一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法技术

本发明专利技术提供的一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，首先以区域块为处理对象，并以中心区域为基准区域，在中心水平方向上，找出与基准区域大小和形状均相同的对比区域，然后计算同一方向角的对比区域和基准区域的磨痕差异度，通过磨痕差异度计算磨痕轴方向角，根据磨痕方向角得到磨斑摆正图，进而得到磨痕种子图，最终得到磨斑区域图；接着根据磨斑区域图的磨斑区域面积，计算磨斑区域的等效半径和方向半径，根据等效半径和方向半径，计算出方向半径的极差；根据磨斑区域图的磨斑区域面积，计算出磨斑区域图的轴差和离心度，最后通过三个钢球的磨斑图像的等效半径、极差、轴差和离心度，采用加权均值法计算润滑剂抗磨性指数。

【技术实现步骤摘要】
一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法
本专利技术涉及一种润滑剂抗磨性对比分析方法，尤其是一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法。
技术介绍
四球摩擦磨损试验机因结构简单、试验周期短、用油量少、费用低等特点，被广泛用于评价润滑剂抗磨性。依据《润滑油抗磨损性能测定法(四球机法)》(SH/T0189-92)，润滑剂抗磨性能评定方法为：在四球摩擦磨损试验机上，将直径为12.7mm的四个钢球按照等边四边体进行排列，下面三个钢球被待测的试油所覆盖，另一个钢球置于其余三个钢球的正上方，在测试压力的作用下，四个钢球形成“三点接触”，当待测的试油达到指定温度(75℃±2℃)后，顶球按照规定的转速下旋转60分钟，用精度为0.01mm的光学显微镜测量底部三个钢球所形成的磨斑直径，对每个钢球的磨斑直径测量两次，第一次沿着磨痕方向进行，第二次测量时的方向与第一次的方向相垂直，通过对三个底球六次所测量出来磨斑直径进行平均，获得算术平均值，来评定润滑剂的抗磨性能。磨斑直径的测量精度决定了润滑剂的抗磨性能，为了提高磨斑直径的测量精度，专利技术人基于磨痕的显著的梯度信息提取磨斑区域，通过面积求取等效直径，来评定润滑剂的抗磨性能。上述方法都是通过磨斑直径来评定润滑剂的抗磨性能，具有一定的局限性，不能全面反映润滑剂的抗磨性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，解决了现有通过磨斑直径来评定润滑剂的抗磨性能，具有一定的局限性，不能全面反映润滑剂的抗磨性的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，包括以下步骤：第一步，用扫描电镜采集三个待测钢球和白色标尺，得到磨斑图像F；通过加权平均法对磨斑图像F进行灰度化处理，得到灰度磨斑图f；第二步，计算磨斑图像中的单位像素的实际长度h；第三步，将灰度磨斑图f围绕图像中心点O顺时针旋转θ度，得到旋转磨斑图fθ；第四步，以旋转磨斑图fθ的中心点O为中心选取一定的区域，作为基准区域Aθ；在中心水平方向上，以基准区域Aθ为中心，分别向两侧对称选取与基准区域Aθ大小和形状均相同的s个区域块作为对比区域Dθ，共得到2s个对比区域Dθ；第五步，根据同一方向角θ的对比区域Dθ和基准区域Aθ的磨痕差异度Cθ计算磨痕轴方向角第六步，将第一步中所得的灰度磨斑图f逆时针旋转度，得到磨斑摆正图第七步，在上述磨斑摆正图中提取磨痕区域的种子像素，得到磨痕种子图Sa；第八步，计算磨痕种子图Sa中所有磨痕种子点像素的灰度均值，并以该灰度均值为自适应阈值对磨斑摆正图进行分割，得到磨斑区域初图H；第九步，对磨痕种子图Sa进行形态学膨胀运算，得到磨痕种子膨胀图Mg；第十步，对磨斑区域初图H和磨痕种子膨胀图Mg进行差分运算，得到磨斑异常图Ml；第十一步，对磨斑区域初图H和磨斑异常图Ml