全自動(dòng)生產(chǎn)線上制動(dòng)盤無損檢測(cè)方法

宋道傳

[摘 ? ?要]在生產(chǎn)線上對(duì)制動(dòng)盤開展的自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)需要選擇無損檢測(cè)方法中的磁粉檢測(cè)法。從原理和差異性方面，對(duì)磁粉檢測(cè)工作和真?zhèn)稳毕葸M(jìn)行了簡(jiǎn)述，分析了傳統(tǒng)的梯度法等手段，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)各種算法和分析法進(jìn)行了結(jié)合，在分析和提取圖片灰度值的過程中，采用了MATLAB軟件，使得檢測(cè)環(huán)節(jié)免去了對(duì)人工的需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的目標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)該方法的驗(yàn)證，能夠使真?zhèn)稳毕莸淖R(shí)別更準(zhǔn)確，進(jìn)而促進(jìn)檢測(cè)精度的提升，并實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)時(shí)間的節(jié)省，在流水線檢測(cè)制動(dòng)盤方面較為適用。

[關(guān)鍵詞]制動(dòng)盤;磁粉檢測(cè);圖像處理;缺陷識(shí)別;自動(dòng)化

[中圖分類號(hào)]TG115.28;TP391.41 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]In the automatic testing of brake disc on the production line， the magnetic particle testing method should be selected. In this paper， from the principle and differences， the work of magnetic particle testing and the true and false defects are briefly described， and the traditional gradient method and other means are analyzed. Based on this， various algorithms and analysis methods are combined. In the process of analyzing and extracting the gray value of the picture， matlab software is used， so that the detection link is free of the need for manual work， and then the goal of full automation is realized Bid. Through the experimental verification of this method， it can make the identification of true and false defects have accuracy， and promote the improvement of detection accuracy， and realize the saving of detection time， which is more suitable for assembly line detection of brake disc.

[Keywords]brake disc; magnetic particle testing; image processing; defect recognition; automation

1 檢測(cè)方法和原理

無損檢測(cè)中主要涉及了力學(xué)檢測(cè)、光學(xué)檢測(cè)以及射線檢測(cè)等方法。無損檢測(cè)能夠從宏觀角度對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，以此來為人們提供滿足要求的生活和工業(yè)。無損檢測(cè)法中目前應(yīng)用最為廣泛的就是渦流檢測(cè)法以及磁粉檢測(cè)法等。與磁粉檢測(cè)法相比，其他檢測(cè)法有著如表1所示的劣勢(shì)。

制動(dòng)盤通常包含的磁性物質(zhì)有灰鑄鐵或合金鑄鐵，如Cr、Ni等，通過磁粉檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裂紋、夾雜等各種缺陷的發(fā)現(xiàn)，并且能夠從形狀和嚴(yán)重度方面，對(duì)其進(jìn)直觀地體現(xiàn)，靈敏度較高，最小可以對(duì)0.1 μm的寬度進(jìn)行檢測(cè)，突破了形狀的限制，通過對(duì)各種磁化法的利用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意位置的檢測(cè)，所以磁粉檢測(cè)最具優(yōu)勢(shì)。磁粉檢測(cè)利用磁場(chǎng)線在缺陷處的外泄，來吸附熒光磁粉，進(jìn)而使山峰能夠具有中間比兩端多的形狀。

2 機(jī)器視覺系統(tǒng)

2.1 組成

目前，機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用主要有2種;①探測(cè)應(yīng)用，主要進(jìn)行觀測(cè)、測(cè)量以及檢測(cè)等操作;②制造應(yīng)用，主要應(yīng)用于生產(chǎn)制造階段，也就是將相關(guān)軟件連接到相應(yīng)的設(shè)備中，以此來開展工業(yè)制造。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要的應(yīng)用功能有2個(gè)，如圖1所示。

（1）上述設(shè)備主要涉及了兩類相機(jī)與鏡頭，分別為數(shù)碼相機(jī)和模擬相機(jī)。由于其有著大量的功能，因此需要結(jié)合環(huán)境和任務(wù)，對(duì)適合工作使用的相機(jī)進(jìn)行選取，例如單色以及彩色相機(jī)。

（2）對(duì)光源有著十分嚴(yán)格地要求，這主要是由于輔助成像最為重要的器件就是光源，并且決定著能否獲取到高質(zhì)量的圖像。例如成像質(zhì)量會(huì)受到LED燈、紫外燈等的影響。由于設(shè)備并不具有通用性，因此，在對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行選取的過程中，需要結(jié)合具體的實(shí)例。

（3）機(jī)器視覺系統(tǒng)中的傳感器主要能夠?qū)ξ恢没蛐螤钸M(jìn)行判斷，然后正常地采集相應(yīng)的工件。在大量傳感器中最為常見的就是光敏傳感器。

