軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面裂紋檢測(cè)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，疲勞是造成工程機(jī)械各部件失效的主要原因之一，循環(huán)疲勞載荷的長(zhǎng)期作用會(huì)導(dǎo)致表面裂紋的萌生和擴(kuò)展，甚至部件斷裂，造成事故。因此，準(zhǔn)確、可靠的檢測(cè)疲勞表面裂紋萌生和擴(kuò)展過程，對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)估疲勞壽命，防止疲勞失效至關(guān)重要。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，表面裂紋檢測(cè)一般都采用滲透檢測(cè)技術(shù)，即利用液態(tài)的毛細(xì)管作用，通過噴灑、刷涂或浸漬等方法，把滲透力很強(qiáng)的滲透液施加到已清洗干凈的試件表面，經(jīng)過一定的滲透時(shí)間，去除表面多余滲透液，并通過一定的顯像技術(shù)，從而顯示表面裂紋。采用滲透技術(shù)，雖然能夠清晰顯示表面裂紋，但是只能離線操作，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，另外，需要一定的滲透時(shí)間，耗時(shí)較長(zhǎng)，測(cè)量也相對(duì)麻煩。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，也有通過攝像方式拍攝圖像來檢測(cè)裂紋，從而判斷材料的疲勞特性的技術(shù)方案，但是這類方案都是針對(duì)預(yù)制裂紋的標(biāo)準(zhǔn)件，相比軸類零件截面突變部位，在加載疲勞載荷過程中，標(biāo)準(zhǔn)件的裂紋擴(kuò)展都是沿著預(yù)制裂紋延伸，因而，其裂紋識(shí)別和處理都比較簡(jiǎn)單。另外，標(biāo)準(zhǔn)件一般成像干擾較少，不需要照明或者僅僅需要簡(jiǎn)單照明就可以清晰成像。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有針對(duì)軸類零件截面突變部位采用機(jī)器視覺的檢測(cè)裂紋的方案，相比標(biāo)準(zhǔn)件，實(shí)際零件(軸類零件截面突變部位)一般成像條件差，比如曲軸的危險(xiǎn)部位(過渡圓角)其凹弧形結(jié)構(gòu)對(duì)入射光具有散射作用，造成軸頸過渡圓角的照明效果不理想；并且也不能僅通過提高照明光路的光通量來達(dá)到照亮待檢測(cè)目標(biāo)的目的，因?yàn)閽伖庵羚R面效果的軸頸過渡圓角對(duì)入射光的強(qiáng)烈反射容易造成工業(yè)相機(jī)感光元件的過曝光。另夕卜，軸類零件截面突變部位其裂紋萌生具有一定的隨機(jī)性，相比預(yù)制裂紋的標(biāo)準(zhǔn)件，其裂紋識(shí)別和測(cè)量難度大大增加。因而，現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的技術(shù)方案，無法直接應(yīng)用到軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種能夠在線檢測(cè)的軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0007]本發(fā)明提供了一種軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)，包括:工作臺(tái)架，用于固定的被測(cè)軸件；疲勞載荷加載系統(tǒng)，設(shè)置在工作臺(tái)架上，用于根據(jù)設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)對(duì)被測(cè)軸件加載疲勞載荷；照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)包括成預(yù)設(shè)角度設(shè)置的兩組照明光源，且兩組照明光源的照射中心分別位于被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的兩側(cè)；機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，用于拍攝被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的表面圖像，并發(fā)送表面圖像；處理系統(tǒng)，接收并處理表面圖像，得到被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的表面裂紋萌生和表面裂紋長(zhǎng)度。
[0008]進(jìn)一步地，處理系統(tǒng)還包括根據(jù)表面裂紋長(zhǎng)度和疲勞載荷加載系統(tǒng)加載的疲勞周次，得到表面裂紋長(zhǎng)度隨疲勞周次的表面裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展規(guī)律。
