多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統的制作方法

本發明涉及磁粉無損檢測技術，具體涉及一種多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統。

背景技術：

磁粉檢測技術是指在不破壞檢測工件的條件下識別出鐵磁性工件表面和近表面中的缺陷，如裂紋、發紋、氣孔、夾雜、折疊等，具有很高的檢測靈敏度，且能直接顯示缺陷的形狀、位置等信息，檢測結果直觀，檢測成本低廉。

傳統的熒光磁粉檢測依靠工人人工操作完成，工人的勞動強度大，檢測經驗也不同，精神狀態易受工作環境影響，導致檢測效率不高，檢測結果的一致性較差，且不可避免存在錯檢、漏檢的現象。此外，檢測所使用的光源對人體皮膚有一定的刺激性，長期暴露在該環境中容易引發皮膚病，影響工人健康。

為了克服這些缺點，研究者結合將自動控制技術、圖像處理技術應用到磁粉檢測系統當中，通過上位機對工件位置與噴淋操作進行控制，利用ccd等圖像采集設備獲取檢測工件表面缺陷圖像，并進行分析與處理，從而對鐵磁性工件表面缺陷進行定性和定量分析；然而，這類設備主要是針對火車輪等單一對象進行檢測的，對不同幾何尺寸、含有不規則結構如存在曲面與臺階面的工件適應性低。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統，以解決不同結合尺寸、存在曲面與臺階面等結構工件的磁粉檢測的技術問題，達到鐵磁性工件表面缺陷尺寸與位置等參數的定量目的。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統，包括檢測床身、工件對中夾持裝置、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置、磁化裝置、紫外光源、自動檢測控制單元、圖像采集設備、多自由度運動機構和圖像處理單元，其中：

工件運動機構包括第一工件旋轉運動機構、第二工件旋轉運動機構、工件平移運動機構，第一工件旋轉運動機構固定于檢測床身的檢測槽內，第二工件旋轉運動機構隨工件平移運動機構進行平移運動，以適應不同尺寸的工件，磁化裝置包括磁化線圈和導電銅網，圖像采集設備包括相機與激光位移傳感器，多自由度運動機構包括電動垂直位移臺、電動水平位移臺、電動旋轉臺和龍門架腳輪；

磁化裝置提供周向、縱向、復合磁化方式及退磁功能，工件對中夾持裝置設置在磁化裝置的導電銅網上，由可調卡盤構成，與圖像采集設備的激光位移傳感器配合使得檢測工件的軸線與相機光心垂直一致；

磁化裝置與工件對中夾持裝置設置在第一工件旋轉運動機構與第二工件旋轉運動機構的內側，上述各部件軸線一致；第二工件旋轉運動機構位于工件平移運動機構的上方，工件平移運動機構根據檢測工件的尺寸調節第一工件旋轉運動機構與第二工件旋轉運動機構的間隔距離；

工件運動機構設置在檢測床身的檢測槽內，磁懸液噴淋與回收裝置設置于檢測槽的一側，噴淋范圍覆蓋工件平移運動機構的整個行程，適應不同長度檢測工件的噴淋；

圖像采集設備位于工件運動機構正上方，其周圍安裝有紫外光源，圖像采集設備的激光位移傳感器位于相機的一側，相機通過連桿與多自由度運動機構的電動旋轉臺連接，電動旋轉臺由第三電機驅動旋轉；電動旋轉臺通過連桿固定于電動垂直位移臺的底部，電動垂直位移臺由第二電機驅動進行上下垂直運動；電動垂直位移臺設置在電動水平位移臺上，電動水平位移臺由第一電機驅動進行水平位移運動，電動水平位移臺固定于龍門架上，龍門架通過龍門架腳輪控制移動；

紫外光源包括環形光源和方形光源，環形光源以相機軸線為中心，安裝于電動旋轉臺的連桿上，方形光源數量為2個以上，以相機軸線為中心，在圖像采集設備周圍呈均勻分布，其中心線與相機軸線呈一定夾角，使得各光源交匯處覆蓋整個圖像采集區域。

自動檢測控制單元與工件對中夾持裝置、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置、磁化裝置、紫外光源、圖像采集設備及其多自由度運動機構相連，用于實現各部分工作的開啟與關閉，以及控制檢測工件檢測流程；

