本發明涉及缺陷檢測，尤其涉及一種基于fpga的堆焊工件表面缺陷檢測方法及裝置。
背景技術：
1、在核電廠中，許多結構件需要用硬質合金堆焊來實現機械連接，然而，在焊接過程中可能因各種因素(如溫度梯度、材料不均勻等)導致堆焊工件表面可能出現裂紋、氣孔等缺陷，這些缺陷會嚴重影響工件的性能和使用壽命。因此，對堆焊工件表面缺陷的檢測成為了不可或缺的一環。
2、在相關技術中，缺陷檢測裝置主要包括：1、單陣列探頭的缺陷檢測裝置,需要重復掃查堆焊工件表面才能完成檢測工作，檢測效率非常低2、多陣列探頭的缺陷檢測裝置，檢測效率雖然比單陣列探頭的高，受限于檢測模型通常利用軟件實現，算法復雜，導致其檢測效率較低且在處理多通道傳感器數據時，缺陷識別往往存在一定延遲，導致檢測數據卡頓，無法滿足堆焊工件高效實時的檢測需求。
技術實現思路
1、本發明要解決的技術問題在于，提供一種基于fpga的堆焊工件表面缺陷檢測方法及裝置。
2、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于fpga的堆焊工件表面缺陷檢測方法，包括：
3、獲取磁感應強度數據矩陣；其中，所述磁感應強度數據矩陣包括n個交流電磁場檢測探頭掃描堆焊工件的表面m次所輸出的磁感應強度信號，n和m為正整數；
4、對所述磁感應強度數據矩陣進行鎖相放大，得到原始特征數據矩陣；
5、對所述原始特征數據矩陣進行卷積濾波處理，得到平滑特征數據矩陣；
6、對所述平滑特征數據矩陣進行二值化處理，得到二值化數據矩陣；
7、根據所述二值化數據矩陣確定堆焊工件的表面是否存在磁場畸變；
8、當所述堆焊工件的表面存在所述磁場畸變時，判斷所述磁場畸變是否由工件表面缺陷引起，并根據判斷結果輸出檢測報告。
9、優選地，所述對所述磁感應強度數據矩陣進行鎖相放大的步驟，包括：
10、獲取參考信號設計參數，其中，所述參考信號設計參數包括參考信號幅值和參考信號角頻率；
11、基于所述參考信號設計參數確定第一參考信號表達式和第二參考信號表達式；
12、對所述磁感應強度數據矩陣包括的每個磁感應強度信號分別進行：計算出所述磁感應強度信號分別與所述第一參考信號表達式和所述第二參考信號表達式的乘積，得到第一乘積表達式和第二乘積表達式；根據所述交流電磁場檢測探頭的激勵信號頻率設置截止頻率，以根據所述截止頻率去除所述第一乘積表達式和所述第二乘積表達式中的倍頻分量及隨機噪聲分量，得到第一幅值表達式和第二幅值表達式；根據所述第一幅值表達式和所述第二幅值表達式計算出所述磁感應強度信號的有用信號幅值；
13、各所述有用信號幅值組成所述原始特征數據矩陣。
14、優選地，所述第一參考信號表達式為：r1(t)＝vrsin(ωrt+τ)，其中，r1(t)表示第一參考信號，vr表示所述參考信號幅值，ωr表示所述參考信號角頻率，t表示時間，τ表示時間位移；
15、所述第二參考信號表達式為：r2(t)＝vrcos(ωrt+τ)，其中，r2(t)表示第二參考信號；
16、磁感應強度信號表達式為：x(t)＝asin(ωt+φ)+n(t)，其中，x(t)表示所述磁感應強度信號，a表示所述磁感應強度信號的幅值，ω表示所述磁感應強度信號的角頻率，φ表示初相角，n(t)表示隨機噪聲。
17、優選地，所述參考信號角頻率等于所述激勵信號頻率；
18、所述根據所述交流電磁場檢測探頭的激勵信號頻率設置截止頻率的步驟，包括：
19、所述截止頻率設置為大于1倍且小于2倍的所述激勵信號頻率的頻率。
20、優選地，所述對所述原始特征數據矩陣進行卷積濾波處理的步驟，包括：
21、基于設定卷積濾波算子對所述原始特征數據包括的每個所述有用信號幅值分別進行矩陣進行濾波運算，以得到與各所述有用信號幅值一一對應的多個平滑特征數據；
22、各所述平滑特征數據組成所述平滑特征數據矩陣；
23、其中，所述設定卷積濾波算子表示為：
24、優選地，所述對所述平滑特征數據矩陣進行二值化處理的步驟，包括：
25、所述平滑特征數據矩陣中的最大平滑特征數據與預設最大值的比值為映射比例；
26、基于所述映射比例對每個所述平滑特征數據進行映射處理，得到各個所述平滑特征數據一一對應的多個映射值；
27、對每個所述映射值分別進行：判斷該映射值是否大于設定閾值，若是則將該映射值賦值為第一置值，若否則將該映射值賦值為第二置值；
28、將每個賦值后的映射值記為二值化數據；
29、各所述二值化數據組成所述二值化數據矩陣。
30、優選地，所述對所述平滑特征數據矩陣進行二值化處理的步驟，還包括：