（4）圖像采集卡能夠在PC設(shè)備上提取相機(jī)所采集的圖像。

（5）PC平臺(tái)是最為核心的機(jī)器視覺部分，在這里能夠處理傳送過來的圖像采集卡的數(shù)據(jù)，然后通過視覺處理軟件處理、檢測(cè)、測(cè)量相應(yīng)的圖像。

（6）視覺處理是最為核心的圖像處理軟件，其通過對(duì)專用處理軟件相關(guān)功能的應(yīng)用，能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的檢測(cè)，定位以及測(cè)量等。

控制單元能夠在完成圖像處理后，與外部設(shè)備交流相關(guān)信息，進(jìn)而完成生產(chǎn)過程。然而PC設(shè)備通過控制單元能夠與其他設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)。視覺系統(tǒng)有著如圖2所示的組成構(gòu)件。

機(jī)器視覺系統(tǒng)主要包含了上述六個(gè)基本的組成部分，在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)的過程中，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求來增加或減少相關(guān)設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2.2 工作原理及其應(yīng)用

機(jī)器視覺系統(tǒng)在經(jīng)過后臺(tái)算法的運(yùn)算處理后，能夠檢測(cè)測(cè)試所得的采集凸顯，并不只是簡(jiǎn)單地向電腦傳輸提取出來的凸顯。機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠起到人眼的作用，計(jì)算機(jī)具有大腦的判斷作用。

在采集目標(biāo)處理物圖像的過程中，需要用到相機(jī)，然后圖片在向圖像信息轉(zhuǎn)變后，需要向計(jì)算機(jī)進(jìn)行發(fā)送，計(jì)算機(jī)通過對(duì)軟件識(shí)別功能的應(yīng)用，能夠采用各類算法識(shí)別所提取出來的像素、顏色等信號(hào)特征的檢測(cè)。結(jié)合所給定的算法要求與預(yù)先得知的輸出數(shù)據(jù)結(jié)果，能夠?qū)z測(cè)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)結(jié)果出來之后，通過對(duì)控制單元的利用，能夠以下一項(xiàng)任務(wù)的運(yùn)行為目標(biāo)，對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行控制，進(jìn)而篩選出不滿足標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，或是檢測(cè)下一個(gè)產(chǎn)品。

目前，機(jī)器視覺系統(tǒng)主要應(yīng)用于兩大板塊，分別為科研板塊和工業(yè)板塊。其中科研板塊主要應(yīng)用于分析運(yùn)動(dòng)或變化規(guī)律等物理現(xiàn)象;而工業(yè)板塊主要用來檢測(cè)生產(chǎn)線產(chǎn)品?？蒲泄ぷ鞔龠M(jìn)了機(jī)器視覺系統(tǒng)的不斷前進(jìn)，而工業(yè)應(yīng)用對(duì)其市場(chǎng)價(jià)值進(jìn)行了體現(xiàn)。

3 復(fù)合閾值分析算法

經(jīng)過清洗、磁化以及淋粉處理后的制動(dòng)盤，暗室中的磁粉在經(jīng)過磁化后會(huì)受到紫外光的作用，通過對(duì)CCD攝像機(jī)的采用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)前期圖像的獲取。熒光磁粉會(huì)對(duì)裂紋和相關(guān)缺陷產(chǎn)生作用，使其所呈現(xiàn)的綠色更加鮮明，為下一階段對(duì)圖像的處理提供了便捷。由于圖片中難免會(huì)存在部分背景信號(hào)，因此需要灰度化處理圖片，在經(jīng)過取整后所獲得的灰度圖像為0～255級(jí)，通過式（1）能夠使三個(gè)分量得到一定的改變，進(jìn)而使圖像免于受到雜光等的影響。

X=0.3r+0.59g+0.11b ? ? （1）

式（1）中：r、b、g分別代表圖像的紅色、藍(lán)色以及綠色分量。

此類檢測(cè)法只能簡(jiǎn)單地處理所采集的圖像，除了背景和目標(biāo)之外，不涉及任何其他類型。在結(jié)合灰度和邊緣這兩種圖像信息后，在最初進(jìn)行簡(jiǎn)單降噪的過程中，建議采用直方圖類的簡(jiǎn)單方式進(jìn)行均衡降噪，這主要是由于簡(jiǎn)單去噪能夠使邊緣細(xì)節(jié)得到清晰地保留。之后，采用梯度法對(duì)邊緣進(jìn)行檢測(cè)，能夠使沿上升和下降得到形象地呈現(xiàn)，采用沿的上升區(qū)和下降區(qū)的中間灰度值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)缺陷真?zhèn)蔚拇_定。通過對(duì)MATLAB的利用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)圖像的提取。

