【摘要】：為實現(xiàn)鑄件布氏硬度的在線檢測,應(yīng)用基于機器視覺的布氏硬度自動測量系統(tǒng)采集壓痕圖像,研究壓痕圖像濾波、壓痕圖像輪廓直徑提取、直徑標(biāo)定系數(shù)等算法。根據(jù)壓痕圖像的特點,提出基于粒子群的Snake模型壓痕輪廓提取算法。引入壓痕直徑標(biāo)定系數(shù),解決了視覺測量中的壓痕直徑像素與壓痕物理直徑的換算關(guān)系,并對直徑標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行最小二乘法擬合,提高了測量精度。應(yīng)用布氏硬度在線測量裝置對180~210 HBW標(biāo)準(zhǔn)硬度塊進(jìn)行試驗測試。試驗表明:測量平均誤差為0.72%,測量精度在±2 HBW之間,測量標(biāo)準(zhǔn)差為125 HBW,裝置重復(fù)性好,精度高,完全能夠滿足鑄件的布氏硬度在線檢測要求。
【圖文】：

快等優(yōu)點。1測量方法與原理1.1檢測原理在硬度測量中，布氏硬度試驗測量方法靠性高，因此布氏硬度檢測試驗方法一經(jīng)提出就得到國際的廣泛應(yīng)用。國標(biāo)規(guī)定：布氏硬度試驗測量原理是使用一定直徑的合金鋼質(zhì)圓球施加一定的試驗用力，并保持一定時間后，在被測物表面留下壓痕直徑，其公式表達(dá)式為222HBW0.102π()FDDDd(1)式中，F(xiàn)為規(guī)定的檢測用力，D為規(guī)定的檢測鋼球直徑，d為施加規(guī)定力并保持一定時間后在被測物留下的壓痕直徑。本試驗采用自動化布氏硬度檢測裝置實現(xiàn)壓痕直徑圖像采集，試驗裝置如圖1所示。圖1系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)圖1.升降電動機2.銑削工位電動機3.壓痕工位電動機4.拍照工位電動機5.銑削工位銑刀架6.壓頭工位7.壓痕拍照相機8.機架裝置分為切削部分、壓痕擠壓部分，視覺測量部分。切削機構(gòu)負(fù)責(zé)切削去除鑄件被測點氧化層，主要包含伺服電動機、旋轉(zhuǎn)絲杠、銑頭；擠壓機構(gòu)負(fù)責(zé)應(yīng)用10mm的標(biāo)準(zhǔn)鋼球壓入銑切平面，加載29420N力，并飽載15s完成切削面壓痕，結(jié)構(gòu)主要包含伺服電動機、絲杠、壓頭與壓球；視覺測量機構(gòu)負(fù)責(zé)采集已壓好的壓痕圖像，主要包含工業(yè)相機、光源、伺服電動機。1.2檢測方法本試驗采用直徑為10mm的硬質(zhì)合金鋼球為壓頭，并應(yīng)用29420N的壓力壓入鑄件銑切平面，并飽載15s，鑄件銑切面留有圓形壓痕，應(yīng)用工業(yè)面陣相機測量壓痕直徑，根據(jù)式(1)計算得到布氏硬度值。由式(1)可知，設(shè)鑄件表面壓痕直徑長度為d，相機測量壓痕直徑長度d，可得壓痕直徑標(biāo)定系數(shù)Δ、壓痕實際直徑d和相機提取壓痕直徑d之間關(guān)系為dΔd(2)相機無畸變條件下，不同布氏硬度值對應(yīng)的直徑標(biāo)定系數(shù)Δ相同，故壓痕直徑d由式(2)可得dΔd(3)由式(2)可知，測量布氏硬度值只需每次提取面陣相機測量

