CN115930833B - 一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸件检测技术领域，尤其是一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，获取大型腔体铸造件的内腔轮廓激光扫描图像，并生成大型腔体铸造件的内腔实测轮廓三维实体模型；获取大型腔体铸造件的外部轮廓激光扫描图像，并生成腔体铸件的外部实测轮廓三维实体模型；将上述所得的外部实测轮廓三维实体模型与内腔实测轮廓三维实体模型相交后取差得到实测腔体铸件实体部模型图；根据缺陷程度T的数值判断当前铸造件矫形或放弃矫形，当放弃矫形时，铸造件报废；当需要矫形时，按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量；质量检验达标后，铸造件矫形完成。

Description

一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法

技术领域

本发明涉及铸件检测技术领域，尤其是一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法。

背景技术

铸造工艺作为一种较为传统的机械加工成型技术，其在机加工行业内有着广泛的应用，其具体是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。

行业内常用的铸造方法主要包括普通砂型铸造、熔模铸造、压铸、金属型铸造、低压铸造等细分的铸造方法。其中，熔模铸造在各类铸造方法中属于一种成熟较晚的新型铸造方法，熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。

熔模铸造的铸件的尺寸精度较高，一般可达CT4-6（砂型铸造为CT10-13，压铸为CT5-7），可以提高金属材料的利用率，且熔模铸造能显著减少产品的成形表面和配合表面的加工量，节省加工台时和刃具材料的消耗。

但是，初期熔模铸造的铸件尺寸不能太大、因其工艺过程复杂铸件冷却速度慢。熔模铸造在所有毛坯成形方法中，工艺最复杂，铸件成本也很高，但是针对设计合理的零件，由于该工艺相对与砂型铸造等大幅减少切削加工、装配步骤，使其节约金属材料等方面而得到补偿，因此使得熔模铸造具有良好的经济性。

近年来熔模铸造也逐渐应用于一些大型腔体类铸造件的铸造工艺中，相对于尺寸较小的铸件而言，大型腔体类铸造件对铸造要求更高，需要严格的检测并了解当前铸件的产品质量，因此需要对铸造后的铸件进行严格的产品质量检测。

目前，在铸造行业中的生产控制环节也存在一些检测环节及检测技术。

例如，在专利申请号为CN202020574099.7的专利文献中就公开了一种适用于铸造件检测的评估装置，由现有技术专利记载的内容可以看出其主要作用是：可以在更短的时间内提供更加准确的测量评估，保障出厂的铸造件都是合格品，提升企业形象和收益。

由此可以看出，上述现有技术的检测实际上只是对铸造件的外形尺寸的检测控制，从铸造工艺上来看由于传统的铸造件只是作为毛坯件，其后期仍需要初加工及精加工，因此这种外形尺寸检测的意义并不大；另外，由于上述的大型腔体类铸造件的工作面基本为位于内部的腔体结构，因此，现有技术专利也不能适用于大型腔体类铸造件的质量检测。

为此，本发明特此研发设计了一种能够针对熔模铸造后的大型腔体类铸造件实现图像建模分析并快速处理后完成其铸件质量检测的方法，同时还提供了一种基于该检测方法实现的铸件矫形的方法，用以更好地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，获取大型腔体铸造件的内腔轮廓激光扫描图像，并生成大型腔体铸造件的内腔实测轮廓三维实体模型；

获取大型腔体铸造件的外部轮廓激光扫描图像，并生成腔体铸件的外部实测轮廓三维实体模型；

将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件内腔标准三维实体模型实现对中重叠，重叠部位裁切去除，保留铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征及被裁切后内腔实测轮廓三维实体模型的剩余部位并生成铸件内凸分布模型；

将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件内腔标准三维实体模型图对中重叠，去除铸件内腔标准三维实体模型图之外的内腔实测轮廓三维实体模型特征，保留铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征，对剩余后的内腔实测轮廓三维实体模型与铸件内腔标准三维实体模型图相交取差，获得铸件内凹分布模型；

将上述所得的外部实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件外轮廓标准三维实体模型实现对中重叠，重叠部位的外部实测轮廓三维实体模型特征被裁切去除，保留铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征及被裁切后外部实测轮廓三维实体模型的剩余部位并生成铸件外凸分布模型；

