准模板进行配准，获得工件表面各像素点的法向量偏差角和配准置信度的步骤，包括：

13、将所述三维点云数据与所述cad标准模板进行迭代最近点配准，建立所述三维点云数据中各空间点与所述cad标准模板中各对应点之间的空间变换关系；

14、根据所述空间变换关系，从所述cad标准模板中获取各像素点所对应的理论法向量；

15、根据所述理论法向量与预先标定的传感器光轴方向，计算各像素点的所述理论法向量与所述传感器光轴方向之间的夹角，作为所述法向量偏差角；

16、获取所述迭代最近点配准的配准残差，并根据所述配准残差确定各像素点的所述配准置信度。

17、优选的，所述据所述法向量偏差角，根据所述三维点云数据获取工件表面局部粗糙度参数，并根据所述工件表面局部粗糙度参数和法向量偏差角获取各像素点的等效法向入射反射率的步骤，包括：

18、获取金属基底材料在所述多光谱反射图像的采集波段下的光学常数，所述光学常数包括折射率和消光系数；

19、根据所述法向量偏差角和所述光学常数，基于菲涅尔方程计算各像素点所对应的几何校正因子；

20、根据所述几何校正因子对所述实测反射率进行校正，将所述实测反射率除以所述几何校正因子，获取所述等效法向入射反射率。

21、优选的，所述获取与所述工件同一光路的固定参考板的实时反射率信号，根据所述实时反射率信号获取当前光路的可逆散射衰减系数，根据所述等效法向入射反射率和所述可逆散射衰减系数获取补偿反射率的步骤，包括：

22、获取与所述工件同一相机视场内的固定参考板的实时反射率信号，基于所述实时反射率信号为在所述多光谱反射图像采集时刻同步获取固定参考板在各波长下的参考反射率；

23、获取所述固定参考板的初始标定反射率；

24、根据所述初始标定反射率和参考反射率获取综合衰减系数；

25、获取甩油机内油雾浓度传感器信号和所述固定参考板的累计使用时间；

26、根据所述综合衰减系数、油雾浓度传感器信号和累计使用时间，获取当前光路的可逆散射衰减系数：

27、根据所述等效法向入射反射率和可逆散射衰减系数，获取补偿反射率。

28、优选的，所述获取本次甩油工序的工艺设定参数，根据所述工艺设定参数建立甩油后油膜残留分布模型的步骤，包括：

29、从甩油机控制系统中获取本次甩油工序的工艺设定参数和油液参数，其中，所述工艺设定参数包括旋转角速度和甩油时长；

30、根据所述三维点云数据与所述cad标准模板配准后的空间位置，获取各像素点在工件坐标系下对应的旋转半径；

31、根据所述油液参数获取油液密度和油液动力粘度；

32、根据库所述旋转角速度、甩油时长、旋转半径、油液密度和油液动力粘度建立甩油后油膜理论残留分布模型。

33、优选的，所述以所述残留分布模型作为正则化约束项，对所述等效法向入射反射率进行朗伯-比尔反演，获取各像素点的油膜厚度初步值的步骤，包括：

34、获取工件在特征吸收波长下的基准反射率和预设朗伯-比尔反演参数；

35、根据各像素点的所述等效法向入射反射率、基准反射率和朗伯-比尔反演参数，构建朗伯-比尔反射率函数：

36、根据所述甩油后油膜残留分布模型构建正则化约束项；

37、根据所述朗伯-比尔反射率函数和正则化约束项，构建耦合反演目标函数：

38、对所述耦合反演目标函数进行迭代优化获取各像素点的油膜厚度初步值。

39、优选的，所述根据所述配准置信度和油膜厚度初步值获取各像素点的油膜厚度最终值的步骤，包括：

40、根据所述配准置信度判断各像素点的配准可靠程度；

41、对于所述配准置信度大于或等于预设置信度阈值的像素点，将所述油膜厚度初步值直接作为该像素点的所述油膜厚度最终值；

42、对于所述配准置信度小于所述预设置信度阈值的像素点，根据该像素点的邻域像素点的所述油膜厚度初步值进行邻域平滑插值，获取该像素点的邻域插值厚度；

43、根据所述配准置信度对所述油膜厚度初步值和所述邻域插值厚度进行加权融合，将所述配准置信度作为所述油膜厚度初步值的权重、将一减去所述配准置信度作为所述邻域插值厚度的权重，获取该像素点的所述油膜厚度最终值。