月2017年1月單忠德等：基于機器視覺鑄件布氏硬度在線檢測技術(shù)研究1592壓痕輪廓提取算法2.1壓痕壓力設(shè)計擠壓運用模糊控制原理和方法控制步進(jìn)電動機運轉(zhuǎn)速度，脈沖信號的誤差和誤差瞬間變化作為輸入對象，利用控制規(guī)則對非線性控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修正。使壓頭加載19420N壓力并在被測點上飽載15s，壓力實測曲線如圖2所示。圖2壓力曲線保持圖2.2圖像預(yù)處理現(xiàn)場工作環(huán)境和設(shè)備自身影響了圖像采集質(zhì)量，壓痕圖像含有各種噪聲與亮度不均。因此，輪廓提取之前需要對圖像進(jìn)行預(yù)處理改善圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的線性增強無法滿足實際需求，本文采用基于Gamma曲線增強方法對圖像進(jìn)行非線性增強。設(shè)獲取圖像經(jīng)灰度變化后得到圖像f，為面陣相機入射光線強度[11]，則入射光線強度與輸出圖像之間的關(guān)系為fcr(4)相機采集圖像，入射光線與圖像灰度值成正比關(guān)系[12]，可得1fgkr(5)圖像經(jīng)Gamma增強后，得到圖像如圖3所示。圖3a為增強前圖像，圖3b為增強后的圖像，從圖3中可以看出，經(jīng)Gamma圖像增強后，圖3b中的壓痕輪廓與背景圖像區(qū)分更加明顯，，圖像得到改善。對于獲取的圖像夾雜著不同程度的椒鹽噪聲，而普通的均值濾波雖然能夠很好地抑制椒鹽噪聲，但容易丟失圖像邊緣信息，造成測量不準(zhǔn)。而噪聲基本處于高頻地段[13]，本文應(yīng)用能量最小化的中值濾波方法，實現(xiàn)圖像濾波處理。圖3圖像增強前后對比在數(shù)字圖像中，鄰域系統(tǒng)能夠幫助建立像素之間的關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)字圖像處理的問題。設(shè)一副數(shù)字圖像為(,),1,2,,iifxyiM，j1,2,,M，f(i,j)為圖像中的某一像素點，在f(i,j)的鄰域系統(tǒng){|}ppNNU內(nèi)，有一個以f(i,j)為中心點的鄰域空間*pN，鄰域內(nèi)圖像上的像素點*(,)pfijN的能量函數(shù)為E(f)

【參考文獻(xiàn)】

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1 唐利明;田學(xué)全;黃大榮;王曉峰;;結(jié)合FCMS與變分水平集的圖像分割模型[J];自動化學(xué)報;2014年06期

2 郭東明;孫玉文;賈振元;;高性能精密制造方法及其研究進(jìn)展[J];機械工程學(xué)報;2014年11期

3 劉利雄;馬忠梅;趙恒博;姚宇華;張麒;;一種基于主動輪廓模型的心臟核磁共振圖像分割方法[J];計算機學(xué)報;2012年01期

4 李彥;汪勝前;鄧承志;;多尺度幾何分析的圖像去噪方法綜述[J];計算機工程與應(yīng)用;2011年34期

5 陳波;李付國;何敏;;延性金屬材料損傷變量的實驗表征方法研究[J];稀有金屬材料與工程;2011年11期

6 李丹丹;郭一通;于達(dá)仁;;應(yīng)用模糊集結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取布氏硬度壓痕圓[J];自動化技術(shù)與應(yīng)用;2011年06期

7 周飛;;布氏硬度測量誤差分析[J];計量與測試技術(shù);2011年03期

8 王中宇;葛樂矣;佟杰;席同鑫;;乏信息材料布氏硬度測量誤差的灰自助預(yù)報[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2010年05期

9 敖勤;許寶杰;李天劍;常城;;布氏硬度圖像自動測量及其Matlab實現(xiàn)[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年04期

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 翟鵬飛;石成英;;基于新的邊緣保真項的有偏法向梯度向量流snakes模型[J];計算機應(yīng)用;2016年S2期

2 尹慧平;張耀楠;何穎;;基于CT圖像的全心臟分割方法研究[J];現(xiàn)代計算機(專業(yè)版);2016年32期

3 單忠德;張飛;任永新;張靜;聶軍剛;;基于機器視覺鑄件布氏硬度在線檢測技術(shù)研究[J];機械工程學(xué)報;2017年01期

4 李曉寧;厲元杰;幸浩洋;陳玉成;;一種帶心肌瘢痕的心臟磁共振圖像左室壁分割方法[J];四川大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年05期

5 劉衛(wèi)萍;;基于特征零件制造并進(jìn)行設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用研究[J];南方農(nóng)機;2016年09期

