一種基于圖像灰度信息測量C/SiC復(fù)合材料加工表面粗糙度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于表面圖像灰度信息測量C/SiC復(fù)合材料加工表面粗糙度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]表面粗糙度是評定工件表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，它對外觀、摩擦磨損、接觸剛度和強(qiáng)度等性能有重要影響。
[0003]在傳統(tǒng)的測量技術(shù)總，表面粗糙度的測量有如下幾種方法:粗糙度樣板比較法、電動輪廓儀感觸法、干涉顯微鏡測量法。
[0004]粗糙度樣板比較法簡單易行，但其可靠性取決于檢驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)。
[0005]電動輪廓儀感觸法又叫探針法，是一種接觸式的測量方法，在測量較軟的表面時(shí)容易劃傷材料且測量不便。
[0006]干涉顯微鏡測量法利用光的干涉原理測量粗糙度。但這種方法對環(huán)境的要求較高，而且當(dāng)表面粗糙度較大時(shí)會難以產(chǎn)生干涉條紋，影響測量精度。
[0007]針對以上方法的不足，人們希望找到一種簡單快速的方法，實(shí)現(xiàn)粗糙度的高效無損自動檢測，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。而隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，圖像法應(yīng)用于表面粗糙度的測量也受到越來越多的關(guān)注。常用的圖像法是提取圖像中的灰度信息，以此來判斷粗糙度。而當(dāng)測量表面存在孔隙時(shí)，這種方法的測量結(jié)果會存在失真。所以需要對圖像上孔隙處的灰度值進(jìn)行修正，再提取修正后的圖像灰度信息進(jìn)行粗糙度測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是在于提供一種能簡單高效地評估C/SiC復(fù)合材料加工表面粗糙度和加工質(zhì)量的方法。解決傳統(tǒng)方法中由于加工表面孔隙的存在而導(dǎo)致無法測量粗糙度的問題。
[0009]該方法主要適用于測量存在孔隙的加工表面(如C/SiC復(fù)合材料加工表面)的粗糙度，具有簡單高效、非接觸、對表面無損傷、試樣防止不要求具有方向性等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述方法測量表面粗糙度，總體方法分為兩步:一是建立圖像灰度信息與表面粗糙度的關(guān)系;二是提取待測表面圖像的灰度信息并根據(jù)灰度與粗糙度的關(guān)系獲得待測表面粗糙度。
[0011 ]首先建立灰度與粗糙度的關(guān)系的具體步驟如下:
[0012]1、采集試樣的表面圖像
[0013]為了使粗糙度的測量范圍較大，所以可以預(yù)先估計(jì)一下試樣的粗糙度，盡量在較大的粗糙度或工藝參數(shù)范圍內(nèi)選擇一批試樣，在激光掃描系統(tǒng)上采集這些試樣的加工表面圖像。
[0014]2、圖像預(yù)處理
[0015]圖像的預(yù)處理分為兩個(gè)部分:一是圖像的灰質(zhì)化，二是孔隙部分的灰度值修正。由于所拍攝的原始圖像為RGB圖像，而在分析表面粗糙度與圖像信息關(guān)系時(shí)，操作對象都是不包含色彩的灰度圖像，因此需要對采集到的彩色圖象進(jìn)行灰質(zhì)化處理。圖像的灰質(zhì)化采用mat Iab軟件實(shí)現(xiàn)。
[0016]圖像上孔隙處的灰度差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際表面的起伏幅度，因此需要對圖像上孔隙處的灰度值進(jìn)行修正。修正的方法是將孔隙區(qū)域的灰度設(shè)定為一定的值。
[0017]3、提取灰度信息
[0018]圖像在經(jīng)過預(yù)處理后可以用來提取灰度信息，一系列研究結(jié)果表明圖像灰度直方圖的均值和均方差值是可靠的圖像特征參數(shù)。因此對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行灰度直方圖的提取并建立直方圖均值和粗糙度之間的關(guān)系。
[0019]4、用激光顯微系統(tǒng)測量待測表面的粗糙度
[0020]為了建立圖像灰度信息與粗糙度的關(guān)系，需要先用其他辦法對這些試樣的表面粗糙度進(jìn)行測量。出于方便考慮，這里選擇使用Mahr輪廓儀進(jìn)行粗糙度的測量。
[0021]5、灰度與粗糙度關(guān)系的建立
[0022]根據(jù)獲得灰度直方圖均值和輪廓儀測量所得的粗糙度值繪制灰度均值與粗糙度關(guān)系圖。可以看出隨著表面粗糙度Ra增加，圖像灰度均值趨于增大，說明了加工表面的灰度信息可以反映表面粗糙度情況。
[0023]在獲得灰度信息與粗糙度關(guān)系之后，就可以對待測試樣的粗糙度進(jìn)行測量了。待測試樣的測量過程主要分為以下三步:
[0024]1、待測試樣圖像采集
[0025]采用與上一過程中相同的方法采集待測試樣的加工表面圖像，要注意的是采集圖像時(shí)應(yīng)使用與上一過程中完全相同的步驟和參數(shù)。
[0026]2、圖像預(yù)處理和灰度信息提取
[0027]同樣采用與上一過程相同的方法進(jìn)行圖像的灰質(zhì)化和灰度修正處理，并提取灰度直方圖和灰度均值。
[0028]3、粗糙度獲得
