[發明專利]一種固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法及系統

在審

• 申請號: 202210059977.5
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114418885A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 杜留鋒;王占奎;逄明華;蘇建修;馬利杰;張召;李勇峰;張亞奇;吳婷婷
• 申請（專利權）人: 河南科技學院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00;G06T17/00;G06N3/08;G06N3/04;G06K9/62;G06V10/774;G06V10/82
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉芳

本發明涉及一種固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法及系統，包括：獲取每一加工階段的FPA表面圖像和FPA三維表面形貌圖；對每一加工階段FPA表面圖像進行預處理，得到FPA表面圖像包括銳化濾波后的梯度圖、梯度圖的頻譜數據、FPA表面結構化矩陣和FPA表面變化矩陣，進而合并為多通道FPA表面圖像樣本；基于每一加工階段的FPA三維表面形貌圖計算FPA表面粗糙度定量數據結合工件材料去除率得到FPA表面的磨損狀況；利用每一加工階段的FPA表面的磨損狀況對多通道FPA表面圖像樣本附標簽，并輸入到3?D CNN+GRU模型進行訓練，得到磨損狀況定量化判定模型，提高FAP表面磨損狀況判定的準確性。

技術領域

本發明涉及超精密加工領域，特別是涉及一種基于深度學習的固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法及系統。

背景技術

以石英玻璃、鎂鋁尖晶石、碳化硅等為代表的硬脆材料，由于硬度高、脆性大、斷裂韌性小等特點，因而加工工藝復雜、加工效率低且不易獲得高質量工件表面。作為新興的超精密加工手段，固結磨料研拋技術通過結合劑將磨粒及其相關化學填料穩定于固結磨料研拋墊(FixedAbrasives Pad，FAP)內，具有加工效率高、工件表面一致性好、工藝成本低等優點，近來越來越多地被應用于硬脆材料加工領域。

固結磨料研拋過程中，FAP的磨損將直接影響硬脆材料工件的面型精度及研拋效率。因此，及時掌握FAP在加工過程中的表面磨損狀況，并隨之做出工藝調整或進行研拋墊表面修整，是保證加工穩定性與高效性的重要環節。目前，現有技術對FAP表面磨損狀況的判定多采用離線光學儀器測量，然后進行人工判斷的方法。然而，此類方法由于界定過程復雜、個人經驗依賴度高、測量結果可靠性差，標定實施的泛化性難以保證FAP表面磨損狀況的判定準確性。鑒于此，本發明提出了一種基于深度學習的固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法及系統，可用于對不同加工階段的FAP表面磨損狀況進行數值化標定。

發明內容

本發明的目的是提供一種固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法及系統，將不同加工階段的FAP表面圖像樣本與對應加工階段的FAP表面磨損狀況進行關聯，并訓練3-D CNN與GRU組合網絡模型，實現不同加工階段FAP磨損狀況的定量化判定，利用了深度學習模型對圖像細節特征的優良表征力，提高了FAP磨損狀況的定量化判定的準確性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法，包括：

獲取工件研拋過程中每一加工階段的固結磨料研拋墊FPA表面圖像和固結磨料研拋墊FPA三維表面形貌圖；

對每一加工階段的所述FPA表面圖像進行預處理，得到預處理后的FPA表面圖像；所述預處理后的FPA表面圖像包括銳化濾波后的梯度圖、梯度圖的頻譜數據、FPA表面結構化矩陣和FPA表面變化矩陣；

將所述銳化濾波后的梯度圖、所述梯度圖的頻譜數據、所述FPA表面結構化矩陣和所述FPA表面變化矩陣合并為多通道FPA表面圖像樣本；

對每一加工階段的所述FPA三維表面形貌圖進行三維形貌分析，計算FPA表面粗糙度定量數據；

根據每一加工階段的所述FPA表面粗糙度定量數據和工件材料去除率得到每一加工階段的FPA表面的磨損狀況；

對每一加工階段的所述多通道FPA表面圖像樣本，利用對應加工階段的所述FPA表面的磨損狀況設定標簽，得到附有標簽的多通道FPA表面圖像樣本；

基于三維卷積神經網絡模型和輕量化長短期記憶網絡架構構建改進后的三維卷積神經網絡模型；

根據所有加工階段的所有所述附有標簽的多通道FPA表面圖像樣本對所述改進后的三維卷積神經網絡模型進行訓練，得到磨損狀況定量化判定模型。

一種固結磨料研拋墊表面磨損狀況定量化判定方法的判定系統，包括：