6 李龍;李言;姚遠(yuǎn);楊明順;袁啟龍;董皓;;分體夾裝式冷滾打主軸設(shè)計及可靠性分析[J];中國機械工程;2016年18期

7 胡彪;周則明;陳超遷;宋興瑞;曹磊;;一種基于區(qū)域競爭法的紅外圖像分割水平集模型[J];紅外;2016年09期

8 余斌;潘江如;黃勇;尹君馳;;基于表面質(zhì)量的小型精密零件切削工藝優(yōu)化[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2017年01期

9 王延波;;關(guān)于薄小零件加工及優(yōu)化分析[J];山東工業(yè)技術(shù);2016年16期

10 雷明凱;郭東明;;高性能表面層制造:基于可控表面完整性的精密制造[J];機械工程學(xué)報;2016年17期

【二級參考文獻(xiàn)】

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1 賈振元;王永青;王福吉;馬建偉;郭東明;;高性能復(fù)雜曲面零件測量-再設(shè)計-數(shù)字加工一體化加工方法[J];機械工程學(xué)報;2013年19期

2 黃新春;張定華;姚倡鋒;任敬心;;鎳基高溫合金GH4169磨削參數(shù)對表面完整性影響[J];航空動力學(xué)報;2013年03期

3 李滌塵;賀健康;田小永;劉亞雄;張安峰;連芩;靳忠民;盧秉恒;;增材制造:實現(xiàn)宏微結(jié)構(gòu)一體化制造[J];機械工程學(xué)報;2013年06期

4 鄭強;董恩清;;窄帶主動輪廓模型及在醫(yī)學(xué)和紋理圖像局部分割中的應(yīng)用[J];自動化學(xué)報;2013年01期

5 徐文驥;趙涌;孫晶;胡克;宋金龍;;電刷鍍法制備鋼基體超疏水表面的實驗研究[J];中國機械工程;2013年01期

6 吳東江;陳云嘯;盧衛(wèi)鋒;馬廣義;郭玉泉;郭東明;;鈦合金表面直接激光熔覆Al_2O_3-13%TiO_2涂層互熔稀釋特性[J];稀有金屬材料與工程;2012年12期

7 吳志立;朱小鵬;雷明凱;;高功率脈沖磁控濺射沉積原理與工藝研究進(jìn)展[J];中國表面工程;2012年05期

8 徐錦泱;鄭小虎;安慶龍;陳明;;高速銑削TC6鈦合金的刀具磨損機理[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2012年07期

9 ;Analytical modeling of geometric errors induced by cutter runout and tool path optimization for five-axis flank machining[J];Science China(Technological Sciences);2011年12期

10 郭東明;;高性能零件的性能與幾何參數(shù)一體化精密加工方法與技術(shù)[J];中國工程科學(xué);2011年10期

【相似文獻(xiàn)】

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1 趙文成,王洪順,高峰,荀哲;金屬材料布氏硬度智能化檢測系統(tǒng)[J];測控技術(shù);1999年11期

2 吳宏岐;金屬材料布氏硬度檢測微控系統(tǒng)的設(shè)計[J];儀器儀表用戶;2002年06期

3 白福忠;高曉娟;包曉艷;;布氏硬度的圖像測量法[J];激光與紅外;2007年11期

4 李丹丹;劉金福;于達(dá)仁;;應(yīng)用自調(diào)整蛇模型實現(xiàn)提取布氏硬度壓痕圓[J];儀器儀表學(xué)報;2011年12期

5 陶繼增;石偉;李金穎;吳忠燕;;壓電陶瓷在布氏硬度標(biāo)準(zhǔn)機力加載系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];測控技術(shù);2011年11期

6 潘偉;;Visual Basic編寫布氏硬度檢測系統(tǒng)的設(shè)計[J];電子技術(shù)與軟件工程;2014年13期

7 敖勤;許寶杰;李天劍;常城;;布氏硬度圖像自動測量及其Matlab實現(xiàn)[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年04期

8 ;[J];;年期

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1 姚博;蔡力勛;;金屬布氏硬度行為的數(shù)值模擬[A];四川省力學(xué)學(xué)會2010年學(xué)術(shù)大會論文集[C];2010年

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1 ;鋼材力學(xué)性能的主要指標(biāo)有哪些?[N];物資信息報;2005年

本文編號：2562696