一种陶瓷加工表面损伤检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种陶瓷加工表面损伤检测系统，通过对计算机收集高效精密磨削过程中加工表面加工状况以及磨削加工表面形貌特征数据，进行分类处理，得到损伤的边缘轮廓特征，并且识别提取出表征加工表面损伤程度的宏观量化指标表面破碎率、稳定度、扩散度和损伤特征参数，结合计算机数字图像处理技术和算法，完成陶瓷表面加工损伤的检测与评价。与现有技术相比，该系统可以有效检测先进陶瓷和其它相关材料的表面损伤类型、特征、表面损伤程度，可作为全面评价陶瓷加工表面质量的重要参考指标。系统中编写的检测软件简单实用，成本低，更利于推广可靠有效，具有较大的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种计算机数字图像处理技术，特别是涉及一种利用计算机图像处理技 术实现陶瓷加工表面损伤检测的系统。
技术介绍
经磨削加工后的陶瓷表面，由于磨削力和磨削温度的作用导致的表面加工损伤，直 接影响零件疲劳强度、断裂强度、表面硬度和抗磨损能力，也是引起表面裂纹和表面破 碎的重要原因。这种由于在加工或者使用中表面存在的损伤或者缺陷，极易引起表面组 织的破坏，导致零件的强度降低，甚至报废。因此，需要对其加工表面的损伤程度进行 识别和评估，工程陶瓷磨削表面损伤检测技术由此产生。为解决上述的技术问题，业界采用图像处理技术来检测工程陶瓷的表面损伤。这样 一来，能够开发出面向实际生产工程需要的、并且达到可视化的先进陶瓷磨削表面损伤 检测系统及评价分析方法，以便定量描述陶瓷材料产品使用性能与表面完整性相互间关 系提供可靠实验数据，最后达到有效评价加工表面的损伤程度和表面质量，就是本专利技术 所要解决的本领域函待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种陶瓷加工表面损伤检测系统，通过计算机获取陶瓷加工表面的数字 图像数据，对加工损伤进行分类处理，得到损伤的边缘轮廓特征，并且提取出表征加工 表面损伤程度的宏观量化指标表面破碎率、稳定度、扩散度和损伤特征参数对加工表面 损伤目标特征定量定性描述，结合计算机数字图像处理技术和应用数学形态学方法，建 立一套有效评价陶瓷表面损伤的检测系统和方法，实现对陶瓷加工表面损伤程度的评 价。本专利技术提出了一种陶瓷加工表面损伤检测系统，通过计算机获取陶瓷加工表面的 数字图像数据，对加工损伤进行分类处理，得到损伤的边缘轮廓特征，识别提取出表征 加工表面损伤程度的宏观量化指标表面破碎率、稳定度、扩散度和损伤特征参数，该检 测系统包括计算机系统、带摄像仪的数字显微镜，其中，计算机系统还包括图像数据输 入模块、图像处理模块、检测与评价处理模块及数据库；其中带有CCD摄像仪的数字显微镜，用于获取陶瓷的加工表面图像，并将加工表面图 像通过图像数据输入模块传输到计算机系统；计算机系统利用图像处理模块实现图像处理，及利用检测与评价处理模块实现所需 的各个损伤区域特征参数、损伤程度参数计算；数据库用于计算机系统中的处理数据的存储和读取。所述损伤表面图像处理与检测包括以下步骤首先将数字显微镜采集到的陶瓷表 面数据图像输入计算机系统；对计算机图像进行灰质化处理；进行图像增强处理；进行 图像分割处理；其中，图像分割处理有包括两种处理方式，方式二对图像数据进行二 值化处理；得到二值化图像；进行损伤参数计算；得到损伤特征参数；以及得到损伤程 度参数。方式二进行阈值选取比较；生成二值化图像；进行阈值消去处理；边缘特征 提取；进行损伤类型识别。本专利技术与现有技术相比，该系统可以有效、无损检测先进陶瓷加工表面损伤类型、 特征、表面损伤程度。系统中编写的检测软件简单实用，成本低，更利于推广可靠有效， 具有较大的经济效益。附图说明图1为本专利技术的陶瓷加工表面损伤检测系统的架构图2为本专利技术的陶瓷加工表面损伤检测系统的图像处理流程图3为本专利技术的陶瓷加工表面损伤检测系统的数字显微镜实物示意图4为本专利技术的陶瓷加工表面损伤检测系统的软件操作界面示意图。具体实施例方式经磨削加工后陶瓷表面由于磨削力和磨削温度的作用导致的表面加工损伤将直接 影响零件疲劳强度、断裂强度、表面硬度和抗磨损能力，也是引起表面裂纹和表面破碎 的重要原因。在探讨先探讨影响表面完整性的两个重要因素时候，对表面力学性能指标 和表面形貌进行分析。设计实验，在不同的磨削加工条件下，对多种陶瓷材料进行磨削 加工，得到在不同加工条件下的磨削表面。对磨削加工后陶瓷表面的加工损伤做了系统的理论分析和实验研究。