进行差分处理，得到磨斑差分图Mp；第十二步，对磨斑差分图Mp进行形态学闭运算，得到磨斑区域图Mr；第十三步，根据磨斑区域图Mr的磨斑区域面积，计算磨斑区域图Mr的等效半径rd、方向半径rr和形心Or的坐标(xc,yc)，并根据单位像素长度h换算出等效半径rd的真实距离；第十四步，根据磨斑区域图Mr的方向半径rr和等效半径rd，计算方向半径的极差Jr，再根据单位像素长度h换算出方向半径极差Jr的真实距离；第十五步，根据磨斑区域图Mr的长轴la、短轴lb和轴心Oz，计算出磨斑区域图Mr的轴差lc和离心度ld，再根据单位像素长度h换算出轴差lc和离心度ld的真实距离；第十六步，根据三个钢球的磨斑图像的等效半径rd、极差Jr、轴差lc和离心度ld，采用加权均值法计算润滑剂抗磨性指数Q。优选地，第四步中，基准区域Aθ为边长2ω+1像素的正方形，其面积的大小为其中，ω取值范围为3～20；在选取对比区域Dθ时，两个相邻的区域块的位置部分重叠或不重叠。优选地，第五步中，磨痕轴向角的计算过程如式(1)所示：其中，i,j为整数，分别是对比区域和基准区域像素坐标的行号和列号，α和β分别为第k个对比区域的行向和列向的微移量，取α＝-1,0,1和β＝-1,0,1；Aθ(i,j)为方向角θ的基准区域Aθ中的像素点(i,j)的灰度值；为方向角θ的第k个对比区域中的像素点(i+α,j+β+k(2ω+1))的灰度值。优选地，第七步中，按照式(2)提取磨斑摆正图中磨痕区域的种子像素得到磨痕种子图Sa，具体地：当Sa(x,y)＝1时，表示该像素点为磨痕种子点；当Sa(x,y)＝0时，表示该像素点为非磨痕种子点，其中，μ和ν分别表示像素点行和列的偏移量。优选地，第八步中，按照式(3)得到磨斑区域初图H：其中，T1为自适应阈值，取值为磨痕种子图Sa中所有磨痕种子点像素的灰度均值；当H(x,y)＝1时，表示该像素点为磨磨斑区域的种子点；当H(x,y)＝0时，表示该像素点为非磨磨斑区域的种子点。优选地，第十步中，按照式(4)得到磨斑的异常图Ml：当Ml(x,y)＝1时，表示该像素点为磨斑的异常图Ml像素点；当Ml(x,y)＝0时，表示该像素点为非磨斑的异常图Ml像素点。优选地，第十一步，按照式(5)得到磨斑差分图Mp：其中，Ml(x,y)和Mp(x,y)分别表示异常图Ml和磨斑差分图Mp中像素点(x,y)的像素值。优选地，第十六步中，根据三个钢球等效半径rd的最小值rdmin、均值rdmean和最大值rdmax、三个钢球的极差Jr的最小值Jrmin、均值Jrmean和最大值Jrmax、三个钢球的轴差lc的最小值lcmin、均值lcmean和最大值lcmax和三个钢球的离心度ld的最小值ldmin、均值ldmean和最大值ldmax，通过式(6)计算润滑剂的抗磨性指数Q：其中，D为最大的磨斑半径值，通常取值为0.5mm；κt(t＝1,2,...,8)为权重系数，取值为0-1之间的小数，满足权重系数取值为：κ1＝0.4、κ2＝0.15、κ3＝0.1、κ4＝0.05、κ5＝0.1、κ6＝0.05、κ7＝0.1和κ8＝0.05。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，首先以区域块为处理对象，并以中心区域为基准区域，在中心水平方向上，找出与基准区域大小和形状均相同的对比区域，然后计算同一方向角的对比区域和基准区域的磨痕差异度，通过磨痕差异度计算磨痕轴方向角，根据磨痕方向角得到磨斑摆正图，进而得到磨痕种子图，最终得到磨斑区域图；接着根据磨斑区域图的磨斑区域面积，计算磨斑区域的等效半径和方向半径，根据等效半径和方向半径，计算出方向半径的极差；根据磨斑区域图的磨斑区域面积，计算出磨斑区域图的轴差和离心度，最后通过三个钢球的磨斑图像的等效半径、极差、轴差和离心度，采用加权均值法计算润滑剂抗磨性指数。现有的方法仅通过测量磨斑直径的大小来评定润滑剂的抗磨性能，本方法建立等效半径、极差、轴差和离心度四个表面形貌指标，基于加权均值法来评价润滑剂的抗磨性能，使润滑剂抗磨性评价更加科学合理。