[发明专利]一种基于单幅显微图像重建的加工表面质量在线检测方法

说明书

本发明公开了一种基于单幅显微图像重建的加工表面质量在线检测方法，具体为：获取加工表面形貌的灰度图像；提取图像的灰度值；利用加工表面形貌的解析梯度模型计算形貌梯度值；利用三点辛普生求积公式计算加工表面形貌的高度，以计算的高度作为加工表面形貌的高度实现加工表面形貌的重建；提取重建的加工表面形貌，提取最大高度参数R_z、均方根高度参数R_q、轮廓单元的平均宽度参数R_sm和偏斜度参数R_sk参数，将提取的参数和加工要求比较，进行加工表面质量评价。本发明的一种基于单幅显微图像重建的加工表面质量在线检测方法，能够快速准确地实现加工表面形貌的三维重建，并通过有效提取表面形貌的特征，完成对加工表面质量的检测。

技术领域

本发明属于加工表面质量检测方法技术领域，涉及一种基于单幅显微图像重建的加工表面质量在线检测方法。

背景技术

加工表面形貌是由于加工过程中刀具几何形状在工件表面的复映、刀具和工件之间的挤压与摩擦、切屑分离时的塑性变形以及金属撕裂和加工系统的振动等原因在工件表面留下的各种不同形状和尺寸的微观结构，具有与可见光波长近似的小尺度特征。加工表面形貌不但直接决定了机械零件的耐磨性、耐腐蚀性、接触刚度、抗疲劳能力与密封性等，而且对机械设备的配合性质、结合部静动态特性、使用寿命与可靠性等都有重要的影响。

目前，加工表面形貌测量方法主要分为接触式和非接触式两大类，其中接触式测量以其稳定、可靠的特点被广泛应用。但接触式测量对高精度表面及软质金属表面会造成划伤与破坏；受触针尖端圆弧半径的限制，其测量精度有限；因触针磨损及测量速度的限制，无法实现在线实时测量。而基于光学散射和干涉等原理的非接触式测量方法，普遍存在设备复杂、成本高等问题，难以适应快速、在线、自动化检测的需要。

在加工表面几何形貌质量的评定方面，主要采用表面粗糙度作为评定指标。由于测量技术手段的限制，常用表面粗糙度的一维和二维评定参数来反映加工表面轮廓曲线几何特征。这种测量和评定方法对各向随机平稳或单向平稳零件表面的功能特性具有一定的评判作用，但无法准确、全面地表征加工表面的微观凹凸特性。

随着科学技术的不断发展，人们对产品性能的研究逐渐从宏观向微观不断深入，无论是在产品性能预测、结合部建模与有限元分析，还是表面摩擦、磨损特性的研究等方面，都要求提供完整的表面三维形貌信息。目前基于表面二维轮廓曲线的一维和二维粗糙度评定参数已难以满足实际生产与科学研究的需要。因此，如何快速、准确、完整地获得加工表面三维轮廓信息已成为粗糙度检测领域研究的热点和难点问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单幅显微图像重建的加工表面质量在线检测方法，能够快速准确地实现加工表面形貌的三维重建，并通过有效提取表面形貌的特征，完成对加工表面质量的检测。

本发明所采用的技术方案是，一种基于单幅显微图像重建的加工表面质量在线检测方法，具体按照如下步骤实施：

步骤1，获取显微图像：利用显微镜对被测加工表面进行放大，通过CCD相机获取加工表面形貌的灰度图像；

步骤2，图像预处理：对步骤1中获取的灰度图像进行消噪和平滑处理，提取图像的灰度值；

步骤3，根据加工表面形貌的对数正态分布光照模型构建加工表面形貌的解析梯度模型，通过步骤2中提取图像的灰度值计算图像中x向、y向的灰度梯度值，根据图像的灰度梯度值，利用加工表面形貌的解析梯度模型计算形貌梯度值；

步骤4，通过形貌凹凸识别和梯度正负修正法对步骤3中计算的形貌梯度值进行处理，获取表面形貌梯度的修正值，利用三点辛普生求积公式计算加工表面形貌的高度，以计算的高度作为加工表面形貌的高度实现加工表面形貌的重建；