一种磁铁旋测线圈检测方法及检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种磁铁旋测线圈检测方法及检测系统。本发明专利技术基于X射线源的CT扫描方法对旋测线圈进行无损检测，利用探测器进行图像记录，通过后期图像处理，并采用Matlab进行图像分析，得出旋测线圈的中平面直线与端部两个轴承中心连线之间的偏差距离，从而得到内部线圈是否发生位置偏移或整体发生形变的检测结果。

【技术实现步骤摘要】
一种磁铁旋测线圈检测方法及检测系统
本专利技术涉及一种旋测线圈检测方法，具体涉及一种磁铁旋测线圈检测方法及检测系统。
技术介绍
利用旋测线圈对磁铁旋测法是对加速器上四、六极铁进行磁场测量的基本方法，在磁中心和高阶场测量方面发挥着至关重要的作用，是检验磁场质量的关键工具。旋测线圈加工周期长、难度大、成本高，并且其内部线圈自身的平整度、线圈平面与两端轴承中线的同心度等工艺要求较高，如果内部线圈位置发生偏移或随线圈整体发生变形，则会导致测量结果出现失真，而又不易被测试者发现，从而会导致无法预期的工程应用问题。而旋测线圈一旦加工完成，内部线圈(利兹线或漆包线)将被封闭在由环氧树脂或碳纤维加工的测量轴内，直接打开检测很容易造成结构的二次破坏，不宜对旋转轴进行反复拆装、不便对其工艺形变定期进行检测，且线轴的轻微形变很难通过肉眼或普通方法进行检测。
技术实现思路
为了解决无法对旋测线圈内部的线圈发生位置偏移或内部线圈整体发生变形进行检测的问题，本专利技术提供了一种磁铁旋测线圈检测方法及检测系统。本专利技术的基本实现原理是：本专利技术基于X射线源的CT扫描方法对旋测线圈进行无损检测，利用探测器进行图像记录，通过后期图像处理，并采用Matlab进行图像分析，得出中平面线圈与端部两个轴承中心连线之间的偏差距离，从而得到内部线圈是否发生位置偏移或整体发生形变的检测结果。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种磁铁旋测线圈检测方法，其具体实现步骤如下：步骤1：图像扫描步骤1.1：根据待测旋测线圈长度，将待测旋测线圈分为N段扫描区，N≥2；步骤1.2：将待测旋测线圈通过三爪卡盘竖直固定于旋转平台上，待测旋测线圈一侧放置X射线源，相应的另一侧放置探测器；步骤1.3：开启X射线源，设定X射线源的管电压和管电流，以及物距和焦距；步骤1.4：开启旋转平台，使待测旋测线圈旋转一周，完成待测旋测线圈的第一段扫描区投影数据采集；步骤1.5：同步调节射线源和探测器自上而下移动到下一段扫描区，使待测旋测线圈一周，完成待测旋测线圈的第二段扫描区投影数据采集；步骤1.6：重复执行步骤1.5，直至完成待测旋测线圈的第N-1段扫描区投影数据采集；步骤1.7：将步骤1.6采集到的投影数据进行滤波反投影重建，获得待测旋测线圈的前N-1段三维CT体数据；步骤1.8：将待测旋测线圈上下颠倒装卡，对被三爪卡盘遮挡的待测旋测线圈第N段进行扫描，完成待测旋测线圈第N段扫描区投影数据采集；步骤1.9：通过对步骤1.7和步骤1.8的数据进行拟合，生成扫描总图像；所述扫描总图像中包括背景图像、待测旋测线圈图像以及比例尺图像，且扫描总图像中待测旋测线圈为水平方向放置；步骤2：数据处理步骤2.1：利用Matlab中double函数获取总图像强度信息I1，利用size函数获取总图像的宽w和高h；步骤2.2：提取比例尺图像，计算得到每像素之间间隔与实际距离之间的比例系数r；步骤2.3：提取待测旋测线圈图像；在位于总图像中心线上下对称的h/2±R位置范围内，提取出待测旋测线圈图像，其中，R代表旋转线圈在待测旋测线圈图像中的半径；步骤2.4：利用size函数计算得到待测旋测线圈图像的宽w1和高h1，利用函数linspace和比例系数r，计算得到该图像的实际长x和宽y，并利用x和y将待测旋测线圈图像的像素坐标二维化,得到待测旋测线圈图像像素位置矩阵[xx,yy]；步骤2.5：在待测旋测线圈的图像内绘制待测旋测线圈两端轴承的中心连线：步骤2.5.1：计算待测旋测线圈的两端轴承坐标均值：在位于待测旋测线圈图像的水平方向两侧，且亮度高于设定值Lum01的两个区域内，筛选得到两个二值图像，分别记为Ileft和Iright，利用find函数筛选得到两端轴承像素区所在位置，代入像素位置矩阵[xx,yy]，并利用均值