将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件外轮廓标准三维实体模型对中重叠，去除铸件外轮廓标准三维实体模型之外的特征，保留铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征，对剩余后的外部实测轮廓三维实体模型与铸件外轮廓标准三维实体模型相交取差，获得铸件外凹分布模型；

综合处理铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型并完成对铸造件各类缺陷的分析记录及缺陷程度T的数值计算；

根据缺陷程度T的数值判断当前铸造件矫形或放弃矫形，当放弃矫形时，铸造件报废；当需要矫形时，按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量；

质量检验达标后，铸造件矫形完成。

在上述任一方案中优选的是，根据上述对铸造件各类缺陷的分析记录结果来计算缺陷程度，根据缺陷程度判断当前铸造件矫形难度时，预先根据铸造工艺中缺陷的类型将铸造缺陷分类为一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷，其中，一个一级缺陷标记3分，一个二级缺陷标记1.5分，一个三级缺陷标记0分；

预设缺陷预警值对应的缺陷程度T的数值为20分。

在上述任一方案中优选的是，一级缺陷包括铸件宽度尺寸大于10mm、深度大于5mm的损伤断缺内凹缺陷、热裂裂纹、冷裂裂纹、浇不到形成的残缺缺陷；

二级缺陷包括砂眼凹槽缺陷、缩孔缺陷、掉砂缺陷，除去已经归于一级缺陷中的其余的损伤断缺内凹缺陷、热裂裂纹、冷裂裂纹、浇不到形成的残缺缺陷；

三级缺陷包括胀砂形成的不规则的瘤状金属突起物缺陷、反白口缺陷、灰口和麻点缺陷、其余凸起类缺陷。

在上述任一方案中优选的是，铸件内凸分布模型表示的是铸件内表面的凹陷类缺陷分布情况；铸件内凹分布模型表示的是铸件内表面的凸起类缺陷分布情况；铸件外凸分布模型表示的是铸件外表面的凸起类缺陷分布情况；铸件外凹分布模型表示的是铸件外表面的凹陷类缺陷分布情况。

在上述任一方案中优选的是，上述的综合处理铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型并完成对铸造件各类缺陷的分析记录及缺陷程度的计算的具体步骤：

利用三维软件实现对铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型上的各缺陷对应的各实体特征块的分别进行尺寸及体积标记；

按体积值由大到小依次单独对铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型上各自的实体特征块进行排序；

其中，铸件内凸分布模型上的各内表面的凹陷类缺陷的排序标号依次为V1_{内凹陷类缺陷}、V2_{内凹陷类缺陷}、V3_{内凹陷类缺陷}、……、Vn_{内凹陷类缺陷}；

铸件内凹分布模型上的各内表面的凸起类缺陷的排序标号依次为V1_{内凸起类缺陷}、V2_{内凸起类缺陷}、V3_{内凸起类缺陷}、……、Vn_{内凸起类缺陷}；

铸件外凸分布模型上的各外表面的凸起类缺陷的排序标号依次为V1_{外凸起类缺陷}、V2_{外凸起类缺陷}、V3_{外凸起类缺陷}、……、Vn_{外凸起类缺陷}；

铸件外凹分布模型上的各外表面的凹陷类缺陷的排序标号依次为V1_{外凹陷类缺陷}、V2_{外凹陷类缺陷}、V3_{外凹陷类缺陷}、……、Vn_{外凹陷类缺陷}；其中，n为自然数；

沿铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征母线将其展开并依次得到铸件内凸分布模型平面展开图像、铸件内凹分布模型平面展开图像；

将所得的铸件内凸分布模型平面展开图像、铸件内凹分布模型平面展开图像重叠后得到铸件内表面凹陷分布平面图，并将上述所得的各内表面的凹陷类缺陷按照对应坐标标出并显示其尺寸、体积、名称特征；

沿铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征母线将其展开并依次得到铸件外凸分布模型平面展开图像、铸件外凹分布模型平面展开图像；

将所得的铸件外凸分布模型平面展开图像、铸件外凹分布模型平面展开图像重叠后得到铸件内表面凹陷分布平面图，并将上述所得的各外表面的凹陷类缺陷按照对应坐标标出并显示其尺寸、体积、名称特征；

按照铸造缺陷划定标准及铸造缺陷分类将各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷进行分类并按照一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷的数量求和计算得到缺陷程度T的数值。

在上述任一方案中优选的是，若计算得到的缺陷程度T的数值≥20分时，则当前铸造件的缺陷程度达到或超过了预设缺陷预警值，其矫形难度大且矫形后的铸造件质量难以保证，故放弃矫形，并将铸造件报废。