44、优选的，所述根据所述油膜厚度最终值生成油膜厚度分布图的步骤，包括：

45、获取各像素点的所述油膜厚度最终值及其对应的像素坐标；

46、根据各像素点的所述像素坐标建立空间映射关系，并将各像素点的所述油膜厚度最终值按照所述空间映射关系填充至空白图谱的对应像素位置，生成初始厚度分布图；

47、获取所述初始厚度分布图中的未填充像素点，根据所述未填充像素点的邻域像素点的所述油膜厚度最终值进行空洞插值填充，生成完整厚度分布图；

48、对所述完整厚度分布图进行空间平滑滤波，消除各像素点之间的厚度跳变，生成所述油膜厚度分布图。

49、优选的，其特征在于，所述根据所述油膜厚度分布图输出残留油膜厚度在线检测结果的步骤，包括：

50、获取所述油膜厚度分布图中各像素点的所述油膜厚度最终值及其对应的像素坐标；

51、根据各像素点的所述油膜厚度最终值，计算所述油膜厚度分布图的厚度统计特征，所述厚度统计特征包括厚度均值、厚度峰值、厚度最小值和厚度标准差；

52、将各像素点的所述油膜厚度最终值与预设厚度阈值进行逐像素比对，根据比对结果生成各像素点的缺陷判定标签；

53、根据所述缺陷判定标签统计所述油膜厚度分布图中的缺陷像素点总数，并根据所述缺陷像素点总数与所述油膜厚度分布图的像素点总数计算缺陷面积占比；

54、根据所述厚度统计特征、所述缺陷判定标签和所述缺陷面积占比生成检测结果报告，并将所述检测结果报告作为所述残留油膜厚度在线检测结果输出。

55、本发明还公开了一种全自动甩油机表面残留油膜厚度在线检测系统，包括：

56、实测反射率获取模块，用于获取全自动甩油机内工件的多光谱反射图像、三维点云数据和预设工件cad标准模板，并根据所述多光谱反射图像获取各像素点的实测反射率；

57、配准模块，用于将所述三维点云数据与预设工件cad标准模板进行配准，获得工件表面各像素点的法向量偏差角和配准置信度；

58、入射反射率获取模块，用于据所述法向量偏差角，根据所述三维点云数据获取工件表面局部粗糙度参数，并根据所述工件表面局部粗糙度参数和法向量偏差角获取各像素点的等效法向入射反射率；

59、分布模型建立模块，用于获取本次甩油工序的工艺设定参数，根据所述工艺设定参数建立甩油后油膜残留分布模型；

60、补偿反射率获取模块，用于获取与工件同一光路的固定参考板的实时反射率信号，根据所述实时反射率信号获取当前光路的可逆散射衰减系数，根据所述等效法向入射反射率和所述可逆散射衰减系数获取补偿反射率；

61、油膜厚度初步值获取模块，用于以所述残留分布模型作为正则化约束项，对所述补偿反射率进行朗伯-比尔反演，获取各像素点的油膜厚度初步值；

62、分布图生成模块，用于根据所述配准置信度和油膜厚度初步值获取各像素点的油膜厚度最终值，并根据所述油膜厚度最终值生成油膜厚度分布图；

63、结果输出模块，用于根据所述油膜厚度分布图输出残留油膜厚度在线检测结果。

64、本技术的有益效果为：本发明通过将三维点云数据与预设工件cad标准模板进行配准以获得工件表面各像素点的法向量偏差角，并基于菲涅尔方程对实测反射率进行几何归一化校正，从根本上解决了曲面姿态变化导致反射率畸变的问题；通过在相机视场内设置与工件同一光路的固定参考板以获取反映当前光路真实衰减状态的实时反射率信号，并计算综合衰减系数对等效法向入射反射率进行共路差分补偿，一次性剥离了光源乘性波动和油雾乘性散射两个干扰，克服了公知分光镜补偿方案中参考光路与测量光路空间分离导致油雾衰减无法补偿的结构性缺陷；通过根据配准置信度对油膜厚度初步值进行加权约束，对于高置信度像素点直接采用反演结果、对于低置信度像素点通过邻域平滑插值进行填充，有效抑制了低置信度区域的孤立异常值，使厚度分布图具有空间连续性和一致性；最终通过多光谱相机、结构光扫描仪、固定参考板、旋转编码器和处理器的协同工作，构建了一套完整的在线检测系统架构，实现了从多源数据采集、三维配准、几何归一化校正、共路差分补偿、厚度反演、加权约束到厚度分布图生成的全流程自动化检测，可输出工件全表面逐像素的油膜厚度分布图，为甩油工艺质量评估和闭环控制提供了完整的空间分布数据基础，具有在线实时、非接触、适应油雾环境的显著优势。