CN108732148B - 一种荧光磁粉探伤在线检测装置及方法 - Google Patents

一种荧光磁粉探伤在线检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种荧光磁粉探伤在线检测装置及方法，属于冶金工业检测技术领域。装置包括工业相机镜头组件、相机三维云台、紫外灯光源、云台灯源安装支架、检测计算机、检测计算机安装支架、GigE千兆以太网线、220V供电线8。侧脸方法包括：明确运动辊道上待测工件运动的空间位置和运动轨迹，连接好检测装置，进行调整：启动检测计算机的检测系统软件，设置检测系统参数和工业相机参数；调整工业相机镜头组件进光量、图像大小和清晰度，进行自动检测。优点在于，用于检测荧光磁粉探伤锻件表面裂纹，能检测宽度低至亚mm量级的裂纹；检测时能克服图像背景中的近似平行的随机刀纹的干扰。

Description

一种荧光磁粉探伤在线检测装置及方法
技术领域
本发明属于冶金工业检测技术领域，特别提供了一种荧光磁粉探伤在线检测装置及方法。
背景技术
钢材锻件表面荧光磁粉探伤是锻件生产中的重要工序，它的主要目的是检测出锻件表面的裂纹，以便于后续工序将它消除。现有钢材锻件表面荧光磁粉探伤工艺流程主要包括：首先准备好待检测工件，将待检测工件放置在辊道上，然后在待检测工件表面喷淋添加荧光磁粉，对工件施加直流磁场、交流磁场、周向磁场等，使荧光磁粉富集在表面裂纹周围，通过特定光照紫外灯光源照射使表面缺陷从背景中凸现出来，由人或设备检测出裂纹。
目前探伤主要有两种方法：人工目测法和机器视觉检测法。
人工目测法，主要由操作者依据经验通过目测进行锻件表面裂纹检测，这种方法的优点是灵活，但存在两方面不足：一，劳动强度较大、工作效率不高(操作暗室中的工作人员要在两个工位之间迂回数十米来回切换操作，且眼睛要始终盯紧工件表面)、缺陷信息无法保存、难以实自动化和信息化。另一方面，在采用荧光磁粉探伤的现场环境中，工作人员常常受到紫外灯辐射，存在安全健康隐患。
机器视觉检测法采用相机自动拍摄图像并通过图像处理技术自动识别出缺陷，具有减轻人工操作、提高工作效率的优点，但是也存在着不足。文献(T Nishimine,OTsuyama,T Tanaka,H Fujiwara.Automatic magnetic particle testing system forsquare billets[C],IEEE Industry Applications Conference,1995,2:1585-1590.)在自动检测裂纹时所使用相机分辨率较低(512×512)，对于200mm×180mm采像区域，不能检裂纹宽度在1mm量级以下的裂纹。文献(程伟,黄曙荣.全自动荧光磁粉检测系统[J].无损检测,2000,22(11):505-508.)在自动检测裂纹时所处理时，算对针对的图像背景相对单一(没有刀纹等复杂背景的干扰)，此外对于裂纹的宽度和相机分辨率没有提及。
从已有技术看，现有的检测方法存在两点不足：一、不能检测1mm宽度以下的裂纹；二、不能检测有刀纹等复杂背景干扰下的裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种荧光磁粉探伤在线检测装置及方法，用于检测荧光磁粉探伤锻件表面裂纹，能检测宽度低至亚mm量级的裂纹；检测时能克服图像背景中的近似平行的随机刀纹的干扰。
本发明的装置包括工业相机镜头组件1、相机三维云台2、紫外灯光源3、云台灯源安装支架4、检测计算机5、检测计算机安装支架6、GigE千兆以太网线7、220V供电线8，如图1所示。