在上述任一方案中优选的是，当需要矫形时，按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量的具体步骤如下：

查看计算得到的当前缺陷程度T的数值，当得到的缺陷程度T的数值＜15分时，选择矫形；当得到的缺陷程度T的数值为：15分≤缺陷程度T≤20分，质检人员根据当前的大型腔体铸造件具体使用要求及工况环境选择矫形或放弃矫形；

若当前的大型腔体铸造件选择矫形时，查看上述各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷对应的一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷在铸造件上的缺陷具体部位及各自的尺寸、体积参数；

根据所得到的各凹陷类缺陷、各凹陷类缺陷所处的具体部位及各自的尺寸、体积参数对对应缺陷部位选择对应的矫形方式；

各部位按照选定的矫形方式矫形完毕后，对矫形后的铸造件的质量进行检验。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明中的铸造件质量检测及矫形方法可以针对尺寸较大的大型腔体类铸造件进行铸造缺陷的检测及分析，同时可以根据铸造缺陷检测结果进行后续的矫形修复，有效地提高了大型腔体类铸造件的缺陷检测效率及准确度，通过矫形修复对铸造件进行补救来降低铸造件的次品率，提高大型腔体类铸造件的整体合格率，有效地避免了大型腔体类铸造件重复回炉铸造带来的复杂工艺，降低了重铸成本。

2、本发明中的铸造件质量检测及矫形方法采用扫描获铸造件实际特征信息并利用建模软件控制分析的方式实现了对铸造件缺陷的准确定位及对各个精确获取，有效地避免了漏检的情况。

3、根据本发明中设计的检测分析方法可以有效地判断当前的铸造件的缺陷程度及后期矫形的难度，有效地避免了无效矫形造成的人力及资源的浪费；同时，仅对缺陷程度可控的铸造件进行矫形，有效地提高矫形成功率，保证矫形修复后铸造件的可用性及耐久性。

4、另外，本方法还设置有一套专门用于检测矫形后缺陷部位修复程度的方法，能够有效地保证对矫形后的铸造件缺陷修复部位的质量控制，有效地保证矫形修复程度，保证矫形后的铸造件的质量达标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法的流程图。

图2为本发明的按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明具体结构如图1-2中所示。

实施例一：一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，获取大型腔体铸造件的内腔轮廓激光扫描图像，并生成大型腔体铸造件的内腔实测轮廓三维实体模型；

利用激光扫描可以实现对大型腔体铸造件的内腔的内表面进行扫描，从而获得当前被铸造出来的大型腔体铸造件的实际的内表面的轮廓特征及尺寸等的信息，并将这些信息以三维实体模型的方式进行展现，在此建立的内腔实测轮廓三维实体模型是以腔体内表面为该实体的内表面，依次将整个铸造件的内表面的曲面特征展示为该实体部模型图的外表面，以此达到便于观察测量及控制的目的。

获取大型腔体铸造件的外部轮廓激光扫描图像，并生成腔体铸件的外部实测轮廓三维实体模型；

利用激光扫描可以实现对大型腔体铸造件的外表面的轮廓进行扫描，从而获得当前被铸造出来的大型腔体铸造件的实际的外表面的轮廓特征及尺寸等的信息，并将这些信息以三维实体模型的方式进行展现。

将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件内腔标准三维实体模型实现对中重叠，重叠部位裁切去除，保留铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征及被裁切后内腔实测轮廓三维实体模型的剩余部位并生成铸件内凸分布模型；

该步骤中主要是在三维实体模型软件中完成，利用预先构建的铸件内腔标准三维实体模型可以作为理想铸造结果状态下的标准铸造件的内腔尺寸，其具备理想状态下的铸造件的内表面的尺寸特征要求。

