[發明專利]基于高清晰測量灰度圖像的零件表面三維形貌評價方法

在審

• 申請號: 201310433469.X
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103544694A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 王猛;奚立峰;杜世昌;趙同銘;韋建光;林觀生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明屬于零件表面形貌檢測和圖像處理技術領域，具體涉及一種基于高清晰測量灰度圖像的復雜零件表面三維形貌評價方法，尤其是通過計算高清晰測量灰度圖像的灰度共生矩陣，挖掘測量數據中蘊含的高度信息和空間信息，實現復雜零件表面三維形貌的定量評價。

背景技術

汽車發動機制造需要精密檢測技術，以準確判斷發動機質量指標及工藝參數是否達到設計要求。由于發動機缸體、缸蓋結合面的三維形貌直接影響發動機燃燒室的密封性及可靠性，因此零件表面三維形貌質量已逐漸成為制造業關注熱點。對零件表面三維形貌進行測量、評價，一方面可以及時檢測并發現表面缺陷，從而大幅度地減少廢品，降低生產成本；二是可以診斷出缺陷的內在原因，識別、監控表面形貌的形成工藝過程，使得工程師可以快速調整工藝過程。專利公開號為WO2008070746、名稱為“SYSTEM?AND?METHOD?FOR?SHIFTING?PHASE?IN?A?MULTI-WAVELENGTH?INTERFEROMETRIC?IMAGING?SYSTEM”的美國PCT專利，提出的三維高清晰測量技術，能夠對邊長數百毫米的復雜零件表面的三維形貌進行整體檢測，生成三維高密度點云數據。但是基于三維高清晰測量技術的復雜零件表面的三維形貌評方法還尚屬空白。

傳統的表面形貌主要由粗糙度和波紋度兩類二維形貌參數進行表征。劉斌等在論文“表面粗糙度測量方法綜述”（《光學儀器》2004年第26卷第5期，54-58頁）中提到的粗糙度測量方法均基于二維輪廓測量，需要用預先設定的檢測點或走軌跡的方法對表面形貌檢測，無法反映零件表面三維形貌，容易產生“漏檢”問題。另一方面，國際標準“ISO25178GEOMETRICAL?PRODUCT?SPECIFICATION(GPS)-SURFACE?TEXTURE?AREAL”給出了新的三維微觀形貌評價指標體系，但大多數的三維微觀形貌評價方法無法直接用于評價復雜零件的三維形貌，其原因是三維微觀形貌只能評價零件局部形狀規則的表面，例如邊長幾毫米的正方形；而對數百平方毫米邊長的復雜零件表面，由于包含眾多孔洞（例如缸體上表面的缸孔、油孔、水孔等），使得測量數據不連續，同時考慮到測量定位的誤差，使得點云數據并不成規則柵格排列，因此無法用三維微觀形貌評價方法直接計算。

專利公開號為CN102592284A、名稱為“零件表面形貌三維高密度點云數據轉化為灰度圖像的方法”的中國專利，提出了一種將三維高清晰測量技術獲得的三維高密度點云數據，轉化為灰度圖像的方法，其中點云數據的高度信息轉化為像素的灰度值，點云數據的空間信息轉化為像素的位置值。通過將三維高密度點云數據轉化為一張灰度圖像，為本發明“基于高清晰測量灰度圖像的復雜零件表面三維形貌評價方法”提供了基礎。

發明內容

為了克服現有技術中的二維形貌評價方法和三維微觀形貌評價方法，在評價邊長數百毫米的復雜零件表面三維形貌方面的不足，本發明提出了一種基于高清晰測量灰度圖像的復雜零件表面三維形貌評價方法。由于高清晰測量灰度圖像能夠保證表面形貌三維高密度點云數據的高度信息和空間信息，并且數據成規則柵格排列，因此可采用灰度共生矩陣的方法對該灰度圖像進行分析，并通過排除零件外部邊界及內部孔洞，得到有效灰度共生矩陣，計算有工程意義的特征參數，實現復雜零件表面三維形貌的評價。該三維形貌評價方法，可以作為二維形貌評價方法和三維微觀形貌評價方法的補充，有效地描述復雜零件表面三維形貌蘊含的內在信息。

本發明是按照下述技術方案實現的。本發明提供的基于高清晰測量灰度圖像的復雜零件表面三維形貌評價方法，包括如下步驟：

第一步：獲得高清晰測量灰度圖像；

對復雜零件表面進行測量，得到三維高密度點云數據，并將三維高密度點云數據轉換為灰度圖像I(x,y)，其中I為像素的灰度值，取值范圍為I＝1,2,3,...,N_g，其中，N_g為灰度級數，對灰度圖像通常取值256；x、y分別為像素在灰度圖像中的橫坐標和縱坐標，取值范圍分別x＝1,2,3,...,M和y＝1,2,3,...,N，其中，M為橫坐標的最大值，N為縱坐標的最大值；

第二步：計算灰度共生矩陣P(i,j,d,θ)；

將灰度圖像I(x,y)讀入，根據下式計算灰度共生矩陣P(i,j,d,θ)：