圖像采集設備與圖像處理單元相連，將所采集的含有工件表面缺陷信息的圖像輸入至圖像處理單元，由圖像處理單元進行圖像預處理、缺陷分割及分析。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明采用的激光位移傳感器軸線與相機軸線呈一定夾角，使得二者軸線的交匯處剛好位于檢測工件的表面，可解決相機與工件軸線垂直調節及距離控制雙重需求；(2)本發明采用的紫外光源位于圖像采集設備的四周，最大限度的利用了檢測照明強度，避免紫外光源位于一側或暗室頂部等區域的檢測設備所可能造成的遮擋問題、光照不均或不足問題，并降低由此所帶來的后續圖像處理的復雜度；(3)本發明所采用的工件運動機構與多自由度運動機構相互配合，提高了系統對不同幾何尺寸、軸類、長方體類、多臺階、曲面等多種結構工件的適應性，增強了系統的通用性。

附圖說明

圖1是本發明多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統的原理框圖。

圖2是本發明多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統的結構圖。

圖3是圖像采集設備局部構造圖。

圖4是圖像采集設備中相機與激光位移傳感器在檢測距離為235mm時的安裝方式示意圖。

圖5是含多層臺階的塔形件某段圓軸檢測區域旋轉位置示意圖。

圖6(a)和圖6(b)是含多層臺階的塔形件臺階面的檢測方式示意圖。

圖7是含多層臺階的塔形件某臺階面的檢測結果示意圖。

具體實施方式

結合圖1、圖2、圖3和圖4，一種多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統，包括檢測床身9、工件對中夾持裝置13、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置7、磁化裝置、紫外光源19、自動檢測控制單元、圖像采集設備21、多自由度運動機構和圖像處理單元，其中：

工件運動機構包括第一工件旋轉運動機構11、第二工件旋轉運動機構16、工件平移運動機構17，第一工件旋轉運動機構11固定于檢測床身9的檢測槽18內，第二工件旋轉運動機構16隨工件平移運動機構17進行平移運動，以適應不同尺寸的工件，磁化裝置包括磁化線圈12和導電銅網15，圖像采集設備5包括相機22與激光位移傳感器23，多自由度運動機構包括電動垂直位移臺4、電動水平位移臺6、電動旋轉臺20和龍門架腳輪8；

磁化裝置提供周向、縱向、復合磁化方式及退磁功能，工件對中夾持裝置13設置在磁化裝置的導電銅網15上，由可調卡盤構成，與圖像采集設備5的激光位移傳感器23配合使得檢測工件14的軸線與相機22光心垂直一致；

磁化裝置與工件對中夾持裝置13設置在第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16的內側，上述各部件軸線一致；第二工件旋轉運動機構16位于工件平移運動機構17的上方，工件平移運動機構17根據檢測工件14的尺寸調節第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16的間隔距離；

工件運動機構設置在檢測床身9的檢測槽18內，磁懸液噴淋與回收裝置7設置于檢測槽18的一側，噴淋范圍覆蓋工件平移運動機構17的整個行程，適應不同長度檢測工件14的噴淋；

圖像采集設備5位于工件運動機構正上方，其周圍安裝有紫外光源19，圖像采集設備5的激光位移傳感器23位于相機22的一側，相機22通過連桿與多自由度運動機構的電動旋轉臺20連接，電動旋轉臺20由第三電機21驅動旋轉；電動旋轉臺20通過連桿固定于電動垂直位移臺4的底部，電動垂直位移臺4由第二電機3驅動進行上下垂直運動；電動垂直位移臺4設置在電動水平位移臺6上，電動水平位移臺6由第一電機2驅動進行水平位移運動，電動水平位移臺6固定于龍門架1上，龍門架1通過龍門架腳輪8控制移動；

紫外光源包括環形光源和方形光源，環形光源以相機22軸線為中心，安裝于電動旋轉臺的連桿上，方形光源數量為2個以上，以相機22軸線為中心，在圖像采集設備21周圍呈均勻分布，其中心線與相機22軸線呈一定夾角，使得各光源交匯處覆蓋整個圖像采集區域。