内腔实测轮廓三维实体模型具有当前被扫描的铸造件的内表面的技术特征及存在于内表面的内侧及外侧的各种铸造缺陷带来的空缺缺陷（裂缝、未浇铸到或未浇满造成的空缺，即凹陷类缺陷）及实体凸起的缺陷（凸起类缺陷），将内腔实测轮廓三维实体模型与标准的铸件内腔标准三维实体模型进行中心重叠后并将铸件内腔标准三维实体模型的形状在内腔实测轮廓三维实体模型中去除，由于内腔内表面上的各个凸起类缺陷是向内腔的内侧凸出，因此其是伸至于铸件内腔标准三维实体模型的实体特征内部的，当以铸件内腔标准三维实体模型作为裁切件裁切整个内腔实测轮廓三维实体模型的实体时，会将向内凸起的各个内表面上的凸起类缺陷直接包覆去除了，这就相当与加工铸造件的内表面上向内凸起的各种凸起类缺陷直接去除（由于像瘤状金属突起物缺陷等凸起类的铸造缺陷是可以直接经打磨去除的，因此不考虑凸起类缺陷对铸造件的强度造成的缺陷影响，其可以经过打磨后直接消除众多凸起类缺陷带来的影响），这样就可以得到剩余的各类位于内表面部位的凹陷类铸造缺陷残留下来的特征。

将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件内腔标准三维实体模型图对中重叠，去除铸件内腔标准三维实体模型图之外的内腔实测轮廓三维实体模型特征，保留铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征，对剩余后的内腔实测轮廓三维实体模型与铸件内腔标准三维实体模型图相交取差，获得铸件内凹分布模型；

去除铸件内腔标准三维实体模型图之外的内腔实测轮廓三维实体模型特征相当于直接去除了上步骤中的代表铸造件内腔内表面上的各凹陷类缺陷的实体模型特征。

利用对剩余后的内腔实测轮廓三维实体模型与铸件内腔标准三维实体模型图相交取差，由于扫描获得内腔标准三维实体模型图，因此在内表面上向内凸起的结构是位于内表面曲面特征以内的，因此在模型中是相当于残缺的空间，当上述两者相交取差时，差值就是代表的铸造件的内表面上向内表面曲面特征凸出的那一部分凸起类缺陷，即在此设置的铸件内凹分布模型实际代表了铸造件的内表上上的各个向内凸起的瘤状物等凸起类缺陷。

将上述所得的外部实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件外轮廓标准三维实体模型实现对中重叠，重叠部位的外部实测轮廓三维实体模型特征被裁切去除，保留铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征及被裁切后外部实测轮廓三维实体模型的剩余部位并生成铸件外凸分布模型；

铸件外轮廓标准三维实体模型代表了理想铸造结果状态下的铸造件的外部轮廓尺寸，以铸件外轮廓标准三维实体模型实体来裁切外部实测轮廓三维实体模型可以实现将多余的部分留下，此时多余的部位就代表了实际上向外凸出于铸造件的外表面的各个凸起类缺陷，同时结合外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征可以定位各个凸起类缺陷在外表面上对应的位置。

将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件外轮廓标准三维实体模型对中重叠，去除铸件外轮廓标准三维实体模型之外的特征，保留铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征，对剩余后的外部实测轮廓三维实体模型与铸件外轮廓标准三维实体模型相交取差，获得铸件外凹分布模型；

铸件外轮廓标准三维实体模型代表了理想铸造结果状态下的铸造件的外部轮廓尺寸，以铸件外轮廓标准三维实体模型实体来裁切外部实测轮廓三维实体模型可以实现将多余的部分去除，剩余部分取两者之差后就代表了实际上向内凹陷至铸造件的外表面的内部的各个外表面凹陷类缺陷，同时结合外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征可以定位各个凹陷类缺陷在外表面上对应的位置。

综合处理铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型并完成对铸造件各类缺陷的分析记录及缺陷程度T的数值计算；

计算缺陷程度T的目的是来进行判断当前铸造件的缺陷损失的程度适不适合进行矫形修复，避免无效修复。

根据缺陷程度T的数值判断当前铸造件矫形或放弃矫形，当放弃矫形时，铸造件报废；当需要矫形时，按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量；

质量检验达标后，铸造件矫形完成，矫形完成后的铸造件可以达到使用要求。

在上述任一方案中优选的是，根据上述对铸造件各类缺陷的分析记录结果来计算缺陷程度，根据缺陷程度判断当前铸造件矫形难度时，预先根据铸造工艺中缺陷的类型将铸造缺陷分类为一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷，其中，一个一级缺陷标记3分，一个二级缺陷标记1.5分，一个三级缺陷标记0分；

预设缺陷预警值对应的缺陷程度T的数值为20分。

根据铸造行业的行业标准及零件的实际使用工况对强度、应力、频次的要求参数计算其实际所需的抗载荷强度及尺寸要求，结合常识判断铸造缺陷带来的影响；同时，在此设置了代表不同缺陷的严重程度的缺陷分级及积分数值。

