[發明專利]一種脆性材料極限切深自動辨識方法

有效

• 申請號: 201710736211.5
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN109425610B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 朱志偉;顧問;蘆樂瑤
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發明提出一種脆性材料極限切深自動辨識方法。將脆性材料安裝在工作臺上，用車刀勻速切割脆性材料；使用顯微鏡照相機拍攝切削后脆性材料的二維圖像，對圖像進行處理得到崩裂區域的實際包絡線；計算推導獲得崩裂區域的理論包絡線；對比理論包絡線與實際包絡線，獲得極限切深。本發明辨識結果更加精確且不確定度得到改善。

技術領域

本發明涉及一種脆性材料極限切深自動辨識方法。

背景技術

在成像與非成像光學系統中，光學材料起到重要作用。在實際應用中，通常采用超精密的金剛石切削或研磨的方法來使得光學材料擁有復雜形狀的光學表面。但是大體積的光學材料存在著低斷裂強度和易碎的特性，為了研究材料去除過程的機理，需要研究材料的塑性與脆性這兩個狀態之間轉變的行為，在切削過程中體現為切削表面由光滑(塑性)轉變為出現細小的崩裂(脆性)。將材料發生脆性與塑性狀態變換時的切削深度定義為極限切深，它能夠反映材料在特定切削條件下的切削性與可加工性。獲取極限深度的過程中，首先對材料進行斜切，以此獲得線性變化的切削深度，材料脆性與塑性狀態變化時的切削深度即為需要尋找的極限切深。

目前通過斜切過程辨別極限切深的方法有兩種：

1、基于顯微鏡二維圖像的辨識方法。如圖5所示，黑色區域為脆性切削產生的崩裂區域，點f是人為判斷的切切過程中發生脆性切削的第一點，F是點f位置的溝壑寬度，利用F與極限切深之間的幾何關系得到點f處的切削深度，即為極限切深。

2、基于三維圖像的光學表面分析方法。這種方法利用3D圖像光學表面分析器得到光學材料表面形貌，從而確定發生脆性切削時的切削深度。

現有方法存在的缺點：

1、基于二維圖像的現有方法

①溝寬的測量具有主觀帶來的誤差，沒有統一的標準，完全由測量者主觀認定。

②沒有考慮到工件表面與二維圖像拍攝時的成像表面之間的誤差帶來的影響。

③判斷脆性切削的依據僅僅是材料發生崩裂的第一點的位置，對于這一點的判斷同樣具有主觀性和人為誤差。

④判斷過程為人工判斷，費時費力，尤其是需要判斷大量極限切深時。

2基于三維圖像的方法

①與基于二維圖像的方法相比，拍攝三維圖像的設備更加昂貴且難以獲取，過程也更加復雜。

②同樣存在現有二維方法中的②③④中表述的缺點。

發明內容

本發明提出一種脆性材料極限切深自動辨識方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種脆性材料極限切深自動辨識方法，步驟如下：

步驟一，將脆性材料安裝在工作臺上，用車刀勻速切割脆性材料；

步驟二，使用顯微鏡照相機拍攝切削后脆性材料的二維圖像，對圖像進行處理得到崩裂區域的實際包絡線C_r；

步驟三，計算推導獲得崩裂區域的理論包絡線C_i

步驟四，對比理論包絡線C_i與實際包絡線C_r，獲得極限切深h_c。

進一步，步驟一中，將脆性材料安裝在與水平面夾角呈γ的工作臺上，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。

進一步，步驟二的具體過程為：拍攝脆性材料表面切削痕跡；將拍攝后的圖像轉為灰度圖；將灰度圖轉變為二值圖，保留崩裂區域的特征；以像素點為單位提取崩裂區域的外邊界，得到崩裂區域的邊界線，即實際包絡線C_r。