锻铸造件智能检测系统
一、背景
在工业制造领域，锻铸造件作为关键结构件，广泛应用于矿山机械、汽车制造、冶金设备等核心领域，其表面质量与尺寸精度直接决定下游设备的运行安全性与使用寿命。然而，传统锻铸造件检测模式存在诸多痛点，已难以满足现代工业高质量、高效率生产需求：
1.检测效率低下：传统检测依赖人工手持量具测量尺寸、肉眼观察表面缺陷，单班次检测量通常不足500个，且易受人员疲劳状态影响，难以匹配生产线高效运转节奏，导致生产流程出现“检测瓶颈”。
2.检测精度不稳定：人工检测受主观判断差异、视觉疲劳等因素影响，对微小缺陷（如细微裂纹、小尺寸凹坑）识别率不足60%，尺寸测量误差常超过0.1mm，易导致不合格产品流入下游环节，引发设备故障风险。
3.检测安全性不足：部分锻铸造件检测需采用磁粉探伤工艺，传统人工操作过程中，工作人员需直接接触探伤液，且长期暴露于紫外检测光源环境下，存在职业健康安全隐患；同时，人工分拣不合格品时，需搬运3.75kg-17.2kg的锻铸造件，易引发体力劳损。
4.数据追溯能力缺失：传统检测记录以纸质台账为主，难以实现检测数据实时存储、统计与分析，无法为生产工艺优化提供数据支撑，当出现质量问题时，难以快速追溯问题根源。
在此背景下，中煤张家口煤矿机械有限责任公司（以下简称“中煤张煤机”）作为矿山机械领域龙头企业，其紧凑链产品所需的38-65mm锻铸造件检测需求迫切，亟需一套智能化检测系统解决上述痛点。玖瑞科技凭借在机器视觉、测控技术领域的多年技术积累，与中煤张煤机达成合作，共同研发锻铸造件智能检测系统，以技术创新突破传统检测瓶颈。
二、目标
针对传统锻铸造件检测的痛点，结合中煤张煤机实际生产需求，玖瑞科技制定了明确的系统建设目标，具体如下：
1.效率目标：实现锻铸造件检测全流程自动化，消除人工干预环节，将单班次检测效率提升至1200个以上，满足生产线“即产即检”需求，确保检测环节不拖慢生产节奏。
2.精度目标：通过3D视觉测量技术，将尺寸检测误差控制在±0.05mm以内，确保外长、节距、内宽、外宽等关键尺寸精准识别；借助磁粉探伤与AI视觉算法结合，实现面积＞3mm×3mm、深度＞0.5mm的凹坑/划伤，以及长度＞3mm、深度＞0.5mm的裂纹100%识别，同时精准区分防腐料与021料两种材质锻铸造件，避免混放问题。
3.安全目标：采用封闭检测舱体设计，配备正压通风系统与探伤液回流收集装置，杜绝工作人员接触探伤液与紫外光源；通过机械手替代人工搬运，降低体力劳动强度，实现“无人化”检测作业，保障人员安全。
4.数据目标：搭建计算机数据管理系统，实现检测数据（尺寸数据、缺陷类型、材质信息、检测时间）实时采集、存储、统计与打印，支持历史数据查询与质量趋势分析，为生产工艺优化提供数据支撑。
5.空间目标：严格控制设备占地面积，确保系统整体尺寸不超过15000mm×3500mm×2000mm（长×宽×高），适配中煤张煤机现有车间布局，无需大规模改造厂房。
三、建设内容
锻铸造件智能检测系统围绕“自动化、3D测量、磁粉探伤、缺陷检测”四大核心维度，构建全流程智能化检测体系，具体建设内容如下：
（一）自动化上下料与分拣系统
1.自动上料模块：配置料斗式上料机构，工作人员仅需将待检测锻铸造件批量放入料斗，系统通过提升装置与输送轨道，自动将锻铸造件输送至检测工位，无需人工逐个上料；同时，轨道内置定位装置，确保锻铸造件进入检测工位时姿态统一，为后续检测精度提供保障。
2.自动分拣与下料模块：检测完成后，系统根据检测结果（合格/不合格/材质混放），通过多自由度机械手实现分类分拣：合格锻铸造件先经消磁装置处理（消除磁粉探伤残留磁场），再由机械手抓取并整齐码放至周转料斗；不合格锻铸造件（尺寸超差、存在缺陷）与材质混放件则分别输送至对应废料箱，整个过程无需人工干预，实现“上料-检测-分拣-下料”全流程自动化。
（二）3D尺寸测量系统
1.硬件配置：采用4台高分辨率3D工业相机（分辨率2048×1536），围绕检测工位呈90°分布，搭配高亮度环形光源，确保锻铸造件表面无阴影、无反光，实现全方位尺寸数据采集；同时配备高精度标定板，定期对相机进行标定，确保测量精度稳定。
2.测量功能实现：系统通过3D视觉算法，对锻铸造件进行三维建模，自动提取外长、节距、内宽、外宽等关键尺寸参数，并与预设标准尺寸进行对比，当尺寸偏差超过允许范围（±0.05mm）时，立即判定为不合格品并触发分拣机制；测量数据实时传输至计算机系统，支持单件数据显示与批量数据统计，方便工作人员实时监控尺寸波动情况。
