多角度成像显微镜和铁谱磨粒三维形貌重建方法技术

本申请涉及一种多角度成像显微镜和铁谱磨粒三维形貌重建方法。该方法包括：利用多角度成像显微镜采集不同角度的铁谱磨粒二维图像信息；对所述不同角度的铁谱磨粒二维图像信息进行处理，建立铁谱磨粒二维图内各个轮廓角点到铁谱磨粒三维形貌各个坐标点的索引，获得铁谱磨粒三维点云；通过光束调整法对铁谱磨粒三维点云进行细化，利用点云库对细化后的铁谱磨粒三维点云进行重建，生成铁谱磨粒三维形貌，相对于传统的铁谱磨粒二维图像信息分析，能够提取典型铁谱磨粒更多的三维特征形貌信息，有利于分析设备的严重摩擦磨损工况，提高设备故障诊断的准确性和可靠性。设备故障诊断的准确性和可靠性。设备故障诊断的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
多角度成像显微镜和铁谱磨粒三维形貌重建方法


[0001]本申请涉及机械
，特别是涉及一种多角度成像显微镜和铁谱磨粒三维形貌重建方法。

技术介绍

[0002]铁谱分析(Ferrography)是一种从润滑油或液压油中分离、检测和分析磨损颗粒的油液分析技术。其原理是利用铁谱仪的高梯度强磁场，将机械设备运转时运动副内产生的磨损颗粒从润滑介质中分离出来，并使其按粒度大小有序地沉积在显微玻璃基片上制成铁谱片，然后置于铁谱显微镜或扫描电子显微镜下进行观察，通过对磨损颗粒的形状、大小、色泽和表面纹理的分析(定性分析)，以及磨损颗粒数量分布的分析(定量分析)，获得机械设备的磨损类型、磨损程度及磨损部件方面的信息，据此研究机械设备的磨损机理、监测和诊断机械设备的磨损状态和故障原因。
[0003]长期以来铁谱分析主要是基于磨粒的二维图像分析，通过图像处理手段，提取磨粒特征信息对磨粒进行识别，从而判别设备磨损工况。Anderson图谱是早期建立的比较典型、完善的二维铁谱磨粒图像集，对后期的铁谱磨粒图像处理研究提供了很大的帮助，使得基于磨粒分析技术的状态检测与故障诊断有了一定的效果，也一定程度上推动了油液分析技术的发展。
[0004]然而，磨粒的形貌特征是三维的，二维铁谱磨粒图像仅能提取磨粒颜色、尺寸、形状和二维纹理等信息。因此，仅根据磨粒的二维图像形态特征，无法准确获取典型磨损颗粒的厚度、纹理等三维形貌特征信息，不能为设备的工况分析提供充分的磨粒信息。近几年，随着计算机图像处理技术的发展，在借助光学显微镜下使用图像处理技术得到物体表面的三维图像己成为可能，如采用原子力显微镜(AFM)、激光共焦扫描显微镜(LSCM)、激光干涉量程仪(IM)以及立体电子显微镜(3-DSEM)等进行磨粒的三维测量，将颗粒固定在载谱片和载物台上进行测量。
[0005]而目前的测量方式是：通过在与两磁极相平行的水平流道上安装显微摄像头，捕捉流动润滑剂中颗粒的视频图像，该方法一定程度上增加了磨粒分析的多角度视图，但是其图像视角依然有限且较为随机，导致无法采集到需要采集的部分角度视图。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决无法采集到需要采集的部分角度视图的问题的多角度成像显微镜和铁谱磨粒三维形貌重建方法。
[0007]一种多角度成像显微镜，所述多角度成像显微镜包括：成像单元、底座、转动单元、载物台和补光单元；
[0008]所述成像单元与所述转动单元的一端固定连接，所述转动单元的另一端与所述底座活动连接，所述载物台水平安装于所述成像单元的物镜下方，实现所述转动单元带动所述成像单元的物镜，绕平行于所述载物台的轴线在预设角度范围内旋转，使得所述成像单
元的物镜从不同角度对准所述载物台上谱片中的样本；
[0009]所述补光单元水平安装所述载物台的下方，通过所述补光单元把光线集中到所述载物台的所述谱片上。
[0010]在其中一个实施例中，所述载物台包括：中部矩形镂空的二维运动平台、谱片翻转机构；
[0011]所述谱片翻转机构固定于所述二维运动平台的中部矩形镂空处，所述谱片翻转机构用于固定所述谱片，所述谱片翻转机构实现带动所述谱片进行360度翻转。
[0012]在其中一个实施例中，所述谱片翻转机构包括：第一机构固定架、第二机构固定架、第一谱片翻转机构轴、第二谱片翻转机构轴、工字形谱片夹紧部件；
[0013]所述第一机构固定架的第一固定端与所述二维运动平台的中部矩形镂空处的第一边固定连接，所述第一机构固定架的第二固定端与所述第一谱片翻转机构轴的一端活动连接，所述第一谱片翻转机构轴的另一端与所述工字形谱片夹紧部件的一端固定连接，所述工字形谱片夹紧部件的另一端与所述第二谱片翻转机构轴的一端固定连接，所述第二谱片翻转机构轴的另一端与所述第二机构固定架的第一固定端活动连接，所述第二机构固定架的第二固定端与所述二维运动平台的中部矩形镂空处的第二边固定连接。
[0014]在其中一个实施例中，所述多角度成像显微镜还包括：控制单元；