工业相机镜头组件1和相机三维云台2通过云台快装板相连；相机三维云台2和云台灯源安装支架4通过UNC3/8"螺钉相连；紫外灯光源3分别与云台灯源安装支架4通过螺钉相连；检测计算机5和检测计算机安装支架6通过螺钉相连；检测计算机5和工业相机镜头组件1通过GigE千兆以太网线7相连。220V交流电的220V供电线8分为三个并联支路，一路和工业相机镜头组件1相连，一路和检测计算机5相连，另一路和紫外灯光源3相连。
本发明使用相机分辨率不低于2456×2058的CCD相机，对于不大于215mm×180mm的采像区域，能检测的最小裂纹宽度低至0.2mm。
本发明所述的方法如下：
1.明确运动辊道10上待测工件9运动的空间位置和运动轨迹。工件9表面具有一系列倾斜刀纹(刀纹为沟槽，宽度从0到a，深度从0到b，宽度、高度都是随机的)；刀纹相对于工件运行方向夹角为c到d度之间，夹角是随机的；工业相机所拍摄区域的宽为W，高为H；
2、按图1连接好检测装置，进行如下调整：
(1)调整云台灯源安装支架4，使云台灯源安装支架在合适的水平位置。
(2)调整相机三维云台2，使工业相机镜头组件1达到合适的位置，对准运动辊道预定采像区域。
(3)调整紫外灯光源3，使紫外灯光源3对准采像区域，与工业相机镜头组件1成相对固定的位置保证工业相机镜头组件1采像的光照。
3、启动检测计算机5的检测系统软件，设置检测系统参数和工业相机参数。
4、调整工业相机镜头组件1进光量、图像大小和清晰度。
5、按以下步骤(1)-(3)进行自动检测：
(1)采集待测工件9表面图像并保存显示。
(2)对图像进行处理识别判定待测工件9表面缺陷。
①首先将采集的RGB彩色图像转化成HSV彩色图像；
②然后对V图像利用自适应阈值算法进行二值图像转化；
③接下来通过Hough变换直线段拟合算法实现对图像中线段的检测，检测出疑似刀纹和缺陷的直线段；
④紧接着统计疑似刀纹和缺陷的直线段的倾斜角在0°到180°的分布，根据分布规律，判定哪些是刀纹，哪些是缺陷。
⑤最后，若移除刀纹后还存在图像，那么此图像就是缺陷，计算并绘制缺陷的最小覆盖圆、圆的中心和半径以标记此缺陷。
(3)检测完成后，关闭检测装置。
附图说明
本发明的检测装置如图1至图4所示，
图1为本发明装置的结构图。其中，工业相机镜头组件1、相机三维云台2、紫外灯光源3、云台灯源安装支架4、检测计算机5、检测计算机安装支架6、图像传输数据线7、220V供电线8。
图2为本发明装置采集的原始图像。
图3为HSV图像分割V图像。
图4为V图自适应阈值图像。
图5为本发明装置图像处理后的缺陷图像。
图6为本发明装置图像处理算法流程图。
具体实施方式
本发明的装置包括工业相机镜头组件1、相机三维云台2、紫外灯光源3、云台灯源安装支架4、检测计算机5、检测计算机安装支架6、GigE千兆以太网线7、220V供电线8。
工业相机镜头组件1和相机三维云台2通过云台快装板相连；相机三维云台2和云台灯源安装支架4通过UNC3/8"螺钉相连；紫外灯光源3分别与云台灯源安装支架4通过螺钉相连；检测计算机5和检测计算机安装支架6通过螺钉相连；检测计算机5和工业相机镜头组件1通过GigE千兆以太网线7相连。220V交流电的220V供电线8分为三个并联支路，一路和工业相机镜头组件1相连，一路和检测计算机5相连，另一路和紫外灯光源3相连。
本发明使用相机分辨率不低于2456×2058的CCD相机，对于不大于215mm×180mm的采像区域，能检测的最小裂纹宽度低至0.2mm。
