[發(fā)明專利]一種脆性材料極限切深自動(dòng)辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710736211.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN109425610B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱志偉;顧問;蘆樂瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/84
• 分類號(hào): G01N21/84
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

1.一種脆性材料極限切深自動(dòng)辨識(shí)方法，其特征在于，步驟如下：

步驟一，將脆性材料安裝在工作臺(tái)上，用車刀勻速切割脆性材料；

步驟二，使用顯微鏡照相機(jī)拍攝切削后脆性材料的二維圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理得到崩裂區(qū)域的實(shí)際包絡(luò)線C_r；

步驟三，計(jì)算推導(dǎo)獲得崩裂區(qū)域的理論包絡(luò)線C_i；

步驟四，對(duì)比理論包絡(luò)線C_i與實(shí)際包絡(luò)線C_r，獲得極限切深h_c；

步驟一中，將脆性材料安裝在與水平面夾角呈γ的工作臺(tái)上，刀口半徑為R_t的金剛石車刀以均勻速度v_t切削，使得車刀的切削深度呈線性變化；

步驟二的具體過程為：

拍攝脆性材料表面切削痕跡；

將拍攝后的圖像轉(zhuǎn)為灰度圖；

將灰度圖轉(zhuǎn)變?yōu)槎祱D，保留崩裂區(qū)域的特征；

以像素點(diǎn)為單位提取崩裂區(qū)域的外邊界，得到崩裂區(qū)域的邊界線，即實(shí)際包絡(luò)線C_r；

步驟三中，理論包絡(luò)線C_i的二維解析式如下式所示，

獲得前述二維解析式的過程為：

構(gòu)造空間三維坐標(biāo)系O_s-X_sY_sZ_s，使得O_s-X_sY_s與脆性材料切削平面重合，原點(diǎn)O_s與起始切削點(diǎn)重合，O_sX_s垂直于車刀的切削方向；對(duì)于車刀刀刃與脆性材料表面的交線C1上的任一點(diǎn)P，設(shè)其在O_s-X_sY_sZ_s坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x₁,y₁,z₁)，令d為切削過程中線性變化的切削深度，l為切削過程中所述表面交線C1溝寬的一半，s為車刀的行進(jìn)距離，則有：y₁＝s(cosγ)^-1,z₁＝0；令表面交線C1上任一點(diǎn)在O_s-X_sY_sZ_s的坐標(biāo)為(x₁,y₁,z₁)，則所述表面交線C1的解析式如下式所示，

將崩裂區(qū)域的包絡(luò)線C2看作是所述表面交線C1沿O_sY_s方向和O_sZ_s方向分別平移Δy_s＝h_c(tanγ)^-1和h_c后得到；令崩裂區(qū)域的包絡(luò)線C2上任一點(diǎn)在O_s-X_sY_sZ_s的坐標(biāo)為(x₂,y₂,z₂)，則崩裂區(qū)域的包絡(luò)線C2的解析式如下式所示，

假設(shè)存在安裝偏差的脆性材料的安裝位置實(shí)際由原位置繞O_sX_s旋轉(zhuǎn)α角度，再繞曲線C2對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)β角度后得到，在崩裂區(qū)域的包絡(luò)線C2上的一點(diǎn)Q，其在O_s-X_sY_sZ_s下的坐標(biāo)為(x₂,y₂,z₂)，當(dāng)Q點(diǎn)繞O_sX_s軸旋轉(zhuǎn)α角度后得到新位置在O_s-X_sY_sZ_s坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x_r1,y_r1,z_r1)，則有：

其中

將Q點(diǎn)的新位置再繞崩裂區(qū)域的包絡(luò)線C2對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)β角度后，設(shè)其在為O_s-X_sY_sZ_s坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x_r2,y_r2,z_r2)，則有：

其中，

將崩裂區(qū)域的包絡(luò)線C2投影到成像平面，得到投影曲線C_i，令C_i上任意一點(diǎn)在O_s-X_sY_sZ_s坐標(biāo)系下沿O_sX_s軸方向的坐標(biāo)為x_e，沿O_sY_s軸方向的坐標(biāo)為y_e，由此將曲線C_i作為理論上的包絡(luò)線；

步驟四中，對(duì)比時(shí)，先構(gòu)建符號(hào)S(·)來代表三次樣條曲線插值函數(shù)，將理論包絡(luò)線C_i表述為兩變量之間的關(guān)系，即x_e＝S(y_e)；坐標(biāo)匹配后，實(shí)際包絡(luò)線C_r上的點(diǎn)在理論上包絡(luò)線C_i上具有相同O_sY_s方向坐標(biāo)值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)為將極限切深的辨識(shí)問題歸結(jié)為尋找一系列合適的參數(shù)來最小化曲線C_i和實(shí)際包絡(luò)線C_r對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間距離的問題，并構(gòu)建如下目標(biāo)函數(shù)E，然后使用差分進(jìn)化算法完成目標(biāo)函數(shù)E的最小化；

其中，N表示C_i和C_r上提取的點(diǎn)的個(gè)數(shù)，λ為兩曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離。

2.如權(quán)利要求1所述脆性材料極限切深自動(dòng)辨識(shí)方法，其特征在于，步驟四中，在對(duì)比理論包絡(luò)線C_i與實(shí)際包絡(luò)線C_r之前，要將兩包絡(luò)線的坐標(biāo)系匹配一致。