微觀切削加工表面光照模型與三維形貌重建方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品性能的研究逐漸從宏觀向微觀不斷深入，產(chǎn)品表面的微觀幾何形貌對(duì)它的許多技術(shù)性能和使用功能有很大影響。如何快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)加工表面微觀形貌檢測(cè)成為近年來表面學(xué)研究領(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文根據(jù)所拍攝切削加工表面顯微圖像及對(duì)應(yīng)的表面形貌數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了適用于微觀切削加工表面的光照模型，并采用明暗恢復(fù)形狀（簡(jiǎn)稱SFS，ShapeFromShading）算法對(duì)切削加工表面微觀形貌進(jìn)行三維重建，為實(shí)現(xiàn)加工表面微

2、觀形貌檢測(cè)提供了新的方法和思路。
　　分析了切削加工表面顯微視覺成像過程的投影類型、光源性質(zhì)和CCD成像方式等對(duì)圖像灰度分布特性的影響。適用LeicaDCM3D共聚焦形貌測(cè)量與拍照功能，獲取了車削、銑削和鏜削粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊表面三維形貌數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)顯微圖像，為研究加工表面微觀反射特性與光照模型奠定了基礎(chǔ)。
　　研究了工件表面圖像的預(yù)處理算法，對(duì)原始圖像進(jìn)行了灰度化處理與分辨率變換;分析了加工表面圖像灰度分布特點(diǎn)與拍照過程中影響

3、因素，對(duì)圖像噪聲特點(diǎn)進(jìn)行了估計(jì)，利用中值濾波完成了對(duì)圖像中所含噪聲的消噪處理;結(jié)果表明，經(jīng)過預(yù)處理后的圖像灰度能較準(zhǔn)確的反映高度值的變化，為切削加工表面三維形貌重構(gòu)做了準(zhǔn)備。
　　從光度學(xué)角度出發(fā)介紹了光照模型的光學(xué)原理，對(duì)現(xiàn)有光照模型的原理、適用條件和模型參數(shù)進(jìn)行分析。采用現(xiàn)有光照模型對(duì)微觀加工表面進(jìn)行圖像合成，通過加工表面合成圖像與實(shí)際圖像誤差分析了模型參數(shù)的取值，并采用最小二乘優(yōu)化方法求解參數(shù)最優(yōu)值，根據(jù)各模型參數(shù)最優(yōu)值所合

4、成的圖像誤差在30％～50％。本文根據(jù)微觀切削加工表面特點(diǎn)提出了改進(jìn)光照模型，基于該模型的切削加工表面合成圖像誤差在20％左右。
　　研究了基于改進(jìn)光照模型的SFS最小化方法，對(duì)車削、銑削和鏜削加工表面進(jìn)行了三維形貌重建，重建誤差較大。本文使用最小化方法結(jié)合小波多尺度分析的方法對(duì)切削加工表面進(jìn)行了三維重構(gòu)，該方法的重構(gòu)結(jié)果精度比傳統(tǒng)方法提高很多，為重建切削加工表面三維形貌提供了新方法和思路，對(duì)實(shí)現(xiàn)表面粗糙度的在線檢測(cè)具有重要意義。