函数得到两端轴承区坐标均值，分别记为[xleft,yleft]以及[xright,yright]；其中，55<Lum01<65；步骤2.5.2：根据两端轴承区坐标均值[xleft,yleft]以及[xright,yright]，绘图得到两端轴承的中心连线[x,y]，利用polyfit函数得到最小二乘拟合系数为p0；步骤2.6：在待测旋测线圈图像内确定待测旋测线圈中平面直线：在位于待测旋测线圈图像的水平方向的中间位置，且亮度高于设定值Lum02的区域内，筛选得到一个二值图像，记为Iline，利用find函数筛选得到中平面线圈像素区所在位置，代入像素位置矩阵[xx,yy]，并利用均值函数得到线圈区坐标矩阵[xline,yline]；其中，75<Lum01<85；利用polyfit函数得到最小二乘拟合系数为p1，利用polyval函数得到中平面直线[x1,y1]；步骤2.7：计算待测旋测线圈两端轴承的中心连线和中平面直线之间的偏差。基于上述方法，本专利技术还设计了一种磁铁旋测线圈检测系统，包括X射线源、探测器、旋转平台、三爪卡盘以及计算机；旋转平台上安装三爪卡盘，待测旋测线圈垂直放置且被三爪卡盘夹持固定；X射线源位于待测旋测线圈一侧，探测器位于待测旋测线圈另一侧，且位于X射线的出射光路上；探测器与所述计算机电连接。进一步地，所述三爪卡盘中三个活动卡爪为加长型，其目的是为了使卡爪的夹持部位位于待测旋测线圈端部轴承上方由环氧树脂或碳纤维加工的测量轴部分，使待测线圈可以稳定地立于旋转台上，为其提供一个稳定的支撑。进一步地，所述探测器为平板探测器。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过采用X射线源对旋测线圈进行CT扫描，可在不破坏旋转轴结构的前提下，实现了对内部线圈的无损检测，对线圈中平面的完好度进行直接观测。2、本专利技术对扫描到的CT图像做进一步的Matlab图像处理，可以精确地提取出线轴的形变量，以及线圈中平面与轴承连线的偏差，为测量轴的加工工艺检测、以及工艺偏差对磁铁测量的影响分析提供直接的参考数据。附图说明图1为图像扫描的流程图；图2为利用Matlab进行的图像处理的流程图。图3为检测系统的结构图；图4为总图像。图5为从总图像中提取的比例尺图像。图6为从总图像中提取的待测旋测线圈图像。图7为具有两端轴承中心连线的待测旋测线圈图像。图8为中平面直线的图像。图9为在两端轴承连线以及中平面直线相对位置关系图10为中平面直线与两端轴承中心连线之间偏差曲线图。附图标记如下：1-X射线源，2—待测旋转线圈；3—三爪卡盘；4—探测器、5-旋转平台。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁铁旋测线圈检测方法，其具体实现步骤如下：/n步骤1：图像扫描/n步骤1.1：根据待测旋测线圈长度，将待测旋测线圈分为N段扫描区，N≥2；/n步骤1.2：将待测旋测线圈通过三爪卡盘竖直固定于旋转平台上，待测旋测线圈一侧放置X射线源，相应的另一侧放置探测器；/n步骤1.3：开启X射线源，设定X射线源的管电压和管电流，以及物距和焦距，自动校正平板探测器(自动校正包括偏置校正和增益校正)/n步骤1.4：开启旋转平台，使待测旋测线圈旋转一周，完成待测旋测线圈的第一段扫描区投影数据采集；/n步骤1.5：同步调节射线源和探测器自上而下移动到下一段扫描区，使待测旋测线圈一周，完成待测旋测线圈的第二段扫描区投影数据采集；/n步骤1.6：重复执行步骤1.5，直至完成待测旋测线圈的第N-1段扫描区投影数据采集；/n步骤1.7：将步骤1.6采集到的投影数据进行滤波反投影重建，获得待测旋测线圈的前N-1段三维CT体数据；/n步骤1.8：将待测旋测线圈上下颠倒装卡，对被三爪卡盘遮挡的待测旋测线圈第N段进行扫描，完成待测旋测线圈第N段扫描区投影数据采集；/n步骤1.9：通过对步骤1.7和步骤1.8的数据进行拟合、对齐和融，生成扫描总图像；所述扫描总图像中包括背景图像、待测旋测线圈图像以及比例尺图像，且扫描总图像中待测旋测线圈为水平方向放置；/n步骤2：数据处理/n步骤2.1：利用Matlab中double函数获取总图像强度信息I1，利用size函数获取总图像的宽w和高h；/n步骤2.2：提取比例尺图像，计算得到每像素之间间隔与实际距离之间的比例系数r；/n步骤