基于线阵相机的大尺寸砂轮表面形貌快速全场测量方法

发布时间：2020-07-02 16:42

【摘要】：砂轮作为磨削加工的主要磨具,其表面形貌对磨削性能和加工质量具有重要的影响。砂轮表面形貌的快速全场测量方法研究对于获取砂轮表面磨粒特征分布,优化磨削加工工艺,推动超精密磨削加工技术的发展具有重要的现实意义。本文采用线阵相机,构建针对大尺寸砂轮表面形貌全场测量系统,以快速获取砂轮表面全场磨粒图像,通过对磨粒图像的处理,提取和分析砂轮表面磨粒二维形貌特征参数。主要的研究工作包括:(1)测量系统总体方案设计。阐述砂轮表面形貌全场测量检测原理,依据测量需求,确定系统的总体结构设计思路,并对光学系统、运动控制系统和辅助机构等硬件组成进行分析设计。(2)测量系统的校正。阐述系统对准的意义,提出系统对准方案;阐述了图像清晰度评价函数的原理,并比较了不同的图像清晰度评价函数性能,采用sobel清晰度评价函数作为本项目评价函数,并通过引入灰度梯度阈值提高评价函数的准确性,改进爬山算法搜索策略,提升算法的全局性能力,减少算法陷入局部峰值的概率,提高系统的对焦性能;分析引起图像运动失真的原因以及运动失真对测量系统的影响,提出获取无运动失真图像的方法。(3)表面磨粒二维特征提取与分析。对原始图像进行缩放,提升系统处理图像的速度;根据图像的特点,确定合适的图像增强的方式;阐述了一些经典图分割算法的原理,并确定Otsu为本项目分割算法;对经典Otsu算法进行改进,提升图像的分割效果;采用形态学算法去除磨粒和结合剂中的小孔,光滑磨粒边缘,获取有效磨粒区域;分析磨粒质心和磨粒间方位信息,提取磨粒的几何特征参数,统计和分析砂轮表面形貌的二维分布信息。使用本系统对直径为120mm厚度为8mm的钎焊金刚石砂轮和直径为250mm宽度为15mm的烧结金刚石砂轮进行检测,分别耗时80s和295s,实验结果表明,本课题研究的测量检测系统较好的实现对大尺寸砂轮表面形貌的快速测量。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG743;TP391.41
【图文】：

原理图,扫描电镜法,原理图

对于一颗磨粒需要拍摄多层图像，因此检测速度很慢。（3）扫描电镜法其基本原理如图1.3所示，先对被测物进行制样，将样本放于扫描电镜中，电子枪发射的初级电子对样品进行扫描，引起次级电子发射，次级次电子打击到探测器上形成次级电子信号，调制成显象管亮度，因为样品表面形貌差异，将引起次级电子信号的差异，因而显象管相应点的亮度也不同，这样在显象管上将产生清晰的立体图像。谢晋等[11]使用扫面电镜获取砂轮表面的二维形貌信息；涂书桂等[12]用扫面电镜对钎焊金刚石砂轮表面磨粒及其结合剂形貌进行了分析；Kaplonek W ,Nadolny K等[13]使用扫描电镜获得加工后砂轮有效面的状况的评估；Joel Johnson, R Deepak等[14]通过测量修整后砂轮表面粗糙度来显示激光修整的有效性。但是扫面电镜在检测之前需要对砂轮进行镀膜制样，会对砂轮CCDA/D转换计算机压电陶瓷控制电路光源显微物镜分光器被测表面参考镜PZT激光器摄像机砂轮

原理图,激光三角法,原理图,触针法

（6）触针法其基本原理如图 1.5，触针在被测物表面进行平行运动，触针会随砂轮貌垂直运动，触针在垂直方向的运功轨迹反映出表轮表面形貌信息。雷力巫光宇[17]运用触针法获取砂轮表面 X-Z 二维形貌信息；Nadolny K，KaW[18]运用触针法获得砂轮表面粗糙度；Matsui S,Tamaki J 等[19]对传统触针法改进获得磨粒的分布密度，切削刃的形状。触针法能获得砂轮地貌的廓形获得磨粒 X-Z 轴的信息，但并不能获取磨粒 X-Y 轴信息，且容易划伤被检测

【参考文献】