全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統的制作方法

本發明涉及一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統，針對常見的柱狀鐵磁性工件特征，自動完成工件上下料及缺陷識別，屬于機器視覺和無損檢測技術領域。

背景技術：

熒光磁粉無損探傷是指在不損壞被檢測對象的前提下，根據鐵磁性工件磁化后其缺陷處產生漏磁場而吸附磁粉，在紫光燈照射下產生熒光效應而進行工件的無損檢測技術。從上世紀50年代初開始，我國先后引進前蘇聯、歐美等國家的磁粉探傷技術，制定出了我國的標準規范，還研發了新工藝和新設備材料，使我國磁粉檢測從無到有，得到了很快的發展，并廣泛應用于航空、航天、機械工業、兵器、船舶、電力、火車、汽車、石油、化工等領域。

在日常生產運作過程中，由于工件裂紋等質量問題，常常對機器的運作效率產生不利影響，甚至引起嚴重的安全事故，造成不可估量的損失。雖然我國磁粉探傷已發展成為一種成熟的無損檢測方法，但由于復雜的磁粉探傷工藝的特性，廣為使用的方法依然是采用人工觀察及半自動型的熒光磁粉探傷設備，其上下料及核心的缺陷識別部分均為人工完成，使得生產線上磁粉探傷效率極低，同時造成大量的人力資源浪費。因此，如何自動完成工件上下料、缺陷智能識別、磁懸液的自動在線濃度測量以及磁懸液的污染檢測，成為了當今磁粉檢測技術迅速發展中必須著重考慮的問題。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統，該系統通過視覺方法對柱狀鐵磁性工件缺陷進行無損探傷，并輔以上下料自動控制、磁懸液濃度（磁懸液中磁粉含量）測量及污染檢測，自動智能完成鐵磁性工件缺陷檢測。為了方便描述，將鐵磁性工件磁化后缺陷處產生漏磁場而吸附磁粉，在紫光燈下照射下而產生熒光的圖像稱為磁痕圖像。將溶有磁粉的溶液稱為磁懸液。

本發明的技術方案如下：一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統，該系統主要包括：

（1）全自動上下料系統：柱狀鐵磁性工件缺陷主要來源于成型過程中冷熱加工造成的縱向性缺陷，故針對鐵磁性工件表面或近表面的缺陷檢測需要獲取工件側面完整的磁痕圖像，為了傳送方便、磁痕圖像質量良好及成本控制，同時不對工件造成二次損傷，設計如圖1所示工件自動上料系統。包含工作臺1、傳送帶9、底部開口漏槽2、寬度與工件高度約等的緩斜面3、頂桿位于正中的漏槽4、寬度與工件直徑約等的陡斜面5、上部開口略大，底部開口與工件直徑約等的橢圓錐型套筒6、直徑與工件直徑約等的圓柱形套筒7及“#”型夾持工具8等；

（2）磁痕圖像獲取系統：包括傳送帶、清洗池、磁化裝置、磁懸液池、旋轉臺、相機、紫光燈及圖像處理器等；

（3）工件缺陷智能識別系統：主要通過圖像處理器，運用相關圖像處理及機器學習的方法，智能識別出工件表面或近表面存在的缺陷；

（4）磁懸液濃度測量及污染檢測系統：包含磁懸液濃度測量、濃度自動配比、污染檢測及磁懸液更換部分，主要完成磁懸液濃度的測量與磁懸液濃度的自動配比，以及磁懸液污染檢測及自動更換。

本發明的技術方案如下：一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統，主要工作流程包含以下步驟：

（1）柱狀工件上下料：包括上料部分和下料部分，主要通過機械裝置將生產線上的柱狀工件的集總正位（從工件生產線上將工件集總并按檢測工藝需要正確擺好位姿）、排列、傳輸，并穩定傳送至磁痕圖像獲取工位，獲取到磁痕圖像后，將工件自動傳送至下一工序處理工位；

（2）磁痕圖像獲取：要完整獲取到磁痕圖像，需要對工件表面進行全覆蓋圖像拍攝，同時需要兼顧圖像處理器的效率及磁痕圖像的數據量，同時針對現場情況，還包括工件表面清洗、磁化、磁懸液浸染等部分，以獲取良好的工件缺陷磁痕圖像

（3）缺陷智能識別：對于已獲取到的磁痕圖像，通過機器學習的方法，智能識別出工件表面或近表面存在的缺陷，并給出示警信號，以便予以剔除；

（4）磁懸液濃度測量及污染檢測：工件加工過程中產生的鐵屑以及傳送過程中沾染的纖維物等，使得磁懸液不可避免地受到污染，而工件吸附磁粉后，磁懸液濃度會不斷降低，該步驟自動完成濃度測量，在濃度不符合工藝需求時自動配比，自動完成磁懸液污染檢測，并在污染過高時，自動更換磁懸液。

本發明的有益效果，本發明用于柱狀鐵磁性工件無損探傷，從工件上料、磁痕圖像獲取、缺陷識別、工件下料、磁懸液濃度與污染控制，整個流程全自動化完成，極大提高生產效率，減少人力成本。

附圖說明

圖1為本發明一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統的上料系統示意圖；

圖2為本發明一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統的磁痕圖像獲取系統示意圖圖；

圖3為本發明一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統的磁懸液濃度測量及污染檢測系統示意圖；

圖4為本發明一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統的實現流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。

參照圖1、圖2、圖3及圖4所示，一種全自動柱狀鐵磁性工件熒光磁粉無損探傷系統主要包括全自動上下料系統、磁痕圖像獲取系統、工件缺陷智能識別系統、磁懸液濃度測量及污染檢測系統，其主要流程如圖4所示，主要包括柱狀工件上下料、磁痕圖像獲取、缺陷智能識別、磁懸液濃度測量及污染檢測。

