[发明专利]一种薄壁管材大塑性弯曲截面轮廓曲线的确定方法

摘要

本发明属于金属压力加工技术领域，提供了一种薄壁管材大塑性弯曲截面轮廓曲线的确定方法。该方法主要包括以下步骤：1.运用图像检测手段获取弯曲扁化后薄壁管横截面的轮廓图像；2.基于图像处理技术对扁化轮廓外边缘进行检测并获取轮廓点像素坐标；3.运用最小二乘圆法确定变形前管材截面形心，进而对边缘图像进行坐标平移；4.依次运用四种形式函数对轮廓点的像素坐标进行曲线拟合，根据拟合结果最终可确定管材横截面的轮廓曲线。该方法可对薄壁管大塑性弯曲后截面的扁化变形量进行有效控制，并实现弯曲后管材截面质量和精度的定量评估。

主权项

1.一种薄壁管材大塑性弯曲截面轮廓曲线的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：薄壁管横截面轮廓图像的获取选取大塑性弯曲后的薄壁管材构件，将其固定，使扁化轮廓截面对准图像采集装置；图像采集时采用明域照明方式完成对扁化截面轮廓图像采集并将其传输给计算机，得到扁化截面的原始图像；步骤二：截面轮廓图像的处理(1)轮廓图像的预处理，通过滤波算法消除待测图像的噪声；(2)轮廓图像的分割，通过调节阈值，将预处理后的图像进行二值分割，(3)轮廓图像的数字形态学处理与区域填充，采用数学形态学的分析与运算，去除管材断面轮廓边缘毛刺、并对断面内填充修复；具体为：选择圆形结构元素首先对图像进行腐蚀运算，消除各种噪声，再采用相同的结构元素对腐蚀后的图像进行膨胀运算，最终把目标区域恢复到腐蚀处理前的大小；最后运用四连通方式对图像内部的空洞进行填充；(4)轮廓图像的边缘检测，利用边缘邻近一阶或二阶方向导数变化规律检测边缘；步骤三：扁化截面轮廓图像的初始形心与坐标平移，采用最小二乘圆法根据变形后的截面轮廓确定初始截面圆心的位置；具体步骤如下：(1)读取边缘检测后的图像，遍历图像矩阵的各元素，由于该图像为二值图像，轮廓点处的像素值为1，其他处像素为0，运用循环算法寻找像素为1的元素点并记录其所在的像素坐标；(2)将搜索到的全部轮廓点坐标赋值给新的二维数组，对新的二维数组中的各像素坐标进行坐标平移，使其满足最小二乘圆法的应用条件；(3)对平移后数组中各元素点的像素坐标运用下式计算初始圆心坐标，式中x_i，y_i为轮廓点的像素坐标，a，b为初始圆心坐标；N为外轮廓像素点个数；(4)在获得初始圆心坐标的基础上，再通过坐标平移将轮廓图像的坐标原点平移到初始圆心位置，获得新的坐标系；步骤四：扁化截面轮廓的曲线拟合在新坐标系下，选择1/4管材截面轮廓的像素点坐标进行曲线拟合，进而获得确定扁化后截面的轮廓曲线；确定轮廓曲线包括以下步骤：(1)采用形如f(x)＝p1*x^4+p2*x^3+p3*x^2+p4*x+p5的多项式函数对坐标点进行拟合，得到拟合后的曲线及相应的确定系数R‑square与和方差SSE值；(2)采用形如f(x)＝a*exp(b*x)+c*exp(d*x)的指数函数对坐标点进行拟合，得到拟合后的曲线及相应的确定系数R‑square与和方差SSE值；(3)采用形如f(x)＝a1*exp(‑((x‑b1)/c1)^2)+a2*exp(‑((x‑b2)/c2)^2)+a3*exp(‑((x‑b3)/c3)^2)的高斯函数对坐标点进行拟合，得到拟合后的曲线及相应的确定系数R‑square与和方差SSE值；(4)对像素点坐标进行平方，采用形如f(x)＝p1*x+p2的椭圆函数对坐标点进行拟合，得到拟合后的曲线及相应的确定系数R‑square与和方差SSE值；(5)比较上述四种函数的拟合结果，取确定系数R‑square最接近1与和方差SSE值最接0的曲线作为最终截面轮廓的曲线。