主要部件如下：工业相机镜头组件1选用MV-EM510C型号工业相机、M2518-MPW225mm定焦镜头；相机三维云台2选用MPC30P全景云台；紫外灯光源源3选用500W光效紫外荧光灯；云台灯源安装支架采用角钢设计焊接；检测计算机5选用工业控制计算机DA-682；将上述装置布置在辊道10上的待测工件9附近，使得工业相机镜头组件1的光轴和待测工件9的待测表面垂直，且工业相机正好能清晰完整拍摄到待测工件待测表面的图像；同时使得紫外灯光源3所发出的紫外光光能完全覆盖待测工件表面，并且能激发表面裂纹周围富集的磁粉发出荧光。
按下列步骤进行裂纹测量：
1、明确运动辊道10上待测工件9运动的空间位置和运动轨迹。工件9表面具有一系列彼此近似平行的倾斜刀纹(刀纹为沟槽，宽度从0到1mm，深度从0到1mm，相邻刀纹间隔从0.5到1mm，宽度、高度和间隔都是随机的)；刀纹相对于工件运行方向夹角为25到60度之间，夹角是随机的；工业相机所拍摄区域的宽为200mm，高为150mm；
2、按图1连接好检测装置，进行如下调整：
(1)调整云台灯源安装支架4，使云台灯源安装支架4在合适位置，并保持云台灯源安装支架4保持水平，确定云台灯源安装支架4距离待测工件9的水平安装距离为500mm，竖直安装距离为500mm。
(2)调整相机三维云台2，使工业相机镜头组件1相对于水平面向下倾斜45°，对准待测工件的被测区域，通过预采像显示调整采像区域大小为预定值。
(3)调整紫外灯光源3，使光源对准采像区域。
3、启动检测计算机5的检测系统软件，设定相机分辨率为2456×2058，设置相机工作模式为软件触发采集，其他为默认值。
4、旋转工业相机光圈调整工业相机进光量，旋转工业相机微调焦距调整图像清晰度，使相机的采像质量达到最佳。
5、按以下步骤(1)-(3)进行自动检测：
(1)软件触发工业相机采集待检测工件的表面图像，显示采集的待检测工件表面图像到检测计算机显示器并保存到特定存储文件中。
(2)对采集的图像进行处理，判定待检测工件表面是否存在缺陷裂纹。
①将采集的RGB彩色图像按公式
V＝max(R,G,B)
if(H<0)H＝H+360；
转化成HSV彩色图像；
②对V图像利用自适应阈值算法进行二值化，算法如下：
if P(i,j)<M(i,j)-T Q(i,j)＝0；
else Q(i,j)＝255；
取像素(i,j)邻域的窗口尺寸B＝21,h＝(B-1)/2，偏移值调整量T＝20，按算法公式进行二值图像转化，获得二值化后的图像像素值Q(i,j)；
③利用Hough变换直线段拟合算法，设置HoughLineP函数的参数分辨率像素步长为1、分辨率角度步长为1、最小投票数为30、直线段最小长度为25、允许最大空隙为3。返回被检测
线段开始和结束端点的坐标的Vec4i类型向量，检测出疑似刀纹和缺陷的直线段；
④统计直线段倾斜角在0°到180°的分布，若某一倾斜角的直线段个数大于3，则判定其为刀纹并移除；其他部分为裂纹。
⑤计算缺陷的最小覆盖圆的圆的中心和半径分别为：中心点距离被测区域左边123mm，中心点距离被测区域上边84mm，半径为20mm。
(3)检测完成后，关闭检测装置。

Claims (2)

1.一种荧光磁粉探伤在线检测装置，其特征在于，
包括工业相机镜头组件(1)、相机三维云台(2)、紫外灯光源(3)、云台灯源安装支架(4)、检测计算机(5)、检测计算机安装支架(6)、GigE千兆以太网线(7)、220V供电线(8)，
工业相机镜头组件(1)和相机三维云台(2)通过云台快装板相连；相机三维云台(2)和云台灯源安装支架(4)通过UNC3/8"螺钉相连；紫外灯光源(3)分别与云台灯源安装支架(4)通过螺钉相连；检测计算机(5)和检测计算机安装支架(6)通过螺钉相连；检测计算机(5)和工业相机镜头组件(1)通过GigE千兆以太网线(7)相连；220V交流电的220V供电线(8)分为三个并联支路，一路和工业相机镜头组件(1)相连，一路和检测计算机(5)相连，另一路和紫外灯光源(3)相连；
