CN110441177A - 机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，属于试验用品技术领域。本发明包括箱体、夹具、冷却水喷嘴、集水槽、冷却水流量计、冷却水电磁阀、水箱、抽风机、光源、光学镜头和数字相机、红外线检测仪、激光头、空气喷嘴、空气流量计、空气电磁阀、压缩机、图像采集卡、PC电脑、图像处理软件，能提供时间和温度两种控制方式，自动检测试件表面裂纹。本发明能充分模拟活塞实机装配情况和工作环境，操作简单、工作效率高，大大的缩短研发周期。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，特别是一种应用于内燃机活塞热冲击和热疲劳强度考核的试验平台，属于试验用品技术领域。
背景技术
活塞是发动机的关键部件之一，承受着较高的机械应力和热应力，其可靠性直接影响发动机的使用寿命，且随着增压技术等强化技术的使用和发展，内燃机活塞的工作环境日益恶化，需要通过优化结构设计、提高加工工艺、采用新材料等不断进行改进。研究表明，热冲击和热疲劳损坏是导致活塞损坏的主要原因，许多科研工作者不断通过仿真研究、整机试验、模拟试验等对活塞热冲击和热疲劳损坏进行研究，以期提高活塞的可靠度，其中模拟试验采用试验台架进行研究，具有准确、高效、经济等优点，是活塞热冲击和热疲劳研究的主要方法。而目前，大多活塞热冲击和热疲劳模拟试验台架工作时间长，操作复杂，自动化程度低，不能很好的模拟活塞的实际工作状况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供了机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，主要用于对内燃机活塞的热冲击和热疲劳强度进行考核，结构简单、操作方便、工作效率高、试验精度高、自动化程度高。
本发明技术方案是：机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，包括包括机器视觉裂纹检测***，加热***，冷却***，温度检测***；其中：
所述机器视觉裂纹检测***包括光源、光学镜头和数字相机、图像采集卡、PC电脑、图像处理软件，光源采用LED灯，光学镜头和数字相机包括光学镜头和数字相机，安装在箱体上，光学镜头采用工业镜头，数字相机采用CCD相机，工业镜头和CCD相机配套使用，图像采集卡安装在PC电脑中，图像处理软件安装在PC电脑中，自动识别试件顶部裂纹。
所述加热***包括激光头，激光头安装在试件上正上方，通过PC电脑中的控制软件对激光强度、分布进行控制，模拟活塞顶部温度情况；
所述冷却***包括水冷***和空冷***，水冷***包括冷却水喷嘴、集水槽、冷却水流量计、冷却水电磁阀、水箱，冷却水喷嘴安装在试件正下方，喷水冷却活塞内腔，冷却水流量计实时记录喷水流量，并将信号提供给PC电脑；空冷***包括空气喷嘴、空气流量计、空气电磁阀、压缩机，空气喷嘴安装在箱体上，对准试件顶部，空气流量计实时记录空气流量，并将信号提供给PC电脑。
所述温度检测***包括红外线检测仪，红外线检测仪安装在箱体上，对准试件顶部，实时检测试件顶部温度，并将信号提供给PC电脑。
所述一种基于机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台还包括箱体、夹具、试件、抽风机，箱体用于提供其他各部件安装使用，夹具为非标夹具，能模拟试件实际工况下所承受的机械应力，抽风机安装在箱体上并靠近试件，将冷却试件时产生的水雾及时排除箱体外，以免影响光源、光学镜头和数字相机精度。
优选的，所述机器视觉裂纹检测***的光源一直提供照明，光学镜头和数字相机对试件顶部表面进行拍照，图像采集卡将采集的图像信息输入PC电脑，图像处理软件对图像信息数据进行自动识别处理，当监测到试件顶部表面出现裂纹时，PC电脑发出信号停止试验。
优选的，所述加热***中激光头与PC电脑连接，激光强度和分布情况根据软件仿真和其他实验获得。
优选的，所述冷却***中冷却水电磁阀对冷却水进行控制，冷却试件内腔，空气电磁阀对冷却空气进行控制，冷却试件顶部表面。
优选的，所述温度检测***中红外线检测仪一直监测试件顶部温度，并将试件顶部温度信号实时传输给PC电脑。
本发明的有益效果是：此实验平台简单、工作效率高、试验精度高，采用机器视觉裂纹检测***，可以实时监测活塞顶部表面裂纹，自动对采集的图像进行处理，自动化程度高，试验精度高；采用红外线检测仪测量活塞顶部表面温度，可以缩短试验准备时间，简化工序；采用激光头对活塞顶部表面进行加热，可以精确模拟活塞实际工况，缩短加热时间，从而大大节约试验时间，缩短研发周期。
附图说明
图1是本发明试验台架结构示意图；
图2是本发明空冷***结构示意图；
