[發明專利]一種檢測表面粗糙度的方法及其系統

有效

• 申請號: 200910109431.0
• 申請日: 2009-08-18
• 公開（公告）號: CN101634551A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 楊文明;楊帆;廖慶敏
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;G06N3/08
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 睿

技術領域

本發明涉及一種檢測表面粗糙度的方法及其系統。

背景技術

現在，表面粗糙度是機械零件表面質量的一項重要指標，其定義為：在機械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕、切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素，會使零件的表面形成微小的峰谷。這些微小峰谷的高低程度和間距狀況就叫做表面粗糙度，也稱為微觀不平度，它是一種微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度的評定參數主要有三個[詳見JIS?B?0601?and?JIS?B0031，1994，pp.1167]：①微觀不平度十點高度Rz，定義為在取樣長度內最大的輪廓峰高的平均值與五個最大的輪廓谷深的平均值之和②；輪廓算術平均差Ra，定義為在取樣長度內的輪廓偏距絕對值的算術平均值；③輪廓最大高度Ry，定義為在取樣長度內輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。

鑄件表面粗糙度也直接影響零件的機械性能和使用壽命，對其進行粗糙度測量是一項十分重要的工作?，F有的測量方法主要采用接觸式探針式測量和鑄造表面粗糙度比較樣塊法(國家標準GB/T?6060.1-1997)，這兩種方法測量效率低、無法在線測量，亟需引入一種快速、準確、可在線的評定方法。在機加表面如車削、刨削、銑削、磨削后等零件表面已經有基于激光和可見光的測量方法，如國內文獻“零件表面粗糙度的激光在線測量”(《激光與紅外》，2007年5月刊)，及“機械加工表面粗糙度的圖像檢測方法”(《哈爾濱理工大學學報》，2007年6月刊)分別使用了激光干涉分析法和圖像紋理分析法較好地檢測了車削、銑削和刨削表面粗糙度參數。而國外文獻“Gadelmawla?E.S.，Avision?system?for?surface?roughness?characterization?using?the?gray?levelco-ocurrence?matrix”[J](NDT&E?International，2004，vol.37(4)：pp.577-588)提出灰度共生矩陣最大寬度概念對磨削表面進行粗糙度測試。

但是，所有這些方法都只適用于表面紋理分布具有一定規則和固定周期的機加零件。同時，由于鑄件表面紋理的特殊性-紋理分布無規則、無周期性，這些方法都不能有效測量鑄件表面的粗糙度。所獲取的鑄件表面圖像灰度分布極不均勻，沒有固定的紋理走向，也沒有固定結構的紋理單元，特別地，其紋理也不具有各向同性，是一種直觀上完全無規則的非周期性紋理，這樣，無法采用現有的方法對這些物體進行非接觸的粗糙度測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種非接觸的，針對具有無規則、非周期性紋理圖像的待測物體表面進行粗糙度測量的方法及系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明首先提供一種檢測表面粗糙度的方法，包括如下步驟：

獲取灰度圖像步驟：獲得待測物體表面的灰度圖像；

區域處理步驟：將所述灰度圖像根據像素的灰度值劃分為若干個同質區域，并獲取同質區域相應的區域和邊界參數；

粗糙度計算步驟：根據所述區域和邊界參數，采用特定的神經網絡模型獲得所述待測物體表面的粗糙度。

經過研究發現，物體表面形狀和微面積元的位置及高度的不同，使得其表面反射光有鏡面反射和散射現象，表面粗糙度和散射光強度的分布有一定的對應關系，且直接反映在表面圖像灰度的分布變化上。對于粗糙度數值較小的平面，反射光能較弱，散射光能較強，其表面成像經過區域劃分所得同質區域的個數較多，但每個同質區域面積較?。环粗?，表面粗糙度數值較大的平面，反射光能較強，散射光能較弱，其表面成像經過區域劃分所得同質區域的個數較少，但每個同質區域面積較大。這里的同質區域是指內部所包含像素的灰度基本相近的區域。這說明粗糙度可以通過統計表面圖像同質區域的相關信息來進行評測。

因此，通過上述技術方案，本發明的能夠針對具有無規則、非周期性紋理圖像的待測物體表面進行粗糙度測量。

優選的，所述獲取灰度圖像步驟包括如下步驟：

一束平行的可見光以一定的角度照射到所述待測物體表面。

所述可見光是指能夠獲得相應成像的光。

進一步采用上述技術措施，不僅能獲得較優的待測物體表面的發射光，以進而獲得更好的灰度圖像，而且，一束平行的可見光以一定角度照射到物體表面，這也是易于實現的、成本較低的、同時便于獲得穩定的成像條件。

優選的，所述獲取灰度圖像步驟包括：采用顯微鏡，待測物體表面的灰度圖像為實際圖像的放大特定倍數的圖像。

其中，如一束特定的光線以一定的角度照射一樣，放大特定倍數也是環境條件所包含的內容之一。