[0009]進(jìn)一步地，機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)包括由光學(xué)鏡頭和圖像采集卡；光學(xué)鏡頭拍攝危險(xiǎn)部位的表面圖像，圖像采集卡將表面圖像傳輸給處理系統(tǒng)。
[0010]進(jìn)一步地，兩組照明光源分別位于光學(xué)鏡頭的兩側(cè)。
[0011 ] 進(jìn)一步地，照明光源為鹵素?zé)簟?br>[0012]本發(fā)明還提供了一種軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)方法，該方法包括:步驟S1:圖像獲取與預(yù)處理，采用光學(xué)鏡頭拍攝圖像，并通過圖像采集卡采集拍攝圖像，存儲(chǔ)到上位機(jī)，對(duì)拍攝圖像濾波降噪處理；步驟S2:表面裂紋邊緣檢測(cè)及閾值分割，通過邊緣檢測(cè)算子提取邊緣點(diǎn)的集合，并通過預(yù)設(shè)閾值分割，產(chǎn)生表面裂紋的二值圖像；步驟S3:表面裂紋特征提取，采用預(yù)設(shè)異常區(qū)域面積閾值St、異常區(qū)域圓形度閾值Rt和異常區(qū)域灰度值最大值與最小值的差值閾值Gt提取表面裂紋特征；步驟S4:表面裂紋幾何參數(shù)計(jì)算，對(duì)提取的表面裂紋特征進(jìn)行計(jì)算，得到表面裂紋長(zhǎng)度。
[0013]進(jìn)一步地，步驟S4包括:提取表面裂紋骨架，然后提取表面裂紋骨架的表面裂紋主干，并計(jì)算表面裂紋主干的長(zhǎng)度。
[0014]進(jìn)一步地，計(jì)算表面裂紋主干的長(zhǎng)度包括:將標(biāo)尺置于光學(xué)鏡頭前，物距與被測(cè)軸件相同，拍攝標(biāo)尺圖像進(jìn)行分析，確定標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度在檢測(cè)圖像中所占用的像素長(zhǎng)度L，求得比例系數(shù)F = 1/L，根據(jù)確定后的比例系數(shù)F計(jì)算出檢測(cè)圖像中表面裂紋主干的長(zhǎng)度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)及方法，通過設(shè)置疲勞載荷加載系統(tǒng)，模擬被測(cè)軸件的實(shí)際疲勞載荷，并設(shè)置機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)拍攝被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的表面圖像，并通過處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)拍攝的表面圖像處理，得到被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的表面裂紋萌生和表面裂紋長(zhǎng)度，設(shè)置照明系統(tǒng)，能夠有效提高成像效果。即本發(fā)明在線檢測(cè)被測(cè)軸件在實(shí)際疲勞載荷的作用下，危險(xiǎn)部位的表面裂紋萌生和表面裂紋長(zhǎng)度，從而對(duì)被測(cè)軸件的疲勞壽命做出一定的評(píng)估。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在線檢測(cè)能夠有效地提尚檢測(cè)效率。
【附圖說明】
[0016]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)的原理示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明中照明系統(tǒng)的原理示意圖；
[0019]圖3a是本發(fā)明中表面裂紋骨架的示意圖；
[0020]圖3b是本發(fā)明中表面裂紋主干的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0022]如圖1所示，以曲軸的表面裂紋檢測(cè)為例來說明本發(fā)明的軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:工作臺(tái)架，用于固定的被測(cè)軸件，即曲軸；疲勞載荷加載系統(tǒng)，設(shè)置在工作臺(tái)架上，用于根據(jù)設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)對(duì)曲軸加載疲勞載荷；照明系統(tǒng)，照明系統(tǒng)包括成預(yù)設(shè)角度設(shè)置的兩組照明光源，且兩組照明光源的照射中心分別位于被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的兩側(cè)；機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，用于拍攝曲軸的危險(xiǎn)部位的表面圖像，并發(fā)送表面圖像；處理系統(tǒng)，接收并處理表面圖像，得到曲軸的危險(xiǎn)部位的表面裂紋萌生和表面裂紋長(zhǎng)度。
