[發明專利]光學玻璃精密磨削加工的表面粗糙度檢測方法

有效

• 申請號: 201610986538.3
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN107036560B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 姜晨;王鵬;任鶴;張瑞;姚磊
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

1.一種光學玻璃精密磨削加工的表面粗糙度檢測方法，其特征在于，步驟包括：

1)建立表面脆性去除面積和表面粗糙度關系模型：

光學玻璃去除區域的凹坑由橫向裂紋擴展至表面形成，即脆性去除，橫向裂痕擴展軌跡為指數函數:

C_hi＝K_e·C_li² (1)

其中：

C_hi—凹坑深度

C_li—壓痕凹坑半徑

K_e—比例系數

根據表面粗糙度R_z的定義:

其中h_peaki為表面采樣輪廓區域內鄰近的5個峰值，h_valleyi為表面采樣輪廓區域內鄰近的5個谷值,每一個凹坑深度等同于相鄰峰值和谷值的和，將公式(2)變形并將(1)帶入公式(2)，則：

采樣區域的表面脆性去除面積S_B為5個鄰近凹坑的面積，可表示為：

將公式(4)代入公式(3)，得到關于表面粗糙度R_z和材料脆性去除面積S_B的關系：

2)圖像處理及表面脆性去除面積比r_B計算

第一步、獲取工件表面形貌：

用數字光學相機隨機采樣工件表面五個位置，獲得工件表面數字照片；

第二步、圖像處理：

(1)圖像灰度化：將由數字光學相機獲得的表面數字彩色圖像P用以下公式轉換成灰度圖像：

P₁＝0.299R+0.587G+0.114B (6)

其中：P₁為灰度圖像，R、G、B為數字彩色圖像的紅、綠、藍顏色分量；

(2)圖像灰度增強：采用直方均衡化對灰色圖像P₁進行處理，得到灰度增強的圖像P₂：

P₂(x,y)的灰度范圍為[a,b]，采用公式(7)將圖像P₂(x,y)的灰度范圍拓展至[c,d]，M為原始圖像中的最大灰度值：

(3)圖像二值化：設定二值化閾值為(d-c)/2，將P₂中大于閾值取1，小于閾值取0，從而獲得只有兩級灰度的黑白圖像P₃；

(4)圖像膨脹和腐蝕：

①圖像膨脹：采用公式(8)，用5ⅹ5的結構原色矩陣A遍歷圖像P₃的每一個像素值，得到膨脹后的圖像P₄：

其中：Φ為空集

②圖像腐蝕：采用公式(9)，用5ⅹ5的結構原色矩陣A遍歷圖像P₄的每一個像素值，得到腐蝕后的圖像P₅：

(5)標記：

在二進制圖像P₅中，將每一個表面塑性去除區域中的面積值為1的面積進行標記并相加，獲得圖像總面積內表面塑性去除面積為S_D，然后計算出表面脆性去除面積為S_w-S_D，進而計算出表面脆性去除面積比r_B：

其中：S_w—圖像總面積；

3)標定比例系數

由上述步驟計算出五張圖像的r_B，取算術平均值，由便攜式表面粗糙度測試儀測出五張圖像的表面粗糙度R_z，取算術平均值，將公式(10)代入公式(5)，得到公式：

將所得的r_B和R_z的算術平均值代入公式(11)，得到K_e的值；

4)計算實際加工過程的表面粗糙度

用數字光學相機拍攝加工過程中的工件表面，利用步驟2)和步驟3)所得的表面脆性去除面積比r_B、數字照片的取樣總面積S_w和比例系數K_e，由公式(11)計算得到工件表面粗糙度R_z。