在上述任一方案中优选的是，一级缺陷包括铸件宽度尺寸大于10mm、深度大于5mm的损伤断缺内凹缺陷、热裂裂纹、冷裂裂纹、浇不到形成的残缺缺陷；

二级缺陷包括砂眼凹槽缺陷、缩孔缺陷、掉砂缺陷，除去已经归于一级缺陷中的其余的损伤断缺内凹缺陷、热裂裂纹、冷裂裂纹、浇不到形成的残缺缺陷；

三级缺陷包括胀砂形成的不规则的瘤状金属突起物缺陷、反白口缺陷、灰口和麻点缺陷、其余凸起类缺陷。

上述各类缺陷等级代表了其在实际铸造件中对铸造件性能影响的程度，因此可以有效地反应出铸造件因缺陷导致的损坏程度。

在上述任一方案中优选的是，铸件内凸分布模型表示的是铸件内表面的凹陷类缺陷分布情况；铸件内凹分布模型表示的是铸件内表面的凸起类缺陷分布情况；铸件外凸分布模型表示的是铸件外表面的凸起类缺陷分布情况；铸件外凹分布模型表示的是铸件外表面的凹陷类缺陷分布情况。

在上述任一方案中优选的是，上述的综合处理铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型并完成对铸造件各类缺陷的分析记录及缺陷程度的计算的具体步骤：

利用三维软件实现对铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型上的各缺陷对应的各实体特征块的分别进行尺寸及体积标记；

按体积值由大到小依次单独对铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型上各自的实体特征块进行排序；

按照体积大小来进行排序的目的是可以有效地反应同类型的位于同表面上的铸造缺陷缺陷的程度的大小。

其中，铸件内凸分布模型上的各内表面的凹陷类缺陷的排序标号依次为V1_{内凹陷类缺陷}、V2_{内凹陷类缺陷}、V3_{内凹陷类缺陷}、……、Vn_{内凹陷类缺陷}；

铸件内凹分布模型上的各内表面的凸起类缺陷的排序标号依次为V1_{内凸起类缺陷}、V2_{内凸起类缺陷}、V3_{内凸起类缺陷}、……、Vn_{内凸起类缺陷}；

铸件外凸分布模型上的各外表面的凸起类缺陷的排序标号依次为V1_{外凸起类缺陷}、V2_{外凸起类缺陷}、V3_{外凸起类缺陷}、……、Vn_{外凸起类缺陷}；

铸件外凹分布模型上的各外表面的凹陷类缺陷的排序标号依次为V1_{外凹陷类缺陷}、V2_{外凹陷类缺陷}、V3_{外凹陷类缺陷}、……、Vn_{外凹陷类缺陷}；其中，n为自然数；

沿铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征母线将其展开并依次得到铸件内凸分布模型平面展开图像、铸件内凹分布模型平面展开图像；

将所得的铸件内凸分布模型平面展开图像、铸件内凹分布模型平面展开图像重叠后得到铸件内表面凹陷分布平面图，并将上述所得的各内表面的凹陷类缺陷按照对应坐标标出并显示其尺寸、体积、名称特征；

沿铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征母线将其展开并依次得到铸件外凸分布模型平面展开图像、铸件外凹分布模型平面展开图像；

将所得的铸件外凸分布模型平面展开图像、铸件外凹分布模型平面展开图像重叠后得到铸件内表面凹陷分布平面图，并将上述所得的各外表面的凹陷类缺陷按照对应坐标标出并显示其尺寸、体积、名称特征；

在对内表面以及外表面上的各个缺陷进行定位时分别是以铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征、铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征作为后续翟凯平面的基础，由于内表面上的缺陷、外表面上的缺陷分别是依托于对于内表面、外表面作为基准实现的向内凸或者向外凸，平面展开后依靠表面上的坐标系可以实现对各个凹陷类缺陷的特征的位置标记，各代表凹陷类缺陷的实体模型的体积可以经由软件计算所得。

按照铸造缺陷划定标准及铸造缺陷分类将各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷进行分类并按照一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷的数量求和计算得到缺陷程度T的数值。

在此仅仅将将各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷作为矫形后依然存在影响铸造件强度的缺陷，通过对各个不同等级缺陷的凹陷类铸造缺陷进行叠加计算，最终得到整个铸造件的整体缺陷程度大小，以便于根据铸造件的缺陷程度来选定后续的矫形方案。

