缺陷智能识别磁粉探伤机分析

缺陷智能识别磁粉探伤机分析

缺陷智能识别数字化磁粉探伤机不但能够自动完成磁粉探工序，而且综合了人机管理界面、磁粉探伤智能识别、数据管理等多种技术，并根据用户检测规程的要求提供务种数据报表。

工件缺陷(裂纹)的自动检测识别是近几年兴起的一项实用性很强的技术。我国在磁粉探伤设备制造技术方面发展迅速，2000年以后，针对交流磁粉探伤机断电时磁场强度稳定性差等问题研制出新型断电相位控制装置，并尝试开发平板磁化、空间异形磁化。球形磁化等技术设备，但对数字化磁粉探伤设备的研究较少。南京东电检测有限责任公司与南京理工大学合作开发生产的CJW-4000缺陷智能识别数字化磁粉探伤基于多级拟合机制的工件裂纹检测算法，通过大量的实测数据验证，突破了以往算法的局限性，适合于多种情况和多种工件裂纹的检测。

缺陷智能识别数字化磁粉探伤面(见图1)在完成探伤实时控制处理后不但能够实现上料→预喷淋 →夹紧→喷淋→磁化→松开→转动扫描观察→分析筛选→下料等自动工序，而且综合了人机管理界面、磁粉探伤智能识别、数据管理等多种技术，并根据用户检测管理系统的客户端，并能实现屿铁道网络HMIS系统的无缝连接，从而大大提高探伤效率。

缺陷智能识别数字化磁粉探伤机技术特征及参数比较

缺陷智能识别数字化磁粉探伤机具有以下技术特征：(1)实现磁粉探伤机的整机数字化控制技;实现磁粉探伤在线实时智能检测，动态报警提示功能。(2)实现基于数字化摄像机技术高达300万像以上的缺陷图像再现能力(3)实现缺陷伪裂纹数据的实时添加、优先等级处理。

1、智能识别的数字化系统

磁粉探伤是铁磁粉性零部件表面缺陷检测的一个重要手段，广泛应用于航空航天、铁道、船舶、石油等行业的无损检测。传统的基于人工视觉检测裂纹的方法耗人力、费时、不精确、花费高、可靠性无法保证，而且在荧光磁粉探伤中大剂量的紫外辐射会给人体尤其是人眼带来无法弥补的伤害。现代工业检测技术要求工件表面缺陷检测自动完成，而现有的检测识别方法伏适合某些情况并仅在小样本集上测试过。智能识别的数字化系统采用的主要新技术包括：缺陷智能识别技术，PLC可控硅数字触发控制技术，自动化智能控制技术，计算机数据库管理技术。

缺陷智能识别的关键技术是如何由清晰可见的磁粉探伤磁痕生成同等或更清晰的裂纹图像。针对成像灰度不均的问题，Kenneth RCastleman所著《数字图像处理》中提出一种校正的方法：对原图像进行增强，再使用阈值方法侵害出裂纹，最后作裂纹分类等其他分析，这种方法不可避免地会丢失掉一些有用信息。在研制本产品过程中，还尝试用神经网络方法和形态学方法，但都不能达到满意效果。南京理工大学提出一种基于多级拟合机制工工件裂纹检测算法，达到了令人满意的精确度和准确度，甚至宽度小至0.1mm的裂纹也检检测出，并且检测出的位置与宽度都与原始工件裂纹吻合得很好。

2、基于多级拟合的裂纹检测方法

一般裂纹性质为：①在紫外荧光图像中裂纹相对于工件背景来说呈现高灰度级特性。裂纹相对于工件背景要亮得多，因此裂缝上的像素值一般来说是局部最大值。②裂纹是一系列呈现鞍状的点集合。裂纹的凸状使得从其截面来看像倒马鞍状。③裂纹一般来说是具有一定的线性特征，并具有一定的方向。在工件实际紫外荧光图像中，往往既存在较粗、较明显的裂纹，也存在很多较细、非常弱的裂纹，还存在大量的因油污、水迹等产生的伪裂纹信号，而且这些伪裂纹信号的强度往往远高于真实裂纹信号的强度。显然仅通过取阈值做分割的一般处理方法进行检测已变得十分困难。

