基于CCD成像的火车轴承滚子表面磁粉探伤检测系统研究

　　0　引言

　　铁路运输中火车的滚动轴承零件(包括套圈和滚子)是客货车的重要部件,其表面裂痕等缺陷是造成行车事故的潜在威胁,所以产品出厂前和定期检修维护时,必须进行表面检测。传统的磁粉探伤采用人工观察,极易造成漏检。全自动磁粉探伤系统是在成熟的磁粉无损检测技术的基础上利用CCD采集图像,对图像进行处理和缺陷识别,由计算机控制系统完成自动探伤。当前全自动磁粉探伤技术的焦点是缺陷的提取、识别,以及整个系统的可靠运行。

　　1　系统的检测原理及结构组成

　　1. 1　检测原理

　　当将滚子磁化后,磁力线在有表面缺陷的部位会发生变化,部分磁力线逸出,在缺陷处形成磁极,从而产生漏磁场,当在滚子表面喷洒荧光磁粉悬液时,磁粉将被吸附在漏磁场处形成磁痕,在紫外光照射的条件下,荧光磁粉将受激发射出荧光,由高像素CCD摄像机对其进行摄像,经计算机进行相关图像处理后,对可疑缺陷增强显示并声响预警、打印可疑缺陷图像,从而达到改善环境、避免漏检的目的。

　　1. 2　系统构成

　　该自动检测系统主要由计算机主机、磁粉探伤机及控制部分、光学部分、图像处理部分、步进电机及控制等部分组成。系统组成框图如图1。

　　系统工作过程如下:第一次开机运行时,在滚子表面贴附标准裂纹试片,通过摄像头采集试片图像,观察显示及处理效果,调整摄像头参数(如曝光时间、增益等)直到获得满意的效果;摄像头参数调整完成后,下次开机运行可以采用调整后的参数,无需每次开机都进行参数设置。正式进行表面缺陷检测,通过摄像头采集滚子表面图像,将图像数据传入计算机中,留待后继处理和显示使用;处理模块对计算机中的图像进行处理,将处理结果(如有无缺陷、缺陷位置、特征等)再存储在计算机中,并将滚子表面是否有缺陷的信息传递给参数控制模块;参数控制模块根据处理模块的结果控制显示和报警模块,完成最后的显示、报警。

　　2　实验与图像处理分析

　　实验中选用A型试片(由高纯低碳纯铁材料制造),试片中央有圆形和十字型人工刻槽,如图2。在3种A型试片中,选用测试灵敏度最高的A—15/100型标准试片作为测试样本,其试片厚度为100μm,人工槽深为15±4μm。

　　测试时,将A型试片没有人工槽的一面向外紧贴在被检测工件面上,用胶纸粘实。工件磁化时,表面磁场会将试片磁化,人工槽处形成漏磁场,形成磁痕,根据磁痕的有无和清晰程度来判断磁化电流是否合适,根据磁痕的方向判断磁场方向。

　　经CCD摄像机采集到的图像,受到光源和CCD摄像机自身灵敏度等因素的影响,图像中存在一些噪声。为此我们做了如下处理:先是对图像进行平滑处理,有效抑制噪声和散粒状干扰信息,用导数的方法将变模糊的图像进行边缘提取,把图像灰度值变化的地方凸现出来,再选取一个阈值,把图像二值化即可得到一个去除了噪声和干扰信息的可疑缺陷图像。图3为原始图像,图4为经过局部平均平滑处理后的图像。