附图说明图1为磨斑图像F；图2为灰度磨斑图f；图3为方向角θ；图4为旋转磨斑图fθ；图5为磨斑摆正图图6为磨斑区域初图H；图7为磨痕种子膨胀图Mg；图8为磨斑差分图Mp；图9为磨斑区域图Mr；图10为样本2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，用扫描电镜采集三个待测钢球和白色标尺，得到磨斑图像F；通过加权平均法对磨斑图像F进行灰度化处理，得到灰度磨斑图f；第二步，计算磨斑图像中的单位像素的实际长度h；第三步，将灰度磨斑图f围绕图像中心点O顺时针旋转θ度，得到旋转磨斑图fθ；第四步，以旋转磨斑图fθ的中心点O为中心选取一定的区域，作为基准区域Aθ；在中心水平方向上，以基准区域Aθ为中心，分别向两侧对称选取与基准区域Aθ大小和形状均相同的s个区域块作为对比区域Dθ；共得到2s个对比区域Dθ；第五步，根据同一方向角θ的对比区域Dθ和基准区域Aθ的磨痕差异度Cθ计算磨痕轴方向角

【技术特征摘要】
1.一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，用扫描电镜采集三个待测钢球和白色标尺，得到磨斑图像F；通过加权平均法对磨斑图像F进行灰度化处理，得到灰度磨斑图f；第二步，计算磨斑图像中的单位像素的实际长度h；第三步，将灰度磨斑图f围绕图像中心点O顺时针旋转θ度，得到旋转磨斑图fθ；第四步，以旋转磨斑图fθ的中心点O为中心选取一定的区域，作为基准区域Aθ；在中心水平方向上，以基准区域Aθ为中心，分别向两侧对称选取与基准区域Aθ大小和形状均相同的s个区域块作为对比区域Dθ；共得到2s个对比区域Dθ；第五步，根据同一方向角θ的对比区域Dθ和基准区域Aθ的磨痕差异度Cθ计算磨痕轴方向角第六步，将第一步中所得的灰度磨斑图f逆时针旋转度，得到磨斑摆正图第七步，在上述磨斑摆正图中提取磨痕区域的种子像素，得到磨痕种子图Sa；第八步，计算磨痕种子图Sa中所有磨痕种子点像素的灰度均值，并以该灰度均值为自适应阈值对磨斑摆正图进行分割，得到磨斑区域初图H；第九步，对磨痕种子图Sa进行形态学膨胀运算，得到磨痕种子膨胀图Mg；第十步，对磨斑区域初图H和磨痕种子膨胀图Mg进行差分运算，得到磨斑异常图Ml；第十一步，对磨斑区域初图H和磨斑异常图Ml进行差分处理，得到磨斑差分图Mp；第十二步，对磨斑差分图Mp进行形态学闭运算，得到磨斑区域图Mr；第十三步，根据磨斑区域图Mr的磨斑区域面积，计算磨斑区域图Mr的等效半径rd、方向半径rr和形心Or的坐标(xc,yc)，并根据单位像素长度h换算出等效半径rd的真实距离；第十四步，根据磨斑区域图Mr的方向半径rr和等效半径rd，计算方向半径的极差Jr，再根据单位像素长度h换算出方向半径极差Jr的真实距离；第十五步，根据磨斑区域图Mr的长轴la、短轴lb和轴心Oz，计算出磨斑区域图Mr的轴差lc和离心度ld，再根据单位像素长度h换算出轴差lc和离心度ld的真实距离；第十六步，根据三个钢球的磨斑图像的等效半径rd、极差Jr、轴差lc和离心度ld，采用加权均值法计算润滑剂抗磨性指数Q。2.根据权利要求1所述的一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，其特征在于：第四步中，基准区域Aθ为边长2ω+1像素的正方形，其面积的大小为其中，ω取值范围为3～20；在选取对比区域Dθ时，两个相邻的区域块的位置部分重叠或不重叠。3.根据权利要求1所述的一种用于润滑剂抗磨性的形貌对比分析方法，其特征在于：第五步中，磨痕轴向角的计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖梅，赵国玉，张雷，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61