自動檢測控制單元與工件對中夾持裝置13、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置7、磁化裝置、紫外光源19、圖像采集設備21及其多自由度運動機構相連，用于實現各部分工作的開啟與關閉，以及控制檢測工件檢測流程；

圖像采集設備5與圖像處理單元相連，將所采集的含有工件表面缺陷信息的圖像輸入至圖像處理單元，由圖像處理單元進行圖像預處理、缺陷分割及分析。

進一步的，系統還包括手動控制單元10，手動控制單元10與工件對中夾持裝置13、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置7、磁化裝置及多自由度運動機構相連，采用手動按鍵形式控制各部分工作的開啟與關閉。

進一步的，激光位移傳感器23個數至少為1個。

進一步的，相機22軸線嚴格垂直于檢測工件14表面，激光位移傳感器23軸線與相機22軸線呈一定夾角，使得二者軸線的交匯處位于檢測工件14的表面，滿足距離控制需求。

進一步的，磁懸液噴淋與回收裝置7的噴淋設備數量為多個。

為了詳細說明本發明的技術內容，實現目的及效果，以下結合實施例并配合附圖進行詳細說明。

實施例

如圖1、圖2、圖3所示，一種多尺寸多結構工件的熒光磁粉表面缺陷成像檢測系統，包括工件對中夾持裝置13、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置7、磁化裝置、紫外光源19、自動檢測控制單元、圖像采集設備21及其多自由度運動機構和圖像處理單元；

其中工件運動機構包括第一工件旋轉運動機構11、第二工件旋轉運動機構16、工件平移運動機構17，第一工件旋轉運動機構11直接固定于檢測槽18內，第二工件旋轉運動機構16隨工件平移運動機構17進行平移運動，以適應不同尺寸的工件，磁化裝置包括磁化線圈12以及導電銅網15，圖像采集設備5包括相機22與激光位移傳感器23，其多自由度運動機構包括電動垂直位移臺4、電動水平位移臺6、電動旋轉臺20、龍門架腳輪8；

磁化裝置提供周向、縱向、復合磁化方式及退磁功能，工件對中夾持裝置13安裝于磁化裝置的導電銅網15上，由可調卡盤構成，與圖像采集設備5的激光位移傳感器23配合使得檢測工件14的軸線與相機22光心垂直一致；

磁化裝置與工件對中夾持裝置13安裝于第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16的內側，上述各部件軸線一致。第二工件旋轉運動機構16位于工件平移運動機構17的上方，工件平移運動機構17根據檢測工件14的尺寸調節第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16的間隔距離；

工件運動機構設置在檢測床身9的檢測槽18內，磁懸液噴淋與回收裝置7設置與檢測槽18的一側，噴淋范圍覆蓋工件平移運動機構17的整個行程，適應不同長度檢測工件14的噴淋；

圖像采集設備5位于工件運動機構正上方，其周圍安裝有紫外光源19，圖像采集設備5的激光位移傳感器23位于相機22的一側，相機22通過連桿與多自由度運動機構的電動旋轉臺20連接，電動旋轉臺20由第三電機21驅動旋轉。電動旋轉臺20通過連桿固定于電動垂直位移臺4的底部，電動垂直位移臺4由第二電機3驅動進行上下垂直運動。電動垂直位移臺4安裝在電動水平位移臺6上，電動水平位移臺6由第一電機2驅動進行水平位移運動，電動水平位移臺6固定于龍門架1上，龍門架1通過龍門架腳輪8控制移動。

自動檢測控制單元與工件對中夾持裝置13、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置7、磁化裝置、紫外光源19、圖像采集設備21及其多自由度運動機構相連，用于實現各部分工作的開啟與關閉，以及控制檢測工件檢測流程。系統還提供了手動控制單元10，手動控制單元10與工件對中夾持裝置13、工件運動機構、磁懸液噴淋與回收裝置7、磁化裝置及多自由度運動機構相連，采用手動按鍵形式控制各部分工作的開啟與關閉。

