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

J ã M l R S T Vi t H C Alb P d P R FilhJoão Manuel R. S. Tavares, Victor H. C. Albuquerque, Pedro P. R. Filho

tavares@fe.up.pt www.fe.up.pt/~tavares

Conteúdo

• Enquadramento

• Dureza Brinell (HB)

• Sistema Desenvolvido

R lt d E i t i• Resultados Experimentais

C l õ T b lh F t• Conclusões e Trabalho Futuro

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Enquadramento

• Os ensaios de dureza são utilizados para inferir algumas características mecânicas de materiais,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 LEIPZIGmáquina VEBWERKSTOFFPRÜFMASCHINEN LEIPZIG ZD-20

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Enquadramento

• Nos ensaios de dureza a medição manual é bastante subjectiva, pois depende da experiência e do ângulo desubjectiva, pois depende da experiência e do ângulo de visão do operador (efeito de paralaxe) e da calibração do equipamentoq p

• Além disso, a fadiga, o cansaço, o número elevado de ensaios podem causar erros por parte do operadorensaios podem causar erros por parte do operador

• Este trabalho teve como objectivo principal desenvolver um sistema computacional capaz dedesenvolver um sistema computacional capaz de obter o valor da dureza Brinell a partir de imagens de identaçãoidentação

• Para tal, utilizaram-se técnicas de Processamento e Análise de Imagem

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Análise de Imagem

Dureza Brinell

• O ensaio de dureza Brinell utiliza penetradores esféricos, que podem ser em aço para materiais comesféricos, 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), 5 e 10 mm5 e 10 mm

• O valor da carga aplicada varia de 500 a 3000 kgfA amostra deve ter superfície de ensaio plana bem• A amostra deve ter superfície de ensaio plana, bem acabada e livre de substâncias estranhas(para o polimento usam-se frequentemente lixas com(para o polimento usam-se frequentemente lixas com granulometrias até 600 µm e pasta de diamante até 1/4 µm)

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Dureza Brinell

• A amostra deve ter no mínimo uma espessura de oito vezes o diâmetro da penetração (para evitar deformações)vezes o diâmetro da penetração (para evitar deformações)

• Deve-se evitar vibrações e choques no equipamento• Na medição manual o diâmetro da impressão do• Na medição manual, o diâmetro da impressão do

penetrador é medido no dispositivo mostrador da máquina de ensaio sendo convertido em durezamáquina de ensaio sendo convertido em dureza Brinell de acordo com tabelas normalizadas ou usando a equaçãousando a equação

2 2

2[ ]

PHBD D D d

=2 2[ ]D D D dπ − − P representa a carga aplicada

em Kgf, D o diâmetro da esfera penetradora e d a diagonal

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p gmédia da identação em mm

Sistema Desenvolvido

• Binarização– A primeira etapa que constitui o sistema desenvolvido é aA primeira etapa que constitui o sistema desenvolvido é a

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)

João Manuel R. S. Tavares et al. 7Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem

Imagem original e respectivo histograma

Sistema desenvolvido

• Crescimento de regiões– Crescimento de regiões é uma técnica aplicada emCrescimento 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 pixelsque apresentem características idênticas (intensidadeque apresentem características idênticas (intensidade, média, variância, etc.)

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Sistema desenvolvido

• Após o crescimento de regiões, o sistema calcula as diagonais da identação na vertical e na horizontaldiagonais da identação na vertical e na horizontal

Diagonais d1 e d2 consideradasno ensaio Brinellno ensaio Brinell

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Sistema desenvolvido

• O sistema computacional foi desenvolvido em C++

• Para aplicar o sistema o operador deve seleccionar a• Para aplicar o sistema, o operador deve seleccionar a imagem a analisar e clicar sobre a região de identação presentepresente

Interface do sistema desenvolvido: imagem original e

João Manuel R. S. Tavares et al. 10Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Proc. e Análise de Imagem

Interface do sistema desenvolvido: imagem original e resultado obtido

Resultados

• O sistema computacional foi aplicado 10 vezes num bloco padrão com dureza de 173 HBbloco padrão com dureza de 173 HB

• Posteriormente, compararam-se os resultados obtidos pelo sistema com os obtidos recorrendo aopelo sistema com os obtidos recorrendo ao procedimento manual, quer consultando uma tabela normalizada quer a respectiva equação por umnormalizada quer a respectiva equação, por um especialista qualificado

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ResultadosProcedimento manual

Amostras Tabela(NBR NM 187-1) Equação Sistema

computacional1 170.00 HB 170.45 HB 172.68 HB2 176.00 HB 176.21 HB 172.29 HB3 172.00 HB 172.30 HB 171.90 HB4 168.00 HB 168.21 HB 170.72 HB5 168.00 HB 167.91 HB 171.50 HB6 174.00 HB 174.24 HB 174.67 HB7 174.00 HB 173.59 HB 173.08 HB8 168.00 HB 167.90 HB 172.29 HB9 174.00 HB 173.59 HB 167.65 HB10 174.00 HB 173.27 HB 173.49 HB

Média 171.80 HB 171.77 HB 172.03 HBDiferença 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 q pdureza do bloco padrão usado, sendo a diferença de 0.97 HB (para o procedimento manual a mesma diferença foi de 1.20

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HB (recorrendo a tabela) e de 1.23 HB (recorrendo à equação))

Conclusões e Trabalho Futuro

• O ensaio manual de dureza Brinell é cansativo, repetitivo e subjectivo, sendo assim propício a errossubjectivo, sendo assim propício a erros

• Para tornar o ensaio mais preciso, rápido e menos subjectivo desenvolveu-se um sistema baseado emsubjectivo, desenvolveu-se um sistema baseado em técnicas de Processamento e Análise de Imagem

• Os resultados do sistema desenvolvido são obtidos de• Os resultados do sistema desenvolvido são obtidos de forma mais rápida, mais precisa e menos subjectivaApós validação do sistema o mesmo está a ser• 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 linecom uma câmara digital, o que permitirá a captura on-lineda imagem de identação e auxiliará o operador na obtenção de medições de forma automáticaobtenção de medições de forma automática

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AgradecimentosEste 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 pelaObjectos Deformáveis (2D/3D) usando Princípios Físicos , financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT ) de Portugal, com a referência POSC/EEA-SRI/55386/2004Ao 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 metalográficosde 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)

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Medição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Processamento e Análise de ImagemMedição Automática da Dureza Brinell utilizando Técnicas de Processamento e Análise de Imageméc cas de ocessa e to e á se de ageéc cas de ocessa e to e á se de age

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tavares@fe.up.pt www.fe.up.pt/~tavares