首先所選取的閾值A(chǔ)1需要盡可能地小，目的是便于區(qū)分背景和目標(biāo)，以此來去除噪聲，并對(duì)目標(biāo)數(shù)量進(jìn)行減少。

算法有著如下步驟：

在各點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的梯度值，。所給定的A2是預(yù)先設(shè)定的梯度較小的閾值，假設(shè)比A2更大，那么通過對(duì)原值的保留，如果小于等于A2，那么等于0。

A：如果比0大，那么標(biāo)記i點(diǎn)為1;

B：如果比0小，那么標(biāo)記i點(diǎn)為-1;

如此一來就能夠判斷圖像有著怎樣的邊緣點(diǎn)，圖像中的1標(biāo)記點(diǎn)表示邊緣點(diǎn)為上升型，圖像中的-1標(biāo)記點(diǎn)表示邊緣點(diǎn)位下降型，而0標(biāo)記點(diǎn)并非邊緣點(diǎn)。因此，秩序按照相應(yīng)的目標(biāo)對(duì)1與-1之間的點(diǎn)進(jìn)行分割即可。對(duì)缺陷種類的區(qū)分需要以零點(diǎn)值為依據(jù)，此時(shí)，判別區(qū)就是零點(diǎn)區(qū)，由此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)判別數(shù)據(jù)的獲取。

如果判別區(qū)并不大，將造成難以區(qū)分的偽缺陷的裂紋和水流痕跡為條紋式和熒光液，由于1與-1之間并不存在較寬的間距，所以需要將判別閾加入到以上所提到的方法中，通常來說物件表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)條紋裂痕，進(jìn)而導(dǎo)致大量磁堆積，因此能夠獲取到較大的灰度值，所以，通過統(tǒng)計(jì)法的利用能夠?qū)ζ溥M(jìn)行區(qū)分。通過對(duì)另一個(gè)閾值較大的A1的給定，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)Ax的判別，在提取1的灰度值和-1的灰度值之后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)Ax與其均值的判別。

其中，i點(diǎn)所選取的灰度值為xt。

如果比Ax更小，那么缺陷并不是真的，在相反的情況下缺陷就是真的。此方法在判別點(diǎn)狀式缺陷和小規(guī)模缺陷的時(shí)候也同樣使用。

如果存在較大的判別區(qū)，那么就存在著大量的缺陷目標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)，在1與-1之間進(jìn)行逐行搜索后，能夠在判定區(qū)提取出相應(yīng)的灰度值，此時(shí)造成偽缺陷的原因?yàn)楣ぜ砻嬗蜐n或其他問題所吸附的熒光液。由于偽缺陷真正的干擾因素是反光，而制動(dòng)盤內(nèi)部真正的缺陷是存在的氣泡。因此，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)這一缺陷的區(qū)分，就需要以灰度值為目標(biāo)，對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行提取，進(jìn)而采用標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)比預(yù)先給定的W標(biāo)準(zhǔn)差。

如果W并不大，說明此處均勻分布著磁粉，不屬于真缺陷;相反地，如果此處有起伏明顯的缺陷，說明為真缺陷。此方法還能夠判不規(guī)則、范圍較大的缺陷。

通過對(duì)各種因素的考慮得知，磁粉探傷法在計(jì)算復(fù)合式閾值時(shí)最為適用。其采用了自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分割算法對(duì)原有的閾值進(jìn)行了分割，并通過對(duì)梯度和灰度這兩種信息的結(jié)合，對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)，使在線檢測(cè)制動(dòng)盤得到了實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法的利用增加了其可靠性，能夠在各種情況下識(shí)別裂紋的真?zhèn)危箼z測(cè)變得更加準(zhǔn)確，使自動(dòng)化需求得到了更好地滿足。該方法不僅能夠使計(jì)算量減少，并且能夠?qū)φ鎮(zhèn)稳毕葸M(jìn)行精確的判別。不僅能夠使檢驗(yàn)時(shí)間縮減，并且使檢測(cè)精度得到了提升，在流水線式檢測(cè)制動(dòng)盤中最為適用。此算法還能夠檢測(cè)其他零件。

4 結(jié)束語

制動(dòng)盤在車輛事故中最容易出現(xiàn)故障，定期對(duì)其進(jìn)行無損檢測(cè)能夠使人們獲得安全保障，所以，檢測(cè)制動(dòng)盤有著十分重要的作用。無損檢測(cè)法是最為合適的一種檢測(cè)法，能夠更加經(jīng)濟(jì)、高效的檢測(cè)制動(dòng)盤。從優(yōu)勢(shì)方面對(duì)磁粉檢測(cè)法進(jìn)行了介紹，并采用復(fù)合閾值法對(duì)其進(jìn)行了分析檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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