[0015]所述底座的内部镂空，所述控制单元安装于所述底座的内部镂空处，所述转动单元与所述控制单元电连接，所述二维运动平台与所述控制单元电连接，所述谱片翻转机构与所述控制单元电连接，所述成像单元与所述控制单元电连接。
[0016]在其中一个实施例中，所述谱片翻转机构还包括：谱片翻转机构从动带轮、谱片翻转机构同步带、电机固定架、电机主动带轮和电机；
[0017]所述谱片翻转机构从动带轮固定在所述第二谱片翻转机构轴上，所述谱片翻转机构同步带分别与所述谱片翻转机构从动带轮、所述电机主动带轮连接，所述电机主动带轮通过所述谱片翻转机构同步带带动所述谱片翻转机构从动带轮转动，所述电机主动带轮通过所述电机固定架的第一固定端与所述电机固定连接，所述电机固定架的第二固定端与所述二维运动平台固定连接，所述电机与所述控制单元电连接。
[0018]在其中一个实施例中，所述多角度成像显微镜还包括：图像采集器；
[0019]所述图像采集单元设置于所述成像单元的上方，所述图像采集单元与所述控制单元电连接，所述图像采集单元的镜头垂直对准所述成像单元的镜口，使所述图像采集单元根据所述控制单元的控制信号，采集所述成像单元的成像图像。
[0020]在其中一个实施例中，所述多角度成像显微镜还包括：控制面板；
[0021]所述控制面板固定在所述底座的一侧外表面上，所述控制面板与所述控制单元电连接。
[0022]一种铁谱磨粒三维形貌重建方法，所述方法包括：
[0023]利用权利要求1至7中任一项所述的多角度成像显微镜采集不同角度的铁谱磨粒二维图像信息；
[0024]对所述不同角度的铁谱磨粒二维图像信息进行处理，建立铁谱磨粒二维图内各个轮廓角点到铁谱磨粒三维形貌各个坐标点的索引，获得铁谱磨粒三维点云；
[0025]通过光束调整法对所述铁谱磨粒三维点云进行细化，利用点云库对细化后的铁谱
磨粒三维点云进行重建，生成铁谱磨粒三维形貌。
[0026]上述多角度成像显微镜，包括：成像单元、底座、转动单元、载物台和补光单元；成像单元与所述转动单元的一端固定连接，转动单元的另一端与底座活动连接，载物台水平安装于所述成像单元的物镜下方，补光单元水平安装载物台的下方，通过补光单元把光线集中到载物台的所述谱片上，通过实现转动单元带动成像单元的物镜，绕平行于载物台的轴线在预设角度范围内旋转，使得成像单元的物镜从不同角度对准载物台上谱片中的样本，实现了多角度采集的显微拍摄，能够获得样本多个视野范围下的二维形貌图像信息，解决了无法采集到需要采集的部分角度视图的问题。
[0027]上述铁谱磨粒三维形貌重建方法，利用多角度成像显微镜采集到不同角度的铁谱磨粒二维图像信息；对所述不同角度的铁谱磨粒二维图像信息进行处理，建立铁谱磨粒二维图内各个轮廓角点到铁谱磨粒三维形貌各个坐标点的索引，获得铁谱磨粒三维点云；通过光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多角度成像显微镜，其特征在于，所述多角度成像显微镜包括：成像单元、底座、转动单元、载物台和补光单元；所述成像单元与所述转动单元的一端固定连接，所述转动单元的另一端与所述底座活动连接，所述载物台水平安装于所述成像单元的物镜下方，实现所述转动单元带动所述成像单元的物镜，绕平行于所述载物台的轴线在预设角度范围内旋转，使得所述成像单元的物镜从不同角度对准所述载物台上谱片中的样本；所述补光单元水平安装所述载物台的下方，通过所述补光单元把光线集中到所述载物台的所述谱片上。2.根据权利要求1所述的多角度成像显微镜，其特征在于，所述载物台包括：中部矩形镂空的二维运动平台、谱片翻转机构；所述谱片翻转机构固定于所述二维运动平台的中部矩形镂空处，所述谱片翻转机构用于固定所述谱片，所述谱片翻转机构实现带动所述谱片进行360度翻转。3.根据权利要求2所述的多角度成像显微镜，其特征在于，所述谱片翻转机构包括：第一机构固定架、第二机构固定架、第一谱片翻转机构轴、第二谱片翻转机构轴、工字形谱片夹紧部件；所述第一机构固定架的第一固定端与所述二维运动平台的中部矩形镂空处的第一边固定连接，所述第一机构固定架的第二固定端与所述第一谱片翻转机构轴的一端活动连接，所述第一谱片翻转机构轴的另一端与所述工字形谱片夹紧部件的一端固定连接，所述工字形谱片夹紧部件的另一端与所述第二谱片翻转机构轴的一端固定连接，所述第二谱片翻转机构轴的另一端与所述第二机构固定架的第一固定端活动连接，所述第二机构固定架的第二固定端与所述二维运动平台的中部矩形镂空处的第二边固定连接。4.根据权利要求3所述的多角度成像显微镜，其特征在于，所述多角度成像显微镜还包括：控制单元；所述底座的内部镂空，所述控制单元安装于所述底座的内部镂空处，所述转动单元与所述控制单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘同冈，陈玮泽，吕鑫，马骁，刘文军，李广胜，孙德涵，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：