本专利技术利用计算机数字图像处理技术和开发工具，针对高效精密^磨削过程中加工表 面/亚表面的各种缺陷，对采集得到的工件表面图像进行处理，主要使用数字图像技术 中的图像增强和平滑、图像锐化处理、图像分割、图像边缘检测和特征提取、图像细化、 数学形态学方法等处理方法和手段，较完整准确地获取了表面损伤的图像信息，提出了 适合工程陶瓷表面损伤图像的处理方法。在上述图像处理技术和方法中，依据实验选取 图像增强、图像分析中的最优的方法或算法。为了可以完整提取裂纹、脆断凹坑等损伤 轮廓特征。利用模式识别理论和模糊数学等编写裂纹连接算法、孔穴检出算法、损伤类 型识别算法等，对损伤种类进行分类识别提取。本专利技术还建立一套完整的评价陶瓷磨削表面损伤的软件，针对陶瓷加工表面的各种 损伤，关键性的提出使用3个损伤特征参数(缺陷圆形度、缺陷裂纹度、缺陷长宽比) 和3个损伤程度参数(破碎率、缺陷稳定度、缺陷扩散度)两类评价指标对表面加工损 伤进行相关的定量检测和评价，利用特征参数描述了缺陷目标物的位置，大小，稳定性、 形状等等。利用表面破碎率等来评价加工表面的损伤程度。从而参数化描述了陶瓷材料 产品加工表面损伤的程度和类型。如图1所示，为本专利技术的陶瓷检测系统的架构图，包括计算机系统101、带CCD 摄像仪的数字显微镜103，这些是本专利技术的陶瓷检测系统所需的设备，本系统还包括计 算机系统所用到的其他模块，包括图像数据输入模块104、图像处理模块105、检测与 评价处理模块106、以及数据库107。其中，带有CCD摄像仪的数字显微镜103，用 于获取陶瓷的加工表面图像；并将加工表面图像通过图像数据输入模块传输到计算机系 统，计算机系统利用图像处理模块实现图像处理，及利用算法处理模块实现所需的各个 损伤区域特征参数、损伤程度参数计算；数据库用于计算机系统中的处理数据的存储和读取。如图2所示，为本专利技术的陶瓷加工表面损伤检测系统的图像处理流程图，它包括以下步骤首先将数字显微镜采集到的彩色陶瓷表面数据图像输入计算机系统，步骤201; 对计算机图像进行灰质化处理202;进行图像增强处理，步骤203;进行图像分割处理， 步骤203;其中，图像分割处理有包括两种不同的处理方式，从而计算得出不同的参数， 方式一包括的步骤如下对图像数据进行二值化处理，步骤205;得到二值化图像，步 骤206;进行损伤参数计算，步骤207;得到特征参数，步骤208;得到程度参数，步 骤209。方式二包括的步骤如下进行阈值选取比较，步骤210;生成二值化图像，步 骤211;进行阈值消去处理，步骤212;边缘特征提取，步骤213;进行损伤类型识别，步骤214;量化获取表面破碎损伤，步骤215;以及量化获取微裂纹损伤，步骤216。下面通过具体实施例来具体说明本专利技术的技术方案。本实例借助CCD仪器、数字显微镜等表面分析技术，针对磨削加工对工件表面造成的微裂纹和表面脆断凹坑等各种损伤，利用计算机数字图像处理技术对试验后采集 得到的工件表面图像进行分析处理。1、损伤表面图像预处理。基于工程陶瓷表面损伤图像，选择了适合本专利技术的图像规 定化，进行图像灰度变换处理。在噪声处理中，比较了邻域平均滤波，维纳滤波，中值 滤波，小波滤波等方法，维纳滤波适合去除噪声和小波变换方法滤波效果优于其它方法。 为了增强图像中己被平滑模糊化的细节，在频域增强的方法中，在对图像进行了高通滤波锐化处理效果较好；在空域增强中，而sobel算子比prewitt算子边缘丢失少，锐化 效果更加明显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷加工表面损伤检测系统，通过对计算机收集高效精密磨削过程中加工表面加工状况以及磨削加工表面形貌特征数据进行分类处理，得到损伤的边缘轮廓特征，识别提取出表征加工表面损伤程度的宏观量化指标表面破碎率、稳定度、扩散度和损伤特征参数，该检测系统包括计算机系统、力学表面测试仪、带ＣＣＤ扫描仪的数字显微镜，其特征在于，计算机系统还包括工作表面图像数据输入模块、图像处理模块、算法处理模块、以及数据库；其中：带有ＣＣＤ摄像头的数字显微镜，用于获取陶瓷的加工表面图像，并将加工表面图像通过工作表面图像数据输入模块传输到计算机系统；计算机系统利用图像处理模块实现图像处理，及利用算法处理模块实现所需的各个损伤区域特征参数、损伤程度参数计算；数据库用于计算机系统中的处理数据的存储和读取。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林滨，程应科，韩雷，石振鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]