[0029]把獲得的待測試樣表面圖像的灰度均值與灰度一粗糙度關(guān)系曲線對照就可以快速獲得待測試樣的表面粗糙度。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明共有4副附圖
[0031 ]圖1為待測試樣的原始拍攝圖像圖；
[0032]圖2為經(jīng)過灰度化處理后的表面圖像圖；
[0033]圖3為經(jīng)過灰度化處理后表面圖像的灰度直方圖；
[0034]圖4為經(jīng)過灰度值修正后表面圖像的灰度直方圖；
【具體實(shí)施方式】
:
[0035]下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
[0036]本實(shí)例是對C/SiC復(fù)合材料磨削加工表面的粗糙度進(jìn)行測量。首先要建立圖像灰度信息與粗糙度的關(guān)系。具體步驟如下:
[0037]1、從C/SiC復(fù)合材料磨削試樣中，選擇6個(gè)不同磨削參數(shù)下的試樣用來確定表面灰度信息與粗糙度的關(guān)系。
[0038]2、分別將6個(gè)試樣放置在激光顯微系統(tǒng)的載物臺上，選擇5倍的物鏡，調(diào)節(jié)聚焦按鈕，在顯示器上觀察到表面形貌圖像;設(shè)定激光光強(qiáng)，使得圖像不會太暗或太亮而掩蓋圖像的細(xì)節(jié)。設(shè)置Z向掃描上下限，獲得試樣的表面圖像。
[0039]3、下面進(jìn)入圖像的預(yù)處理過程，首先利用matlab對該圖像進(jìn)行灰度化處理，得到包含灰度信息的圖像。
[0040]4、接下來進(jìn)行圖像預(yù)處理的第二部分，即孔隙灰度值的修正。同樣利用matlab得到灰度直方圖。由于圖像上孔隙處的灰度值比周圍小且發(fā)生突變，所以可以從灰度直方圖中找出孔隙處的灰度值并進(jìn)行修正，修正的方法是將孔隙處的灰度值設(shè)置為一個(gè)比周圍的灰度值略小的值。
[0041]5、用同樣的方法處理6個(gè)試樣，得到6個(gè)試樣的灰度直方圖。利用灰度直方圖計(jì)算灰度均值，分別得到6個(gè)試樣不同的灰度均值。
[0042]6、用粗糙度輪廓儀測量6個(gè)試樣的表面粗糙度，然后根據(jù)試樣的灰度均值畫出灰度均值與粗糙度之間的關(guān)系曲線。話曲線時(shí)以灰度均值為X軸，粗糙度為y軸，根據(jù)測量和計(jì)算的數(shù)據(jù)確定6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，畫出灰度均值與粗糙度的關(guān)系曲線。
[0043]7、將待測試樣放置在載物臺上，選擇相同的倍率的物鏡，調(diào)節(jié)聚焦按鈕，觀察到待測表面的圖像。設(shè)定相同的激光光強(qiáng)和掃描上下限，拍攝待測表面圖像，原始圖像如圖1。
[0044]8、利用matlab對待測表面圖像使用同樣的程序和方法進(jìn)行灰度化處理，處理后的圖像如圖2所示。
[0045]9、提取灰度化處理后的待測表面圖像的灰度直方圖，如圖3所示。此時(shí)的灰度均值為94，對灰度圖像進(jìn)行灰度值修正，提取灰度直方圖如圖4，此時(shí)的灰度均值為117。
[0046]1、觀察灰度均值與粗糙度的曲線當(dāng)灰度值為117時(shí)，粗糙度為2.8μπι。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于圖像灰度信息測量C/SiC復(fù)合材料加工表面粗糙度的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)在工藝參數(shù)范圍內(nèi)選擇一批試樣，在激光掃描系統(tǒng)上采集這些試樣的加工表面圖像； 2)利用matlab軟件進(jìn)行圖像的預(yù)處理，預(yù)處理分為兩個(gè)部分:一是圖像的灰質(zhì)化，二是孔隙部分的灰度值修正； 3)利用matlab軟件對步驟2)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行灰度直方圖的提取，獲得灰度直方圖均值； 4)使用輪廓儀對步驟I)采集的圖像加工表面粗糙度進(jìn)行測量； 5)根據(jù)步驟3)獲得灰度直方圖均值和步驟4)輪廓儀測量所得的粗糙度，繪制灰度均值與粗糙度關(guān)系圖； 6)把待測試樣表面圖像的灰度均值與步驟5)繪制的灰度均值與粗糙度關(guān)系圖對照，SP獲得待測試樣的表面粗糙度。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于表面圖像灰度信息測量C/SiC復(fù)合材料加工表面粗糙度的方法。該方法通過采集C/SiC復(fù)合材料加工表面的圖像并提取灰度信息來進(jìn)行粗糙度測量。關(guān)鍵是圖像的處理和灰度信息與粗糙度關(guān)系的建立。本發(fā)明利用matlab進(jìn)行圖像的灰度化、局部灰度值修正和灰度信息的提取，通過多個(gè)試樣的灰度信息和粗糙度數(shù)據(jù)建立灰度與粗糙度的關(guān)系。該方法的優(yōu)點(diǎn)是非接觸、無損傷，同時(shí)解決了C/SiC材料表面由于存在孔隙而導(dǎo)致的粗糙度難以測量的問題。
【IPC分類】G01B11/30
【公開號】CN105547200
【申請?zhí)枴緾N201510876174
【發(fā)明人】丁國智, 鄭景珍, 楊宏青, 徐寶德, 蘇宏華
【申請人】北京星航機(jī)電裝備有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月2日