2.3：提取待测旋测线圈图像；/n在位于总图像中心线上下对称的h/2±R位置范围内，提取出待测旋测线圈图像，其中，R代表旋转线圈在待测旋测线圈图像中的半径；/n步骤2.4：利用size函数计算得到待测旋测线圈图像的宽w1和高h1，利用函数linspace和比例系数r，计算得到该图像的实际长x和宽y，并利用x和y将待测旋测线圈图像的像素坐标二维化,得到待测旋测线圈图像像素位置矩阵[xx,yy]；/n步骤2.5：在待测旋测线圈的图像内绘制待测旋测线圈两端轴承的中心连线：/n步骤2.5.1：计算待测旋测线圈的两端轴承坐标均值：/n在位于待测旋测线圈图像的水平方向两侧，且亮度高于设定值Lum01的两个区域内，筛选得到两个二值图像，分别记为Ileft和Iright，利用find函数筛选得到两端轴承像素区所在位置，代入像素位置矩阵[xx,yy]，并利用均值函数得到两端轴承区坐标均值，分别记为[xleft,yleft]以及[xright,yright]；其中，55<Lum01<65；/n步骤2.5.2：根据两端轴承区坐标均值[xleft,yleft]以及[xright,yright]，绘图得到两端轴承的中心连线[x,y]，利用polyfit函数得到最小二乘拟合系数为p0；/n步骤2.6：在待测旋测线圈图像内确定待测旋测线圈中平面直线：在位于待测旋测线圈图像的水平方向的中间位置，且亮度高于设定值Lum02的区域内，筛选得到一个二值图像，记为Iline，利用find函数筛选得到中平面线圈像素区所在位置，代入像素位置矩阵[xx,yy]，并利用均值函数得到线圈区坐标矩阵[xline,yline]；其中，75<Lum01<85；/n利用polyfit函数得到最小二乘拟合系数为p1，利用polyval函数得到中平面直线[x1,y1]；/n步骤2.7：计算待测旋测线圈两端轴承的中心连线和中平面直线之间的偏差。/n...

【技术特征摘要】
1.一种磁铁旋测线圈检测方法，其具体实现步骤如下：
步骤1：图像扫描
步骤1.1：根据待测旋测线圈长度，将待测旋测线圈分为N段扫描区，N≥2；
步骤1.2：将待测旋测线圈通过三爪卡盘竖直固定于旋转平台上，待测旋测线圈一侧放置X射线源，相应的另一侧放置探测器；
步骤1.3：开启X射线源，设定X射线源的管电压和管电流，以及物距和焦距，自动校正平板探测器(自动校正包括偏置校正和增益校正)
步骤1.4：开启旋转平台，使待测旋测线圈旋转一周，完成待测旋测线圈的第一段扫描区投影数据采集；
步骤1.5：同步调节射线源和探测器自上而下移动到下一段扫描区，使待测旋测线圈一周，完成待测旋测线圈的第二段扫描区投影数据采集；
步骤1.6：重复执行步骤1.5，直至完成待测旋测线圈的第N-1段扫描区投影数据采集；
步骤1.7：将步骤1.6采集到的投影数据进行滤波反投影重建，获得待测旋测线圈的前N-1段三维CT体数据；
步骤1.8：将待测旋测线圈上下颠倒装卡，对被三爪卡盘遮挡的待测旋测线圈第N段进行扫描，完成待测旋测线圈第N段扫描区投影数据采集；
步骤1.9：通过对步骤1.7和步骤1.8的数据进行拟合、对齐和融，生成扫描总图像；所述扫描总图像中包括背景图像、待测旋测线圈图像以及比例尺图像，且扫描总图像中待测旋测线圈为水平方向放置；
步骤2：数据处理
步骤2.1：利用Matlab中double函数获取总图像强度信息I1，利用size函数获取总图像的宽w和高h；
步骤2.2：提取比例尺图像，计算得到每像素之间间隔与实际距离之间的比例系数r；
步骤2.3：提取待测旋测线圈图像；
在位于总图像中心线上下对称的h/2±R位置范围内，提取出待测旋测线圈图像，其中，R代表旋转线圈在待测旋测线圈图像中的半径；
步骤2.4：利用size函数计算得到待测旋测线圈图像的宽w1和高h1，利用函数linspace和比例系数r，计算得到该图像的实际长x和宽y，并利用x和y将待测旋测线圈图像的像素坐标二维化,得到待测旋测线圈图像像素位置矩阵[xx,...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫逸花，王茂成，刘卧龙，吕伟，王忠明，杨业，廖树清，王迪，王敏文，王百川，赵铭彤，陈伟，
申请(专利权)人：西北核技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61