Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Processamento e Análise de Imagem

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1 Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Processamento e Análise de Imagem João Manuel R. S. Tavares, Victor H. C. Albuquerque, Pedro P. R. Filho tavares@fe.up.pt

2 Conteúdo Enquadramento Dureza Brinell (HB) Sistema Desenvolvido Resultados Experimentais i Conclusões e Trabalho Futuro João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 2

3 Enquadramento Os ensaios de dureza são utilizados para inferir algumas características mecânicas de materiais, como resistência ao desgaste, ductilidade e tensão de escoamento e de corte Para a realização dos ensaios Brinell utilizou-se a máquina VEBWERKSTOFFPRÜFMASCHINEN LEIPZIG ZD-20 João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 3

4 Enquadramento Nos ensaios de dureza a medição manual é bastante subjectiva, pois depende da experiência e do ângulo de visão do operador (efeito de paralaxe) e da calibração do equipamento Além disso, a fadiga, o cansaço, o número elevado de ensaios podem causar erros por parte do operador Este trabalho teve como objectivo principal desenvolver um sistema computacional capaz de obter o valor da dureza Brinell a partir de imagens de identação Para tal, utilizaram-se técnicas de Processamento e Análise de Imagem João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 4

5 Dureza Brinell O ensaio de dureza Brinell utiliza penetradores esféricos, que podem ser em aço para materiais com dureza até 350 HB ou metal duro (tungstênio) para materiais com dureza entre 350 a 650 HB O diâmetro da esfera pode ser igual a 2.5 (mais usual), 5e10mm O valor da carga aplicada varia de 500 a 3000 kgf A amostra deve ter superfície de ensaio plana, bem acabada e livre de substâncias estranhas (para o polimento usam-se frequentemente lixas com granulometrias até 600 µm e pasta de diamante até 1/4 µm) João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 5

6 Dureza Brinell A amostra deve ter no mínimo uma espessura de oito vezes o diâmetro da penetração (para evitar deformações) Deve-se evitar vibrações e choques no equipamento Na medição manual, o diâmetro da impressão do penetrador é medido no dispositivo mostrador da máquina de ensaio sendo convertido em dureza Brinell de acordo com tabelas normalizadas ou usando a equação 2P HB = 2 2 π DD [ D d ] P representa a carga aplicada em Kgf, D o diâmetro da esfera penetradora e d a diagonal média da identação em mm João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 6

7 Sistema Desenvolvido Binarização A primeira etapa que constitui o sistema desenvolvido éa binarização da imagem original de identação A binarização é realizada automaticamente a partir da identificação do limiar a usar no histograma da imagem de identação (menor valor entre os dois maiores picos existentes) Imagem original e respectivo histograma João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 7

8 Sistema desenvolvido Crescimento de regiões Crescimento de regiões é uma técnica aplicada em processamento de imagem para agregar pixels de regiões de interesse O crescimento é iniciado pela selecção de uma semente na região de interesse e continua por agregação dos pixels que apresentem características idênticas (intensidade, média, variância, etc.) João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 8

9 Sistema desenvolvido Após o crescimento de regiões, o sistema calcula as diagonais da identação na vertical e na horizontal Diagonais d 1 e d 2 consideradas no ensaio Brinell João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 9

10 Sistema desenvolvido O sistema computacional foi desenvolvido em C ++ Para aplicar o sistema, o operador deve seleccionar a imagem a analisar e clicar sobre a região de identação presente Interface do sistema desenvolvido: imagem original e resultado obtido João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 10

11 Resultados O sistema computacional foi aplicado 10 vezes num bloco padrão com dureza de 173 HB Posteriormente, compararam-se os resultados obtidos pelo sistema com os obtidos recorrendo ao procedimento manual, quer consultando uma tabela normalizada quer a respectiva equação, por um especialista qualificado João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 11

12 Resultados Procedimento manual Amostras Tabela Sistema Equação (NBR NM 187-1) computacional HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB HB Média HB HB HB Diferença para o bloco padrão (173 HB) 1.20 HB 1.23 HB 0.97 HB Em termos médios, os resultados obtidos pelo sistema desenvolvido foram os que mais se aproximaram da dureza do bloco padrão usado, sendo a diferença de 0.97 HB (para o procedimento manual a mesma diferença foi de 1.20 HB (recorrendo a tabela) e de 1.23 HB (recorrendo à equação)) João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 12

13 Conclusões e Trabalho Futuro O ensaio manual de dureza Brinell é cansativo, repetitivo e subjectivo, sendo assim propício a erros Para tornar o ensaio mais preciso, rápido e menos subjectivo, desenvolveu-se um sistema baseado em técnicas de Processamento e Análise de Imagem Os resultados do sistema desenvolvido são obtidos de forma mais rápida, mais precisa e menos subjectiva Após validação do sistema, o mesmo está a ser implementado numa máquina de dureza Brinell equipada com uma câmara digital, o que permitirá a captura on-line da imagem de identação e auxiliará o operador na obtenção de medições de forma automática João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 13

14 Agradecimentos Este trabalho foi parcialmente desenvolvido no âmbito do Projecto de Investigação Segmentação, Seguimento e Análise de Movimento de Objectos Deformáveis (2D/3D) usando Princípios Físicos, financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT ) de Portugal, com a referência POSC/EEA-SRI/55386/2004 Ao Centro Federal de Educação Tecnológica do Ceará (CEFET CE), pelo apoio dado para a realização deste trabalho, em particular o Laboratório de Ensaios Mecânicos (LEM) para realização dos ensaios metalográficos e a aquisição das imagens usadas, e ao Laboratório de Engenharia de Sistemas de Computação (LESC) do Departamento de Engenharia de Teleinformática (DETI) da Universidade Federal do Ceará (UFC) João Manuel R. S. Tavares et al. Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem 14

15 Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas cas de Processamento e e Análise de Imagem João Manuel R. S. Tavares,, Victor H. C. Albuquerque, q Pedro P. R. Filho tavares@fe.up.pt