一種基于圖像灰度信息測量C/SiC復合材料加工表面粗糙度的方法技術

本發明專利技術提供了一種基于表面圖像灰度信息測量C/SiC復合材料加工表面粗糙度的方法。該方法通過采集C/SiC復合材料加工表面的圖像并提取灰度信息來進行粗糙度測量。關鍵是圖像的處理和灰度信息與粗糙度關系的建立。本發明專利技術利用matlab進行圖像的灰度化、局部灰度值修正和灰度信息的提取，通過多個試樣的灰度信息和粗糙度數據建立灰度與粗糙度的關系。該方法的優點是非接觸、無損傷，同時解決了C/SiC材料表面由于存在孔隙而導致的粗糙度難以測量的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于復合材料測量
，具體涉及一種基于表面圖像灰度信息測量C/SiC復合材料加工表面粗糙度的方法。
技術介紹
表面粗糙度是評定工件表面質量的一個重要指標，它對外觀、摩擦磨損、接觸剛度和強度等性能有重要影響。在傳統的測量技術總，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。粗糙度樣板比較法簡單易行，但其可靠性取決于檢驗人員的經驗。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容易劃傷材料且測量不便。干涉顯微鏡測量法利用光的干涉原理測量粗糙度。但這種方法對環境的要求較高，而且當表面粗糙度較大時會難以產生干涉條紋，影響測量精度。針對以上方法的不足，人們希望找到一種簡單快速的方法，實現粗糙度的高效無損自動檢測，滿足工業生產的需要。而隨著計算機視覺技術的發展，圖像法應用于表面粗糙度的測量也受到越來越多的關注。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。而當測量表面存在孔隙時，這種方法的測量結果會存在失真。所以需要對圖像上孔隙處的灰度值進行修正，再提取修正后的圖像灰度信息進行粗糙度測量。
技術實現思路
本專利技術的目的是在于提供一種能簡單高效地評估C/SiC復合材料加工表面粗糙度和加工質量的方法。解決傳統方法中由于加工表面孔隙的存在而導致無法測量粗糙度的問題。該方法主要適用于測量存在孔隙的加工表面(如C/SiC復合材料加工表面)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點。為了實現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系;二是提取待測表面圖像的灰度信息并根據灰度與粗糙度的關系獲得待測表面粗糙度。首先建立灰度與粗糙度的關系的具體步驟如下:1、采集試樣的表面圖像為了使粗糙度的測量范圍較大，所以可以預先估計一下試樣的粗糙度，盡量在較大的粗糙度或工藝參數范圍內選擇一批試樣，在激光掃描系統上采集這些試樣的加工表面圖像。2、圖像預處理圖像的預處理分為兩個部分:一是圖像的灰質化，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系時，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行灰質化處理。圖像的灰質化采用mat Iab軟件實現。圖像上孔隙處的灰度差值遠遠超出實際表面的起伏幅度，因此需要對圖像上孔隙處的灰度值進行修正。修正的方法是將孔隙區域的灰度設定為一定的值。3、提取灰度信息圖像在經過預處理后可以用來提取灰度信息，一系列研究結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。因此對預處理后的圖像進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系。4、用激光顯微系統測量待測表面的粗糙度為了建立圖像灰度信息與粗糙度的關系，需要先用其他辦法對這些試樣的表面粗糙度進行測量。出于方便考慮，這里選擇使用Mahr輪廓儀進行粗糙度的測量。5、灰度與粗糙度關系的建立根據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。在獲得灰度信息與粗糙度關系之后，就可以對待測試樣的粗糙度進行測量了。待測試樣的測量過程主要分為以下三步:1、待測試樣圖像采集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應使用與上一過程中完全相同的步驟和參數。2、圖像預處理和灰度信息提取同樣采用與上一過程相同的方法進行圖像的灰質化和灰度修正處理，并提取灰度直方圖和灰度均值。