磨粒檢測數(shù)字化方法的研究.pdf

1、近年來，摩擦學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)特性的描述與辨識(shí)日益引起學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的重視與關(guān)注。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，其摩擦學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)特性與機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況密切相關(guān)。摩擦學(xué)研究依賴于對(duì)磨損量、表面形貌、磨粒特征等參數(shù)輸出量分析，通過大量的、科學(xué)的、動(dòng)態(tài)的測量、描述和分析，并在此基礎(chǔ)上確定磨損機(jī)理，其中磨粒的一些特征的采集與分析是機(jī)械磨損重要的研究一個(gè)方面。 本文首先根據(jù)油池中的磨粒運(yùn)動(dòng)數(shù)字錄像，對(duì)磨粒在油池中的運(yùn)動(dòng)、沉淀、翻滾、自鎖等特性進(jìn)行了

2、定性的研究，分析了產(chǎn)生四種磨粒狀態(tài)的條件。在此基礎(chǔ)上，提出油池豎直放置方法，解決了磨粒圖像采集時(shí)，視景中的磨粒堆積問題。 本文重點(diǎn)著眼于磨粒圖像數(shù)字化的工作。首先從圖像采集的過程入手，編制了大量的程序，實(shí)現(xiàn)了磨粒圖像的視頻采集，磨粒圖像的預(yù)處理、濾波、分割、標(biāo)號(hào)以及磨粒參數(shù)的采集等功能，并根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)磨粒圖像數(shù)字形態(tài)參數(shù)進(jìn)行了梳理。在此基礎(chǔ)上，對(duì)磨粒的輪廓、紋理和顏色進(jìn)行更深一步的研究。在磨粒的輪廓特征分析中，編制從搜索磨粒

3、邊緣輪廓得到輪廓點(diǎn)坐標(biāo)的定位程序。然后為分析方便，對(duì)輪廓點(diǎn)序列進(jìn)行付里葉變換得到其頻域信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算了不同頻率的功率譜，建立了邊緣輪廓和頻譜之間得計(jì)算關(guān)系。最后，根據(jù)連續(xù)函數(shù)的曲率表示方法，分析了適合于計(jì)算機(jī)程序表示的輪廓曲率的表示方法，建立了曲率表示模型，確定了磨粒分析指標(biāo)，即曲率的峰度、偏度、均方差和差分均值等，通過模糊數(shù)學(xué)分析了四種磨損磨粒與這些參數(shù)的關(guān)系。在磨粒表面紋理分析中，通過檢測磨粒表面紋理法線上亮度極小、極大值的紋理分析

4、方法分析了滑動(dòng)磨粒與疲勞磨粒差別，通過灰度共生矩陣進(jìn)行紋理分析四種不同類型的磨粒圖像，通過主成分分析分析方法對(duì)磨粒顏色特征進(jìn)行識(shí)別，以及根據(jù)磨粒輪廓方向判斷磁性磨粒和非磁性磨粒。 在磨粒三維形貌的研究中通過分析顯微鏡的景深對(duì)成像的影響，建立顯微鏡的景深內(nèi)圖像信號(hào)與景深外的圖像信號(hào)的比較方法，該方法基于一階和二階微分算子以及小波圖像處理原理對(duì)視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)處理后的視頻圖像通過設(shè)定閾值劃分景深范圍，分割出每幀圖像的景深內(nèi)部分

5、，然后通過布爾代數(shù)運(yùn)算將不同景深成像拼接成多層次的磨粒圖像，進(jìn)而建立磨粒的三維表面。該方法可以彌補(bǔ)電子掃描顯微鏡只能采集單色圖像的缺點(diǎn)，通過顯微鏡采集彩色的表面紋理。 在鐵譜定量分析研究方面，結(jié)合對(duì)EQD210-10柴油機(jī)進(jìn)行的1000小時(shí)臺(tái)架可靠性試驗(yàn)油樣，在圖像處理的基礎(chǔ)上，通過研究鐵譜圖片的二值化方法，根據(jù)顯微鏡成像特點(diǎn)，提出了基于背景補(bǔ)償?shù)姆指罘椒?，得到磨粒的分布二值圖。在此基礎(chǔ)上，對(duì)磨粒的覆蓋面積比率進(jìn)行定量分析，并與

6、PQP磨粒測量指數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，試驗(yàn)表明二者具有較好的相關(guān)性。 往往通過一種特征參數(shù)不能完全識(shí)別磨粒，需要多參數(shù)分析才能完成磨粒的識(shí)別，因此必須從信息融合角度，對(duì)油液中磨粒的形態(tài)、輪廓、表面紋理、顏色、大小與磨損的關(guān)系多角度進(jìn)行融合分析，不同類型的參數(shù)取長補(bǔ)短，建立磨粒數(shù)字特征與磨損的關(guān)系。在磨粒類型分類方面，一方面應(yīng)用聚類分析對(duì)磨粒的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行聚類，另一方面采用模糊數(shù)學(xué)中的模糊推理對(duì)磨粒輪廓的曲率參數(shù)進(jìn)行分類，都取得了滿意的