在上述任一方案中优选的是，若计算得到的缺陷程度T的数值≥20分时，则当前铸造件的缺陷程度达到或超过了预设缺陷预警值，其矫形难度大且矫形后的铸造件质量难以保证，故放弃矫形，并将铸造件报废。

考虑到当铸造缺陷的总和较大时会严重影响到铸造件的品质，同时铸造缺陷较为严重的铸造件即使在后续完成矫形修复后也可能无法达到标准合格件的质量要求，因此会将铸造缺陷较为严重的铸造件直接报废，避免后续的无效矫形修复。

在上述任一方案中优选的是，当需要矫形时，按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量的具体步骤如下：

查看计算得到的当前缺陷程度T的数值，当得到的缺陷程度T的数值＜15分时，选择矫形；当得到的缺陷程度T的数值为：15分≤缺陷程度T≤20分时，质检人员根据当前的大型腔体铸造件具体使用要求及工况环境选择矫形或放弃矫形；

若当前的大型腔体铸造件选择矫形时，查看上述各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷对应的一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷在铸造件上的缺陷具体部位及各自的尺寸、体积参数；

根据所得到的各凹陷类缺陷、各凹陷类缺陷所处的具体部位及各自的尺寸、体积参数对对应缺陷部位选择对应的矫形方式；

各部位按照选定的矫形方式矫形完毕后，对矫形后的铸造件的质量进行检验。

实施例二：与实施例一的区别在于，本实施例中还包括，所述对矫形后的铸造件的质量进行检验的具体步骤如下：

获取矫形后铸造件的内腔的内表面激光扫描图像；

将所得的内表面激光扫描图像平面展开形成矫形后内表面成像图；

获取矫形后铸造件的外部轮廓的外表面激光扫描图像；

将所得的外表面激光扫描图像平面展开形成矫形后外表面成像图；

将所得的矫形后内表面成像图、矫形后外表面成像图合并为矫形后铸件表面成像总图；

对矫形后的铸造件进行内表面、外表面的图像扫描成像的主要目的是为了获得各个缺陷部位矫形后的修补情况，其可以从一定程度上反应对凹陷类的铸造缺陷填补修复的程度；将各个扫描图像作为平面图像进行评定，可以较为准确的（误差范围在允许范围内）反应实际矫形情况，当然为了保证检测的准确性后续还可以结合工业CT进行补充检验。

对矫形后铸件表面成像总图灰度处理，并按照矫形前各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷对应的坐标点位进行标记；

利用上述的坐标点的标记实现对矫形后铸件表面成像总图上的对应坐标点位的标记，以保证定点原先的凹陷类缺陷部位，以此来获取实际的各个修复前的凹陷位置。

MATLAB处理并利用其构建dither函数实现对图像的抖动，通过颜色抖动以增强输出图像的颜色分辨率，将灰度处理后的矫形后铸件表面成像总图转换成二值图像；

在此构建的构建dither函数主要作用是实现对图像像素的颜色抖动以改变边沿像素的颜色，使像素周围的颜色近似于原始图像的颜色，从而以空间分辨率来换取颜色分辨率；

对上述二值图像上的各坐标点位周边像素依次运行Sobel算子，从不同的方向检测边缘，加强中心像素上下左右四个方向像素的权重来完成各坐标点位处的图像边缘初检；

其中Sobel算子采用如下的两个卷积核：

；/>

；

同时，Sobel算子处理中采用如下的范数衡量梯度的幅度公式：

|G(x, y)|≈max(|Gx|, |Gy|)；

利用Prewitt算子在上述初检处的各边缘轮廓处达到极值检测边缘，以平滑噪声，实现图像各边缘轮廓终检；

由于矫形修复后的部位如果还存在缺陷其在被扫描由于还存在凹陷，其就会存在一定的色差，在此利用色差造成的视觉轮廓来作为判断修复后凹陷存在的状态，因此可以在较大程度上有效地反应出修复的效果。

在寻找凹陷部位成像带来的图像边缘时，利用了dither函数结合运行运行Sobel算子实现对边缘的精确定位，从而可以更为准确的判断出凹陷剩余大小，以此来判断较为准确的修复效果。