柱狀工件從生產線集總至工作臺時，呈散亂狀態，不便于檢測，故使其通過底部開口漏槽2，令其整齊排列至緩斜面3上，此時工件雖已整齊排列，但其頭尾方向各異，不便于傳送及檢測，故再通過電控裝置將其一個個推送到頂桿位于正中的漏槽4，由于頂部與底部重量的差異，導致其底部（較重的一段）向下掉落至斜面5的其中一面，直至掉落到套筒6中，為了使工件掉落至夾持工具中心位置，在工件通過套筒6后再通過與其直徑約等的套筒7，直至底部朝下地落在夾持工具的中心位置，而加持工具如圖1，其可在電控方式下合攏夾緊工件并隨傳送帶運動，將工件傳送至磁痕圖像獲取工位。

由于工件在加工過程使工件表面不可避免地附著有鐵屑，傳送過程中沾染塵土、頭發絲、纖維物等，此類干擾物會對磁痕圖像的獲取及處理，乃至造成誤判（將正常無缺陷工件判定為異常有缺陷工件）問題，故將傳送過來的工件首先進行清洗處理，如圖2，使傳送帶漫水通過清洗池，由于清洗池中的水在攪拌器攪拌狀態下處于流動狀態，在工件漫水通過清洗池的時候，自動完成清洗工作。

在工件洗凈表面附著物后，便需要對工件進行磁化處理，由于磁化方式不同，磁粉在磁化后工件表面附著狀態也不同，在紫光燈下凸顯出的缺陷方向（某個方向上的缺陷在此類磁化方式下，經過磁粉附著后，在紫光燈照射下，同一視野下，該方向缺陷相較于其他方向缺陷，圖像顯現更為明顯），而磁化方向通常凸顯出正交方向的缺陷，即徑向磁化凸顯出周向缺陷，周向磁化凸顯出徑向缺陷，故系統采用復合磁化方式，同時凸顯出各個方向的缺陷，以利于獲取高質量磁痕圖像以及缺陷判定。

磁化后的工件便具有了磁性，可在磁懸液沾染過程中吸附磁粉，傳統磁懸液沾染過程通常采用磁懸液噴淋方式，但該方式因為噴淋時的液滴飛濺，磁懸液霧化等弄臟或模糊相機鏡頭，造成獲取圖像不清晰或呈現團塊性斑點，本發明采用浸染式方法使工件沾染磁懸液，以吸附磁粉，在排除液滴飛濺、磁懸液霧化等干擾因素外，可以使磁懸液在工件表面沾染得更為均勻，便于工件缺陷處更好地吸附磁粉，利于獲得更高質量的磁痕圖像。

在工件表面沾染磁懸液后，通過傳送帶傳送至旋轉臺，此時工件表面由于存在吸附的磁粉，在紫光燈的照射下便會產生熒光圖像，即磁痕圖像，為了判定工件是否存在缺陷，便需要對工件側面進行全方面的圖像信息獲取。本發明采用四幀法進行缺陷判定，其具體流程如下：在傳送帶傳送方向的正交方向，以旋轉臺為中心，互成180度角放置兩個相機，在工件到達旋轉臺時，觸發相機對工件正面與背面進行圖像采集，圖像采集存儲完成后，使旋轉臺旋轉90度角，對工件傳輸方向的兩個面再進行一次圖像采集，由于相機對柱形工件進行圖像采集時，一個相機通常可以獲取圖像表面120度至180度（即整個側面的1/3至1/2），利用四幀圖像可以完全獲取到整個側面的磁痕圖像信息，同時，判定過程中，只要一幀圖像存在缺陷，則此工件存在缺陷，便不再處理對應此工件的剩余圖像，進一步提升處理速度。

在獲取到磁痕圖像后，便可以進行缺陷判定，對于鐵磁性工件的磁痕圖像，可利用的特征大致分為紋理特征、灰度特征、局部特征、幾何特征、亮色特征，通過此些特征構成多維的特征向量，通過機器學習的方式進行特征向量的訓練，并利用訓練后生成的判別模型便可完成缺陷判定。

如上所述，工件加工過程中產生的鐵屑以及傳送過程中沾染的纖維物等，使得磁懸液不可避免地受到污染，而工件吸附磁粉后，磁懸液濃度會不斷降低，故本發明設計如圖3所示磁懸液濃度測量及污染檢測系統，磁懸液濃度測量主要是檢測磁懸液中磁粉的含量，該含量測定主要是通過離心沉淀的方法，在工件檢測過程中，通過浸染池與沉淀管之間的電磁閥取少量磁懸液至沉淀管，通過離心沉淀，并利用相機觀測磁懸液離心后的示數，以計算出其濃度，在獲得濃度后，通過液位計獲取到當前浸染池中液位，而浸染池底面積已知，于是可以計算出需要補充的磁粉含量，然后通過高濃度磁懸液存儲池與浸染池之間的電磁閥控制添加適量已知濃度的高濃度磁懸液到浸染池，以保證浸染池中磁懸液濃度處于正常范圍，同時，若浸染池中磁懸液液位太低（磁懸液過少），則可以通過儲液池與浸染池之間的電磁閥添加磁懸液至浸染池，對于磁懸液污染檢測，則是在工件檢測中，在設定時間點添加標準試樣件到檢測工位，并獲取標準件在當前磁懸液中沾染磁懸液后紫光燈照射形成的磁痕圖像，并將其與標準磁痕圖像（在干凈、正常濃度磁懸液中沾染磁懸液后紫光燈照射形成的磁痕圖像）作對比，以判定當前磁懸液污染狀況，在磁懸液污染度太高時，予以示警，已提醒人員進行清潔操作。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，本發明的應用適用范圍不限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的應用適用范圍內。