[0023]本發(fā)明通過設(shè)置疲勞載荷加載系統(tǒng)，模擬被測(cè)軸件的實(shí)際疲勞載荷，并設(shè)置機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)拍攝被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的表面圖像，并通過處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)拍攝的表面圖像處理，得到被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的表面裂紋萌生和表面裂紋長(zhǎng)度，即在線檢測(cè)被測(cè)軸件在實(shí)際疲勞載荷的作用下，危險(xiǎn)部位的表面裂紋萌生和表面裂紋長(zhǎng)度，從而對(duì)被測(cè)軸件的疲勞壽命做出一定的評(píng)估。本發(fā)明通過設(shè)置照明系統(tǒng)，且照明系統(tǒng)的兩組照明光源的照射中心分別位于被測(cè)軸件的危險(xiǎn)部位的兩側(cè)。具體地，通過兩組照明光源照射曲軸的過渡圓角上下兩側(cè)，從而保證過渡圓角處有效成像，避免凹弧形結(jié)構(gòu)對(duì)入射光散射，造成軸頸過渡圓角的照明效果不理想，也防止了拋光至鏡面效果的軸頸過渡圓角對(duì)入射光的強(qiáng)烈反射容易造成工業(yè)相機(jī)感光元件的過曝光，減少了成像噪聲干擾，保證了成像質(zhì)量。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在線檢測(cè)能夠有效地提高檢測(cè)效率。
[0024]一般地，常規(guī)軸件的危險(xiǎn)部位可以通過分析計(jì)算得知，如曲軸的危險(xiǎn)部位，是指彎曲載荷作用下容易發(fā)生疲勞失效的曲柄臂和連桿軸頸之間的過渡圓角位置、在扭轉(zhuǎn)載荷作用下容易發(fā)生疲勞失效的連桿軸頸油孔位置或者是彎扭復(fù)合載荷作用下以上兩個(gè)部位。對(duì)于部分復(fù)雜軸件，可以通過有限元方法計(jì)算分析。通過分析計(jì)算出危險(xiǎn)部位，直接將機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)危險(xiǎn)部位拍攝，可以減少機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)量，從而降低分析處理的圖像量，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。
[0025]優(yōu)選地，根據(jù)疲勞載荷加載系統(tǒng)加載的疲勞周次及對(duì)應(yīng)的表面裂紋長(zhǎng)度，還可以得到表面裂紋長(zhǎng)度隨疲勞周次的表面裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展規(guī)律。根據(jù)表面裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展規(guī)律，在一定程度上，能夠?qū)ζ趬勖龀鲈u(píng)估。
[0026]優(yōu)選地，機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)包括由光學(xué)鏡頭和圖像采集卡，光學(xué)鏡頭拍攝危險(xiǎn)部位的表面圖像，圖像采集卡將表面圖像傳輸給處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)對(duì)拍攝的表面圖像處理，并得到表面裂紋長(zhǎng)度。優(yōu)選地，光學(xué)鏡頭設(shè)置在兩組照明光源之間，即兩組照明光源分別位于光學(xué)鏡頭的兩側(cè)，可以進(jìn)一步保證成像效果。兩組照明光源的照射角度可以調(diào)節(jié)，從而保證照明光路覆蓋了曲軸彎曲應(yīng)力集中區(qū)域一一過渡圓角偏上/下60°范圍，而且使照射中心(光強(qiáng)最強(qiáng)處)位于危險(xiǎn)部位外，從而保證待檢測(cè)部位在有效成像的同時(shí)避免產(chǎn)生過渡曝光。
[0027]在本發(fā)明中，光學(xué)鏡頭及相應(yīng)的感光元件(CCD)是本發(fā)明的機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的核心部件。
[0028]由于軸類零件截面突變部位表面疲勞裂紋檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，疲勞載荷加載系統(tǒng)的振動(dòng)頻率和表面裂紋檢測(cè)精度是選擇CCD芯片時(shí)應(yīng)主要考慮的兩個(gè)關(guān)鍵問題。
[0029]疲勞載荷加載系統(tǒng)的最高振動(dòng)頻率為交流市電的峰值頻率50Hz，因此本系統(tǒng)中選擇的工業(yè)相機(jī)的CCD芯片快門速度最快可達(dá)10_6秒，快門頻率遠(yuǎn)高于疲勞載荷加載系統(tǒng)的工作頻率。通過設(shè)置合適的快門速度，可以有效抑制由于試驗(yàn)臺(tái)架振動(dòng)而產(chǎn)生的虛影，獲得成像質(zhì)量良好的圖像。
[0030]由于試驗(yàn)系統(tǒng)為開放式系