[发明专利]轴类零件截面突变部位表面疲劳裂纹检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面裂纹检测领域，具体而言，涉及一种轴类零件截面突变部位表面疲劳裂纹检测系统及方法。

背景技术

目前，疲劳是造成工程机械各部件失效的主要原因之一，循环疲劳载荷的长期作用会导致表面裂纹的萌生和扩展，甚至部件断裂，造成事故。因此，准确、可靠的检测疲劳表面裂纹萌生和扩展过程，对准确地评估疲劳寿命，防止疲劳失效至关重要。

现有技术中，表面裂纹检测一般都采用渗透检测技术，即利用液态的毛细管作用，通过喷洒、刷涂或浸渍等方法，把渗透力很强的渗透液施加到已清洗干净的试件表面，经过一定的渗透时间，去除表面多余渗透液，并通过一定的显像技术，从而显示表面裂纹。采用渗透技术，虽然能够清晰显示表面裂纹，但是只能离线操作，无法实时监测，另外，需要一定的渗透时间，耗时较长，测量也相对麻烦。

现有技术中，也有通过摄像方式拍摄图像来检测裂纹，从而判断材料的疲劳特性的技术方案，但是这类方案都是针对预制裂纹的标准件，相比轴类零件截面突变部位，在加载疲劳载荷过程中，标准件的裂纹扩展都是沿着预制裂纹延伸，因而，其裂纹识别和处理都比较简单。另外，标准件一般成像干扰较少，不需要照明或者仅仅需要简单照明就可以清晰成像。

现有技术中，还没有针对轴类零件截面突变部位采用机器视觉的检测裂纹的方案，相比标准件，实际零件(轴类零件截面突变部位)一般成像条件差，比如曲轴的危险部位(过渡圆角)其凹弧形结构对入射光具有散射作用，造成轴颈过渡圆角的照明效果不理想；并且也不能仅通过提高照明光路的光通量来达到照亮待检测目标的目的，因为抛光至镜面效果的轴颈过渡圆角对入射光的强烈反射容易造成工业相机感光元件的过曝光。另外，轴类零件截面突变部位其裂纹萌生具有一定的随机性，相比预制裂纹的标准件，其裂纹识别和测量难度大大增加。因而，现有技术中针对标准件的技术方案，无法直接应用到轴类零件截面突变部位表面疲劳裂纹检测。

发明内容

本发明旨在提供一种能够在线检测的轴类零件截面突变部位表面疲劳裂纹检测系统及方法。

本发明提供了一种轴类零件截面突变部位表面疲劳裂纹检测系统，包括：工作台架，用于固定的被测轴件；疲劳载荷加载系统，设置在工作台架上，用于根据设定试验参数对被测轴件加载疲劳载荷；照明系统，照明系统包括成预设角度设置的两组照明光源，且两组照明光源的照射中心分别位于被测轴件的危险部位的两侧；机器视觉检测系统，用于拍摄被测轴件的危险部位的表面图像，并发送表面图像；处理系统，接收并处理表面图像，得到被测轴件的危险部位的表面裂纹萌生和表面裂纹长度。

进一步地，处理系统还包括根据表面裂纹长度和疲劳载荷加载系统加载的疲劳周次，得到表面裂纹长度随疲劳周次的表面裂纹长度扩展规律。

进一步地，机器视觉检测系统包括由光学镜头和图像采集卡；光学镜头拍摄危险部位的表面图像，图像采集卡将表面图像传输给处理系统。

进一步地，两组照明光源分别位于光学镜头的两侧。

进一步地，照明光源为卤素灯。

本发明还提供了一种轴类零件截面突变部位表面疲劳裂纹检测方法，该方法包括：步骤S1：图像获取与预处理，采用光学镜头拍摄图像，并通过图像采集卡采集拍摄图像，存储到上位机，对拍摄图像滤波降噪处理；步骤S2：表面裂纹边缘检测及阈值分割，通过边缘检测算子提取边缘点的集合，并通过预设阈值分割，产生表面裂纹的二值图像；步骤S3：表面裂纹特征提取，采用预设异常区域面积阈值S_t、异常区域圆形度阈值R_t和异常区域灰度值最大值与最小值的差值阈值G_t提取表面裂纹特征；步骤S4：表面裂纹几何参数计算，对提取的表面裂纹特征进行计算，得到表面裂纹长度。

进一步地，步骤S4包括：提取表面裂纹骨架，然后提取表面裂纹骨架的表面裂纹主干，并计算表面裂纹主干的长度。

进一步地，计算表面裂纹主干的长度包括：将标尺置于光学镜头前，物距与被测轴件相同，拍摄标尺图像进行分析，确定标准长度在检测图像中所占用的像素长度L，求得比例系数F＝1/L，根据确定后的比例系数F计算出检测图像中表面裂纹主干的长度。