根据各坐标点位的边缘轮廓终检结果计算各边缘的矫形后尺寸；

依次将矫形前的各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷的表面尺寸与对应坐标点处的各边缘的矫形后尺寸相比获得差值绝对值，并将差值绝对值与对应的矫形前的各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷的表面尺寸分别单独取各自的矫形修复百分比；

当矫形百分比达到80%及以上是则矫形合格。

综上可以看出，本发明中的铸造件质量检测及矫形方法可以针对尺寸较大的大型腔体类铸造件进行铸造缺陷的检测及分析，同时可以根据铸造缺陷检测结果进行后续的矫形修复，有效地提高了大型腔体类铸造件的缺陷检测效率及准确度，通过矫形修复对铸造件进行补救来降低铸造件的次品率，提高大型腔体类铸造件的整体合格率，有效地避免了大型腔体类铸造件重复回炉铸造带来的复杂工艺，降低了重铸成本；铸造件质量检测及矫形方法采用扫描获铸造件实际特征信息并利用建模软件控制分析的方式实现了对铸造件缺陷的准确定位及对各个精确获取，有效地避免了漏检的情况；根据本发明中设计的检测分析方法可以有效地判断当前的铸造件的缺陷程度及后期矫形的难度，有效地避免了无效矫形造成的人力及资源的浪费；同时，仅对缺陷程度可控的铸造件进行矫形，有效地提高矫形成功率，保证矫形修复后铸造件的可用性及耐久性；本方法设置的一套专门用于检测矫形后缺陷部位修复程度的方法，能够有效地保证对矫形后的铸造件修复部位的质量控制，有效地保证矫形修复程度，保证矫形后的铸造件的质量达标。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，其特征在于：

S1：获取大型腔体铸造件的内腔轮廓激光扫描图像，并生成大型腔体铸造件的内腔实测轮廓三维实体模型；

S2：获取大型腔体铸造件的外部轮廓激光扫描图像，并生成腔体铸件的外部实测轮廓三维实体模型；

S3：将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件内腔标准三维实体模型实现对中重叠，重叠部位裁切去除，保留铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征及被裁切后内腔实测轮廓三维实体模型的剩余部位并生成铸件内凸分布模型；

S4：内腔标准三维实体模型图对中重叠，去除铸件内腔标准三维实体模型图之外的内腔实测轮廓三维实体模型特征，保留铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征，对剩余后的内腔实测轮廓三维实体模型与铸件内腔标准三维实体模型图相交取差，获得铸件内凹分布模型；

S5：将上述所得的外部实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件外轮廓标准三维实体模型实现对中重叠，重叠部位的外部实测轮廓三维实体模型特征被裁切去除，保留铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征及被裁切后外部实测轮廓三维实体模型的剩余部位并生成铸件外凸分布模型；

S6：将上述所得的内腔实测轮廓三维实体模型在三维软件内部重建并利用预先构建的对应的铸件外轮廓标准三维实体模型对中重叠，去除铸件外轮廓标准三维实体模型之外的特征，保留铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征，对剩余后的外部实测轮廓三维实体模型与铸件外轮廓标准三维实体模型相交取差，获得铸件外凹分布模型；

S7：综合处理铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型并完成对铸造件各类缺陷的分析记录及缺陷程度T的数值计算的具体步骤包括：

利用三维软件实现对铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型上的各缺陷对应的各实体特征块的分别进行尺寸及体积标记；

按体积值由大到小依次单独对铸件内凸分布模型、铸件内凹分布模型、铸件外凸分布模型、铸件外凹分布模型上各自的实体特征块进行排序；

其中，铸件内凸分布模型上的各内表面的凹陷类缺陷的排序标号依次为V1_{内凹陷类缺陷}、V2_{内凹陷类缺陷}、V3_{内凹陷类缺陷}、……、Vn_{内凹陷类缺陷}；

铸件内凹分布模型上的各内表面的凸起类缺陷的排序标号依次为V1_{内凸起类缺陷}、V2_{内凸起类缺陷}、V3_{内凸起类缺陷}、……、Vn_{内凸起类缺陷}；

铸件外凸分布模型上的各外表面的凸起类缺陷的排序标号依次为V1_{外凸起类缺陷}、V2_{外凸起类缺陷}、V3_{外凸起类缺陷}、……、Vn_{外凸起类缺陷}；

铸件外凹分布模型上的各外表面的凹陷类缺陷的排序标号依次为V1_{外凹陷类缺陷}、V2_{外凹陷类缺陷}、V3_{外凹陷类缺陷}、……、Vn_{外凹陷类缺陷}；其中，n为自然数；