（三）磁粉探伤检测系统
1.探伤流程设计：磁粉探伤工位采用“充磁-淋液-成像-识别”四步流程：首先通过电磁线圈对锻铸造件进行充磁（磁场强度5000-8000A/m），确保缺陷处产生磁场泄漏；随后自动喷淋磁粉探伤液（浓度0.2-0.5g/L），探伤液均匀覆盖锻铸造件内外表面，缺陷处磁粉会聚集形成磁痕；最后通过2台紫外工业相机（波长365nm）捕捉磁痕图像，实现裂纹等内部缺陷可视化。
2.环保与回收设计：工位配备探伤液回流系统，未附着的探伤液经滤网过滤后回流至储液箱，重复利用率达90%以上，减少耗材浪费；同时，检测舱体采用封闭设计，内置正压通风系统（风速0.3m/s），防止外部烟尘进入影响检测精度，也避免探伤液挥发对环境造成污染。
（四）AI缺陷检测与材质识别系统
1.缺陷检测算法：基于深度学习技术，构建缺陷检测模型，通过10万+锻铸造件缺陷样本（凹坑、划伤、裂纹等）训练，模型识别准确率达99.5%以上；系统对磁粉探伤图像与3D表面图像进行融合分析，不仅能识别表面缺陷，还能通过磁痕特征判断内部裂纹位置与大小，当裂纹长度＞3mm、深度＞0.5mm时，自动判定为不合格。
2.材质识别功能：利用近红外光谱相机采集锻铸造件表面光谱信息，通过材质光谱数据库（预先录入防腐料、021料等材质光谱特征）进行比对，实现不同材质精准区分，当检测到锻铸造件材质与预设材质不符时，立即判定为材质混放件并分拣，避免不同材质锻铸造件混用导致的产品质量问题。
（五）计算机数据管理系统
1.数据功能：系统支持检测信息录入（如批次号、生产时间、操作人员）、实时数据显示（单件检测结果、检测效率）、历史数据存储（存储周期≥3年）、数据统计分析（不合格率趋势图、尺寸波动曲线）与报表打印（日报/周报/月报），工作人员可通过可视化界面快速获取生产质量数据，为工艺优化提供依据。
2.安全与权限管理：系统设置多级权限（管理员/操作员/查看员），不同权限人员可操作功能不同（如管理员可修改标准参数，操作员仅能查看与启动检测），防止误操作；同时，数据采用加密存储，支持数据备份与恢复，确保检测数据安全不丢失。
四、实施效果
锻铸造件智能检测系统自2023年11月在中煤张煤机落地应用以来，经过1年多的实际运行，在效率、精度、安全、经济效益等方面均取得显著成效，具体如下：
1.检测效率大幅提升：系统单班次检测量稳定达到1200个，较传统人工检测（单班次500个）提升140%，日均检测量提升至2400个（两班次），完全匹配生产线“日产2000-2200个锻铸造件”的生产节奏，消除了“检测瓶颈”，生产线整体产能提升15%。
2.检测精度显著提高：尺寸测量误差控制在±0.05mm以内，较人工测量（误差±0.1mm）精度提升50%；缺陷识别率从人工的不足60%提升至99.5%以上，累计避免120余件不合格锻铸造件流入下游环节，有效降低了设备故障风险，客户反馈产品合格率从92%提升至99.2%。
3.安全与劳动强度优化：实现“无人化”检测作业，工作人员无需接触探伤液与紫外光源，职业健康风险降低100%；机械手替代人工搬运，单班次减少人工搬运量约2.5吨，有效降低体力劳动强度，员工劳动满意度提升80%。
4.经济效益显著：一方面，减少人工成本，传统检测需3名工作人员，系统运行后仅需1名人员进行监控与维护，年均节省人工成本约24万元；另一方面，降低耗材浪费，探伤液重复利用率达90%，年均节省探伤液采购成本约5万元；同时，因产品合格率提升，减少返工与报废损失约30万元/年，综合年均为客户创造经济效益59万元。
5.数据支撑能力增强：系统累计存储检测数据超80万条，通过数据分析发现锻铸造件“外长尺寸波动”与“锻造温度”相关性较强，为客户优化锻造工艺（将温度控制在1150-1200℃）提供了数据支撑，使尺寸合格率进一步提升2%，体现了“数据驱动生产优化”的价值。
该案例充分展现了“人工智能+工业检测”的融合应用价值，不仅为中煤张煤机解决了实际生产痛点，也为其他行业锻铸造件检测提供了可复制、可推广的智能化方案，后续玖瑞科技将基于该案例经验，进一步拓展系统应用场景，为更多工业企业提供高质量的智能检测服务。
完成单位：北京玖瑞科技有限公司
完成人：刘永强、张存、郝刚、谢东贺