31、對各所述二值化數據進行腐蝕及膨脹處理，以通過處理后的各所述二值化數據組成所述二值化數據矩陣。
32、優選地，所述根據所述二值化數據矩陣確定是否存在磁場畸變的步驟，包括：
33、判斷二值化數據矩陣中是否包括至少一個為第一置值的二值化數據，若是則判定存在磁場畸變。
34、優選地，所述判斷所述磁場畸變是否由工件表面缺陷引起的步驟，包括：
35、通過訓練好的神經網絡模塊判斷所述磁場畸變是否由工件表面缺陷引起。
36、優選地，所述根據判斷結果輸出檢測報告的步驟，包括：
37、當所述磁場畸變由工件表面缺陷時，將所述平滑特征數據矩陣映射到顏色空間，得到所述堆焊工件表面的彩色磁場圖像；
38、將所述二值數據矩陣中磁場畸變區域的坐標確定為預選框的疊加坐標；
39、在所述彩色磁場圖像的所述疊加坐標上疊加所述預選框，并輸出疊加所述預選框后的彩色磁場圖像。
40、優選地，所述將所述平滑特征數據矩陣映射到顏色空間的步驟，包括：
41、根據預設的映射函數將所述平滑特征數據矩陣包括的各個平滑特征數據分別映射到顏色空間中的紅綠藍通道中，以得到所述彩色磁場圖像；
42、所述映射函數包括紅色映射函數、綠色映射函數和藍色映射函數：
43、
44、其中，fr表示所述紅色映射函數，fg表示所述綠色映射函數，fb表示所述藍色映射函數，x表示平滑特征數據。
45、本發明還構造了一種堆焊工件表面缺陷檢測裝置，包括fpga和n個交流電磁場檢測探頭；
46、每個所述交流電磁場檢測探頭用于掃描堆焊工件的表面m次，并在每次掃描后輸出對應的磁感應強度信號；n和m為正整數；
47、所述fpga包括鎖相放大模塊、卷積濾波模塊、二值形態學濾波模塊和判斷模塊；
48、所述鎖相放大模塊用于對各所述交流電磁場檢測探頭輸出的磁感應強度信號進行鎖相放大，以輸出原始特征數據矩陣；
49、所述卷積濾波模塊用于對所述原始特征數據矩陣進行卷積濾波處理，以輸出平滑特征數據矩陣；
50、所述二值形態學濾波模塊用于對所述平滑特征數據矩陣進行二值化處理，以輸出二值化數據矩陣；
51、所述判斷模塊用于根據所述二值化數據矩陣確定是否存在磁場畸變，并在存在所述磁場畸變時判斷所述磁場畸變是否由工件表面缺陷引起，以根據判斷結果輸出檢測報告判斷所述磁場畸變是否由工件表面缺陷引起，并根據判斷結果輸出檢測報告。
52、優選地，所述判斷模塊包括神經網絡模塊、偽彩成像模塊和預選框處理模塊；
53、所述神經網絡模塊用于根據所述二值化數據矩陣確定是否存在磁場畸變，并在確定存在所述磁場畸變后判斷所述磁場畸變是否由工件表面缺陷引起；
54、所述偽彩成像模塊用于在所述磁場畸變由工件表面缺陷時，將所述平滑特征數據矩陣映射到顏色空間，以輸出所述堆焊工件表面的彩色磁場圖像；
55、所述預選框處理模塊用于將所述二值數據矩陣中磁場畸變區域的坐標確定為預選框的疊加坐標，并在所述二值數據矩陣存在所述磁場畸變時，在所述偽彩成像模塊輸出所述彩色磁場圖像之前，在所述彩色磁場圖像的所述疊加坐標上疊加所述預選框。
56、優選地，所述fpga還包括用于輸出激勵數字信號的信號發生模塊；
57、所述堆焊工件表面缺陷檢測裝置還包括信號處理模塊、接口模塊、ad采樣模塊、da轉換模塊和激勵模塊；
58、所述信號處理模塊連接各所述交流電磁場檢測探頭，以對各所述交流電磁場檢測探頭輸出的磁感應強度信號進行放大濾波處理；
59、所述接口模塊連接所述信號處理模塊、所述ad采樣模塊、da轉換模塊和激勵模塊，以將放大濾波處理后的磁感應強度信號送至所述ad采樣模塊；
60、所述ad采樣模塊連接所述鎖相放大模塊，以將來自所述接口模塊的磁感應強度信號轉換為數字信號，并將轉換后的磁感應強度信號送至所述鎖相放大模塊；
61、所述da轉換模塊與所述信號發生模塊，以將所述激勵數字信號轉換為模擬信號，并將轉換后的激勵數字信號輸出送至所述接口模塊；
62、所述激勵模塊用于根據來自所述接口模塊的激勵數字信號生成能夠激勵各所述交流電磁場檢測探頭工作的激勵信號。
63、優選地，所述堆焊工件表面缺陷檢測裝置還包括用于檢測各所述交流電磁場檢測探頭的檢測方向與堆焊工件表面之間角度的tmr磁傳感器。
64、實施本發明具有以下有益效果：提供一種基于fpga的堆焊工件表面缺陷檢測方法，通過fpga對磁感應強度數據矩陣依次實現鎖相放大、卷積濾波處理、二值化處理和缺陷判斷等處理，以利用硬件實現了缺陷檢測，充分利用了fpga運算能力強的優點，顯著提高了缺陷檢測的效率。