基于多级拟合的裂纹检测方法根据一列裂纹的性质假设存在一条裂纹，然后在灰度图像上提取出可能的裂纹像素点，再通过拟合的方法由这些点拟合出裂纹，最后再对拟合出的裂纹目标涂鉴别，丢弃虚假目标，留下真正的裂纹目标。

具体方法是首先根据裂纹性质，对图像作出以下假设：①整修图像灰度不均，但在局部小窗口里可看似均匀。②在一个局部的小窗口(m×n)里，存在一条裂缝。③裂纹有一定的方向，但遍历每列或每行总能找到一个点属于裂缝上的点。④裂缝上每行或每列上的点是此行或此列的灰度最大值的点，然后将图像分成m×n大小的窗口，在假设的裂纹中抽取出可能的裂纹点，采用拟合直线的方法将这些点拟合成一条直线，在窗口移动的过程中不断拟合出直线，这些直线不断组合，拟合成曲线(裂纹)，构成多级拟合皑皑。大量的实验数据表明，这种多级拟合的方法的可靠性、稳定性及通用性能够达到令人满意的程度。

3、PLC可控砖坯数字化移相触发技术

应用可编程逻辑控制器PLC及相关器件，能够实现可控硅触发技术的闭环控制，保证电流在磁粉探伤工艺敲定且允许的范围内可靠工作。探伤工件所需的电流取向采用霍尔电流传感器保证磁化电流输出稳定，有效解决了国内探伤机输出磁化电流误差超过±10%的问题。触发电路中的可控硅导通采用由PLC程度控制的移相触发模块，随机跟踪修正，对可控硅不需要筛选配对，并且能够在极短时间内达到电流较大值而不超调、不波动。

PLC可控硅数字化触发技术由一个闭环调节回路构成。整个回路包括：PLC主机、PLC模拟量输入/输出模块、霍尔电流传感器、可控硅触发模块(具有同步功能)。

应有PLC控制可控硅的触发，必须将相应的实际返回电流通过A/D转换成可以由PLC识别与控制的数字信号，再把PLC所需完成的控制通过D/A转换成电压信号控制移相触发器模块，从而控制可控硅的导通角发生相应的变化，满足磁化原理要求。

可控硅电流触发的软件编程思路是：根据敲定的磁化电流值及磁化时间、退磁时间实现磁粉探伤中的磁化及退磁电流曲线。磁化时要在一个很短时间内将磁化电流调节到设定值，并保持一定时间，在达到设定的时间后关断输出，达到磁化的效果。磁化设定值一般在几百到几千安培甚至更大，而磁化的时间一般就只有1-3S。在试验过程中发现，要在短时间内将电流调到一个较大值而不能出现超调现象，将电流在设定点稳定并在设定时间到达后关断而不能出现电流波动和超调现象是一个难点。

根据在实际机器的反复试验调节，没有采用PLC自带的PID功能块，而采用了自制的一个扫描周期为25ms的PI调节器，通过试验优化了实际应用调节功能并满足了磁粉探伤的工艺要求。

4、探伤工作现场环境采集监测系统

通过各类模拟的环境变量与相应的检测传感器配合，实现了采用A/D转换将环境变量转换成计算机能识别显示的数字信号。通过对各个信号的分析处理实现智能化控制，如调节探伤时光照度，自动实现探伤磁悬液液位控制等。通过这一系列的智能控制在很大程度上减速轻了探伤人员的劳动强度，軿减少了由于人工因素给探伤质量带来的影响，提高了探伤的可靠性。

应用通信技术将工业计算机作为PLC的控制终端，制作出动态且直观的控制管理人机界面，完成对整个控制过程参数的显示及报警，最大程度地为操作人员提供方便，并降低主观因素影响。

5、磁粉探伤的图像监控管理

缺陷智能识别数字化磁粉探伤机采用成熟的数码摄像技术对荧光磁痕图像进行采集，并实时传输，由计算机软件进行处理，实现图像实时显示、图像预处理、图像加强分析功能、缺陷提示和图像局部放大等功能。同时实现数据在线记录存档，在线文档记录包括检测的日期、时间、操作者、工件数、废品率、合格率和图像数据的查询结果，此部分采用VC++环境下动态建立的Access数据库DIBlib.Mdb来实现。该机还实现了磁粉探伤图像的分析筛选，系统根据裂纹自动升级裂纹图像库，实现了系统的自学习功能。