Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

The hardness test, and more specifically the Vickers micro hardness test, is in the domain of mechanical tests one of the most used either in industry, education or research and product development within materials science. In most cases, the main application for this test is the characterization or quality control on metallic materials production. Being a test relatively simple of implementation, speed and comparable outcomes and relatable to other physical magnitudes of materials properties. However, and in a case of a test procedure which human intervention is important in measuring the indentation generated by mechanical penetration through an optical system, even so it shows some weaknesses resulting therefrom, as the training of technicians and respective visual acuities, visual fatigue phenomena that affect the results over a work shift; so, these phenomena’s affect the repeatability and reproducibility of results obtained in the assay. CINFU has a conventional Vickers micro hardness tester, whose performance of the tests depends on trained technician for their execution, featured all the above mentioned weaknesses made this equipment eligible for the study and application of an alternative measuring solution. So this thesis presents the development of an alternative solution to the conventional optical measuring method in the micro Vickers hardness test. Using LabVIEW from National Instruments software design, along with computer vision tools (NI Vision), the program starts by asking the technician to check the camera for the acquisition of digital image attached to the micro hardness tester; test method selection (test force); then the program performs the image processing (filtering application for background noise deletion from original image), it follows, indicated by the operator, the region of interest (ROI) and in turn are automatically identified the corners of the square indentation and the respective diagonal distances, decided the acceptance of clamp criteria follows the respective hardness calculation result. For results validation were used hardness test blocks of certified reference materials (CRM) whose results were satisfactory, the measurements made achieved a high level of accuracy compared with the certified results. Finally, a spreadsheet in Excel with the uncertainty quantification in the measurements of Vickers micro hardness was developed. After comparing the values obtained by the two methods, conventional optical method and use of computer vision tools, we obtained good results with the solution proposed in this dissertation.