沿铸件内腔标准三维实体模型的内表面曲面特征母线将其展开并依次得到铸件内凸分布模型平面展开图像、铸件内凹分布模型平面展开图像；

将所得的铸件内凸分布模型平面展开图像、铸件内凹分布模型平面展开图像重叠后得到铸件内表面凹陷分布平面图，并将上述所得的各内表面的凹陷类缺陷按照对应坐标标出并显示其尺寸、体积、名称特征；

沿铸件外轮廓标准三维实体模型的外表面曲面特征母线将其展开并依次得到铸件外凸分布模型平面展开图像、铸件外凹分布模型平面展开图像；

将所得的铸件外凸分布模型平面展开图像、铸件外凹分布模型平面展开图像重叠后得到铸件内表面凹陷分布平面图，并将上述所得的各外表面的凹陷类缺陷按照对应坐标标出并显示其尺寸、体积、名称特征；

按照铸造缺陷划定标准及铸造缺陷分类将各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷进行分类并按照一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷的数量求和计算得到缺陷程度T的数值；

S8：根据缺陷程度T的数值判断当前铸造件矫形或放弃矫形，当放弃矫形时，铸造件报废；当需要矫形时，按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量；

S9：质量检验达标后，铸造件矫形完成。

2.根据权利要求1所述的一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，其特征在于：根据上述对铸造件各类缺陷的分析记录结果来计算缺陷程度，根据缺陷程度判断当前铸造件矫形难度时，预先根据铸造工艺中缺陷的类型将铸造缺陷分类为一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷，其中，一个一级缺陷标记3分，一个二级缺陷标记1.5分，一个三级缺陷标记0分；

预设缺陷预警值对应的缺陷程度T的数值为20分。

3.根据权利要求2所述的一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，其特征在于：一级缺陷包括铸件宽度尺寸大于10mm、深度大于5mm的损伤断缺内凹缺陷、热裂裂纹、冷裂裂纹、浇不到形成的残缺缺陷；

二级缺陷包括砂眼凹槽缺陷、缩孔缺陷、掉砂缺陷，除去已经归于一级缺陷中的其余的损伤断缺内凹缺陷、热裂裂纹、冷裂裂纹、浇不到形成的残缺缺陷；

三级缺陷包括胀砂形成的不规则的瘤状金属突起物缺陷、反白口缺陷、灰口和麻点缺陷、其余凸起类缺陷。

4.根据权利要求3所述的一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，其特征在于：铸件内凸分布模型表示的是铸件内表面的凹陷类缺陷分布情况；

铸件内凹分布模型表示的是铸件内表面的凸起类缺陷分布情况；

铸件外凸分布模型表示的是铸件外表面的凸起类缺陷分布情况；

铸件外凹分布模型表示的是铸件外表面的凹陷类缺陷分布情况。

5.根据权利要求4所述的一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，其特征在于：若计算得到的缺陷程度T的数值≥20分时，则当前铸造件的缺陷程度达到或超过了预设缺陷预警值，其矫形难度大且矫形后的铸造件质量难以保证，故放弃矫形，并将铸造件报废。

6.根据权利要求5所述的一种大型腔体类铸造件的质量检测及矫形方法，其特征在于：按照选定的矫形方法完成当前大型腔体类铸造件的各缺陷部位的矫形并检验矫形后的铸造件的质量的具体步骤如下：

查看计算得到的当前缺陷程度T的数值，当得到的缺陷程度T的数值＜15分时，选择矫形；当得到的缺陷程度T的数值为：15分≤缺陷程度T≤20分时，质检人员根据当前的大型腔体铸造件具体使用要求及工况环境选择矫形或放弃矫形；

若当前的大型腔体铸造件选择矫形时，查看上述各内表面的凹陷类缺陷、各外表面的凹陷类缺陷对应的一级缺陷、二级缺陷、三级缺陷在铸造件上的缺陷具体部位及各自的尺寸、体积参数；

根据所得到的各凹陷类缺陷、各凹陷类缺陷所处的具体部位及各自的尺寸、体积参数对对应缺陷部位选择对应的矫形方式；

各部位按照选定的矫形方式矫形完毕后，对矫形后的铸造件的质量进行检验。

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