圖像采集設備5與圖像處理單元相連，將所采集的含有工件表面缺陷信息的圖像輸入至圖像處理單元，由圖像處理單元進行圖像預處理、缺陷分割及分析等。

本實例中，第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16由兩臺110byg350b三相混合式步進電機帶動旋轉，采用tmx00三相混合式步進電機驅動器同步驅動；工件平移運動機構17是在tm1000系列交流伺服驅動0.75kw的lb系統電機進行平移運動，總行程為2000mm，使得系統可檢測長度在0-2000mm范圍內的工件；磁懸液噴淋與回收裝置7的噴淋設備設置為11個，噴淋設備間間隔200mm；磁化線圈直徑為450mm，導電銅網直徑為300mm；紫外光源采用兩臺方形光源，其型號產品為s3840-4k型led黑光燈，對稱安裝于相機22兩側；圖像采集設備設計檢測區域為200mm×200mm，檢出精度達φ0.5mm，要求相機22分辨率高于1200×1200，故本發明實例相機22采用mer-200-20gm型工業數字攝像機，激光位移傳感器23采用1個panasonichg-c1200微型激光位移傳感器，在檢測距離為235mm的情況下，此時相機焦距已調整好，激光位移傳感器23軸線與相機22軸線呈8.5°夾角，其角度示意圖如圖4所示。電動水平位移臺6由同步帶導軌及第一電機2組成，行程為2000mm，第一電機2采用700w的lb系統電機伺服電機，電動垂直位移臺4中的第二電機3采用的是400w的lb系統電機伺服電機，其行程為400mm，電動旋轉臺20的第三電機21為57byg250h型號電機，旋轉行程為正負50°。

下面結合含有多層臺階結構的塔形類工件的檢測流程對成像檢測系統的工作過程進行說明，工作環境必須為暗室，檢測流程如下：

第一步，首先將塔形件置于工件對中夾持裝置13內，調整好中心位置后，運行工件平移運動機構17使塔形件緊密的與兩側的導電銅網15接觸，并通過工件平移運動機構17位置確定塔形件總長度；

第二步，由自動檢測控制單元根據塔形件總長度選擇打開噴淋設備的數目，并控制第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16進行旋轉運動，保證磁懸液在工件表面分布的均勻性；

第三步，自動檢測控制單元在噴淋完成后迅速打開磁化裝置，對塔形件進行通電磁化，磁化過程分為3次，每次2s，使得磁懸液能在缺陷處馬上聚集；

第四步，塔形件經噴淋、磁化等處理后，即進入圖像采集檢測階段，首先由自動檢測控制單元控制多自由度運動機構進行平移或垂直運動，帶動相機到達位于第一工件旋轉運動機構11處的工件一端，通過激光位移傳感器23反饋值調整相機停留在工件235mm處的正上方，使相機對焦；

第五步，對塔形件分段檢測，自動檢測控制單元采用相機22拍攝——工件旋轉60°角——相機22拍攝依次循環的模式，其拍攝位置如圖5所示，該位置檢測完成后控制相機22向前運動，獲取下一區域或下一臺階圓周側面圖像，直至檢測完整個圓周側面，這里注意，若某個檢測區域由兩個臺階構成，則將該區域分為兩部分進行檢測，并根據移動時激光位移傳感器23的反饋值突變確定臺階面所處位置；

第六步，圓周側面檢測完成后，自動檢測控制單元控制電動旋轉臺20順時針旋轉45°，根據臺階面位置，控制電動垂直位移臺4、電動水平位移臺6到達距離被拍攝臺階平面約235mm的距離上，然后對臺階面進行拍攝。塔形件在第一工件旋轉運動機構11與第二工件旋轉運動機構16帶動下旋轉3次，每次120°，如圖6(a)所示，直至檢測完所有臺階面，圖6(b)中虛線為相機軸線至臺階面的距離，實線區域為相機視場；

第七步，檢測完成后，自動檢測控制單元將圖像輸送至圖像處理單元進行圖像展開、畸變校正、缺陷分割與分析處理，從而實現整個塔形工件表面缺陷的定性定量測量的目的，如圖7所示臺階面中的缺陷，該缺陷為一個長1.6mm，寬4mm的線性缺陷，方向角為28.6°。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的原則和精神之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均包含在本發明的保護范圍之內。