使用相机分辨率不低于2456×2058的CCD相机，对于不大于215mm×180mm的采像区域，能检测的最小裂纹宽度低至0.2mm；
该装置的在线检测步骤如下：
(1)明确运动辊道(10)上待测工件(9)运动的空间位置和运动轨迹，工件(9)表面具有一系列倾斜刀纹：刀纹为沟槽，宽度从0到a，深度从0到b，宽度、高度都是随机的；刀纹相对于工件运行方向夹角为c到d度之间，夹角是随机的；工业相机所拍摄区域的宽为W，高为H；
(2)连接好检测装置，进行如下调整：
1)调整云台灯源安装支架(4)，使云台灯源安装支架在合适的水平位置；
2)调整相机三维云台(2)，使工业相机镜头组件(1)达到合适的位置，对准运动辊道预定采像区域；
3)调整紫外灯光源(3)，使紫外灯光源(3)对准采像区域，与工业相机镜头组件(1)成相对固定的位置保证工业相机镜头组件(1)采像的光照；
(3)启动检测计算机(5)的检测系统软件，设置检测系统参数和工业相机参数；
(4)调整工业相机镜头组件(1)进光量、图像大小和清晰度；
(5)按以下步骤1)-3)进行自动检测：
1)采集待测工件(9)表面图像并保存显示；
2)对图像进行处理识别判定待测工件(9)表面缺陷；
①首先将采集的RGB彩色图像转化成HSV彩色图像；
②然后对V图像利用自适应阈值算法进行二值图像转化；
③接下来通过Hough变换直线段拟合算法实现对图像中线段的检测，检测出疑似刀纹和缺陷的直线段；
④紧接着统计疑似刀纹和缺陷的直线段的倾斜角在0°到180°的分布，根据分布规律，判定哪些是刀纹，哪些是缺陷；
⑤最后，若移除刀纹后还存在图像，那么此图像就是缺陷，计算并绘制缺陷的最小覆盖圆、圆的中心和半径以标记此缺陷；
(3)检测完成后，关闭检测装置。
2.一种采用权利要求1所述装置在线检测的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)明确运动辊道(10)上待测工件(9)运动的空间位置和运动轨迹，工件(9)表面具有一系列倾斜刀纹：刀纹为沟槽，宽度从0到a，深度从0到b，宽度、高度都是随机的；刀纹相对于工件运行方向夹角为c到d度之间，夹角是随机的；工业相机所拍摄区域的宽为W，高为H；
(2)连接好检测装置，进行如下调整：
1)调整云台灯源安装支架(4)，使云台灯源安装支架在合适的水平位置；
2)调整相机三维云台(2)，使工业相机镜头组件(1)达到合适的位置，对准运动辊道预定采像区域；
3)调整紫外灯光源(3)，使紫外灯光源(3)对准采像区域，与工业相机镜头组件(1)成相对固定的位置保证工业相机镜头组件(1)采像的光照；
(3)启动检测计算机(5)的检测系统软件，设置检测系统参数和工业相机参数；
(4)调整工业相机镜头组件(1)进光量、图像大小和清晰度；
(5)按以下步骤1)-3)进行自动检测：
1)采集待测工件(9)表面图像并保存显示；
2)对图像进行处理识别判定待测工件(9)表面缺陷；
②首先将采集的RGB彩色图像转化成HSV彩色图像；
⑥然后对V图像利用自适应阈值算法进行二值图像转化；
⑦接下来通过Hough变换直线段拟合算法实现对图像中线段的检测，检测出疑似刀纹和缺陷的直线段；
⑧紧接着统计疑似刀纹和缺陷的直线段的倾斜角在0°到180°的分布，根据分布规律，判定哪些是刀纹，哪些是缺陷；
⑨最后，若移除刀纹后还存在图像，那么此图像就是缺陷，计算并绘制缺陷的最小覆盖圆、圆的中心和半径以标记此缺陷；
(3)检测完成后，关闭检测装置。
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