图3是本发明机器视觉裂纹检测***流程示意图。
图1-3中各标号：1-箱体，2-夹具，3-试件，4-冷却水喷嘴，5-集水槽，6-冷却水流量计，7-冷却水电磁阀，8-水箱，9-抽风机，10-光源，11-光学镜头和数字相机，12-红外线检测仪，13-激光头，14-空气喷嘴，15-空气流量计，16-空气电磁阀，17-压缩机，18-光学镜头，19-数字相机，20-图像采集卡，21-PC电脑，22-图像处理软件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-3所示，机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，包括箱体1、夹具2、试件3、冷却水喷嘴4、集水槽5、冷却水流量计6、冷却水电磁阀7、水箱8、抽风机9、光源10、光学镜头和数字相机11、红外线检测仪12、激光头13、空气喷嘴14、空气流量计15、空气电磁阀16、压缩机17、图像采集卡20、PC电脑21、图像处理软件22。
所述光源10采用LED灯，光学镜头和数字相机11包括光学镜头18和数字相机19，安装在箱体1上，光学镜头18采用工业镜头，数字相机19采用CCD相机，工业镜头和CCD相机配套使用，图像采集卡20安装在PC电脑21中，图像处理软件22安装在PC电脑21中，自动识别试件3顶部裂纹；
所述激光头13安装在试件3上正上方，通过PC电脑21中的控制软件对激光强度、分布进行控制，模拟活塞顶部温度情况；
所述冷却水喷嘴4安装在试件3正下方，喷水冷却活塞内腔，冷却水流量计6实时记录喷水流量，并将信号提供给PC电脑21；空气喷嘴14安装在箱体1上，对准试件3顶部，空气流量计15实时记录空气流量，并将信号提供给PC电脑21。
所述红外线检测仪12安装在箱体1上，对准试件3顶部，实时检测试件3顶部温度，并将信号提供给PC电脑21。
所述箱体1用于提供其他各部件安装使用，夹具2为非标夹具，能模拟试件3实际工况下所承受的机械应力，抽风机9安装在箱体1上并靠近试件3，将冷却试件3时产生的水雾及时排除箱体1外，以免影响光源10、光学镜头和数字相机11精度。
进一步地，光源10一直提供照明，光学镜头和数字相机11对试件3顶部表面进行拍照，图像采集卡20将采集的图像信息输入PC电脑21，图像处理软件22对图像信息数据进行自动识别处理，当监测到试件3顶部表面出现裂纹时，PC电脑21发出信号停止试验。
进一步地，激光头13与PC电脑21连接，激光强度和分布情况根据软件仿真和其他实验获得。
进一步地，冷却水电磁阀7对冷却水进行控制，冷却试件3内腔，空气电磁阀16对冷却空气进行控制，冷却试件3顶部表面。
进一步地，红外线检测仪12一直监测试件3顶部温度，并将试件3顶部温度信号实时传输给PC电脑21。
实施例2：本发明提供温度控制和时间控制两种模式，其中：温度控制模式即在PC电脑21中先设置活塞加热的最高温度和冷却的最低温度，当活塞顶部表面加热至设定的最高温度后，停止加热、开始冷却；当活塞顶部表面冷却至设定的最低温度后，停止冷却、开展加热，以此不断循环，直至活塞顶部表面处理裂纹为止；时间控制模式即在PC电脑21中先设置活塞加热的时间和冷却的时间，当对活塞顶部表面加热设定的时间后，停止加热、开始冷却；当对活塞内腔及顶部表面温度冷设定的时间后，停止冷却、开展加热。
本发明的工作过程是：夹具2固定住试件3，模拟活塞实际工况下的机械应力，红外线检测仪12实时检查活塞顶部表面温度，机械视觉裂纹检测***实时监测试件3顶部表面裂纹，在PC电脑21控制程序中选择控制模式：当选择温度控制模式时，首先设置活塞加热的最高温度和冷却的最低温度，PC电脑21发出信号，控制激光头13对活塞顶部表面进行加热，当活塞顶部表面温度加热至设定的最高温度时，激光头13停止工作、停止加热，冷却水电磁阀7和空气电磁阀16打开，对活塞内腔和顶部表面进行冷却，当活塞顶部表面温度冷却至设定的最低温度后，冷却水电磁阀7和空气电磁阀16停止工作、停止冷却，激光头13开始工作，再次对活塞顶部表面进行加热，从而完成一个循环，以此不断循环，直至裂纹检测***检测出活塞顶部表面出现裂纹时停止试验；当选择时间控制模式时，首先设置活塞加热的时间和冷却的时间，PC电脑21发出信号，控制激光头13对活塞顶部表面进行加热，当活塞顶部表面加热至设定时间后，激光头13停止工作、停止加热，冷却水电磁阀7和空气电磁阀16打开，对活塞内腔和顶部表面进行冷却，当活塞冷却至设定的时间后，冷却水电磁阀7和空气电磁阀16停止工作、停止冷却，激光头13开始工作，再次对活塞顶部表面进行加热，从而完成一个循环，以此不断循环，直至裂纹检测***检测出活塞顶部表面出现裂纹时停止试验；