3、粗糙度獲得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】本專利技術共有4副附圖圖1為待測試樣的原始拍攝圖像圖；圖2為經過灰度化處理后的表面圖像圖；圖3為經過灰度化處理后表面圖像的灰度直方圖；圖4為經過灰度值修正后表面圖像的灰度直方圖；【具體實施方式】:下面結合附圖詳細介紹本專利技術的內容。本實例是對C/SiC復合材料磨削加工表面的粗糙度進行測量。首先要建立圖像灰度信息與粗糙度的關系。具體步驟如下:1、從C/SiC復合材料磨削試樣中，選擇6個不同磨削參數下的試樣用來確定表面灰度信息與粗糙度的關系。2、分別將6個試樣放置在激光顯微系統的載物臺上，選擇5倍的物鏡，調節聚焦按鈕，在顯示器上觀察到表面形貌圖像;設定激光光強，使得圖像不會太暗或太亮而掩蓋圖像的細節。設置Z向掃描上下限，獲得試樣的表面圖像。3、下面進入圖像的預處理過程，首先利用matlab對該圖像進行灰度化處理，得到包含灰度信息的圖像。4、接下來進行圖像預處理的第二部分，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行修正，修正的方法是將孔隙處的灰度值設置為一個比周圍的灰度值略小的值。5、用同樣的方法處理6個試樣，得到6個試樣的灰度直方圖。利用灰度直方圖計算灰度均值，分別得到6個試樣不同的灰度均值。6、用粗糙度輪廓儀測量6個試樣的表面粗糙度，然后根據試樣的灰度均值畫出灰度均值與粗糙度之間的關系曲線。話曲線時以灰度均值為X軸，粗糙度為y軸，根據測量和計算的數據確定6個數據點，畫出灰度均值與粗糙度的關系曲線。7、將待測試樣放置在載物臺上，選擇相同的倍率的物鏡，調節聚焦按鈕，觀察到待測表面的圖像。設定相同的激光光強和掃描上下限，拍攝待測表面圖像，原始圖像如圖1。8、利用matlab對待測表面圖像使用同樣的程序和方法進行灰度化處理，處理后的圖像如圖2所示。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。此時的灰度均值為94，對灰度圖像進行灰度值修正，提取灰度直方圖如圖4，此時的灰度均值為117。1、觀察灰度均值與粗糙度的曲線當灰度值為117時，粗糙度為2.8μπι。【主權項】1.，其特征在于，包括如下步驟: 1)在工藝參數范圍內選擇一批試樣，在激光掃描系統上采集這些試樣的加工表面圖像； 2)利用matlab軟件進行圖像的預處理，預處理分為兩個部分:一是圖像的灰質化，二是孔隙部分的灰度值修正； 3)利用matlab軟件對步驟2)預處理后的圖像進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行測量； 5)根據步驟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系圖對照，SP獲得待測試樣的表面粗糙度。【專利摘要】本專利技術提供了一種基于表面圖像灰度信息測量C/SiC復合材料加工表面粗糙度的方法。該方法通過采集C/SiC復合材料加工表面的圖像并提取灰度信息來進行粗糙度測量。關鍵是圖像的處理和灰度信息與粗糙度關系的建立。本專利技術利用matlab進行圖像的灰度化、局部灰度值修正和灰度信息的提取，通過多個試樣的灰度信息和粗糙度數據建立灰度與粗糙度的關系。該方法的優點是非接觸、無損傷，同時解決了C/SiC材料表面由于存在孔隙而導致的粗糙度難以測量的問題。【IPC分類】G01B11本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖像灰度信息測量C/SiC復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)在工藝參數范圍內選擇一批試樣，在激光掃描系統上采集這些試樣的加工表面圖像；2)利用matlab軟件進行圖像的預處理，預處理分為兩個部分：一是圖像的灰質化，二是孔隙部分的灰度值修正；3)利用matlab軟件對步驟2)預處理后的圖像進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1)采集的圖像加工表面粗糙度進行測量；5)根據步驟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系圖對照，即獲得待測試樣的表面粗糙度。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁國智，鄭景珍，楊宏青，徐寶德，蘇宏華，
申請(專利權)人：北京星航機電裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11