上面所述的实施例1和例2仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，其特征在于：包括机器视觉裂纹检测***，加热***，冷却***，温度检测***；
所述机器视觉裂纹检测***包括光源（10）、光学镜头和数字相机（11）、图像采集卡（20）、PC电脑（21）、图像处理软件（22），光源（10）采用LED灯，光学镜头和数字相机（11）包括光学镜头（18）和数字相机（19），安装在箱体（1）上，光学镜头（18）采用工业镜头，数字相机（19）采用CCD相机，工业镜头和CCD相机配套使用，图像采集卡（20）安装在PC电脑（21）中，图像处理软件（22）安装在PC电脑（21）中，自动识别试件（3）顶部裂纹；
所述加热***包括激光头（13），激光头（13）安装在试件（3）上正上方，通过PC电脑（21）中的控制软件对激光强度、分布进行控制，模拟活塞顶部温度情况；
所述冷却***包括水冷***和空冷***，水冷***包括冷却水喷嘴（4）、集水槽（5）、冷却水流量计（6）、冷却水电磁阀（7）、水箱（8），冷却水喷嘴（4）安装在试件（3）正下方，喷水冷却活塞内腔，冷却水流量计（6）实时记录喷水流量，并将信号提供给PC电脑（21），空冷***包括空气喷嘴（14）、空气流量计（15）、空气电磁阀（16）、压缩机（17），空气喷嘴（14）安装在箱体（1）上，对准试件（3）顶部，空气流量计（15）实时记录空气流量，并将信号提供给PC电脑（21）；
所述温度检测***包括红外线检测仪（12），红外线检测仪（12）安装在箱体（1）上，对准试件（3）顶部，实时检测试件（3）顶部温度，并将信号提供给PC电脑（21）；
所述一种基于机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台还包括箱体（1）、夹具（2）、试件（3）、抽风机（9），箱体（1）用于提供其他各部件安装使用，夹具（2）为非标夹具，能模拟试件（3）实际工况下所承受的机械应力，抽风机（9）安装在箱体（1）上并靠近试件（3），将冷却试件（3）时产生的水雾及时排除箱体（1）外，以免影响光源（10）、光学镜头和数字相机（11）精度。
2.根据权利要求1所述的机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，其特征在于：所述机器视觉裂纹检测***的光源（10）一直提供照明，光学镜头和数字相机（11）对试件（3）顶部表面进行拍照，图像采集卡（20）将采集的图像信息输入PC电脑（21），图像处理软件（22）对图像信息数据进行自动识别处理，当监测到试件（3）顶部表面出现裂纹时，PC电脑（21）发出信号停止试验。
3.根据权利要求1所述的机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，其特征在于：所述加热***中激光头（13）与PC电脑（21）连接，激光强度和分布情况根据软件仿真和其他实验获得。
4.根据权利要求1所述机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，其特征在于：所述冷却***中冷却水电磁阀（7）对冷却水进行控制，冷却试件（3）内腔，空气电磁阀（16）对冷却空气进行控制，冷却试件（3）顶部表面。
5.根据权利要求1所述机器视觉裂纹检测***的活塞热冲击和热疲劳试验平台，其特征在于：所述温度检测***中红外线检测仪（12）一直监测试件（3）顶部温度，并将试件（3）顶部温度信号实时传输给PC电脑（21）。
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Cited By (2)
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| CN111413361A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-07-14 | 南昌大学 | 一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法 |
| CN114720258A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-08 | 昆明理工大学 | 一种基于缩尺试样的构件材料热疲劳性能测试方法 |
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- 2019-08-23 CN CN201910785961.0A patent/CN110441177A/zh not_active Withdrawn
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20191112 |