基于聚焦形貌恢复的采煤机截齿磨损测量分析

摘要

截齿是采煤机的关键零部件，其性能好坏直接影响到采煤机的结构强度和使用寿命。磨损是采煤机截齿失效的主要形式，磨损研究对于截齿的及时更换与改进等工作至关重要，同时对提高采煤机的生产效率和降低生产成本也有重要意义。由于受测量手段的限制，目前采煤机截齿的磨损测量方法繁琐、效率低且精度不够。聚焦形貌恢复技术能够实现不规则表面形貌恢复与高度测量，其方法简单，易于操作，成本低，为截齿磨损机理分析及磨损率计算提供实用的测量方案。 为了提升聚焦形貌恢复三维形貌重构精度，针对现有聚焦形貌恢复技术的不足，本文从其关键技术及其性能的主要影响因素入手，对聚焦形貌恢复技术进行改进算法研究。在图像预处理方面，提出了最大最小算子滤波方法；在聚焦评价算法方面，提出了聚焦形貌恢复中自适应评价窗口选择方法与基于区域像素重构的聚焦形貌恢复方法。最终将改进的聚焦形貌算法应用于采煤机截齿磨损测量，搭建截齿图像获取试验台，利用采集的截齿图像，结合聚焦形貌恢复原理完成截齿三维表面形貌恢复与体积计算，并且通过试验验证截齿测量所能达到的精度。 针对图像中的椒盐噪声，摒弃传统遍历式的图像滤波方式，提出了最大最小算子图像滤波方法。设计最大最小算子，此算子可高效检测出图像中的噪声点，仅针对噪声像素点采用非线性中值滤波方法赋予其新的灰度值。此方法既能够有效去除图像噪声，又可以最大程度保持图像原有信息不受破坏，为后续聚焦评价值的准确计算奠定基础。 提出了聚焦形貌恢复中自适应评价窗口选择方法。评价窗口是影响评价函数值计算准确性的重要因素，过小的评价窗口会对图像噪声比较敏感，增大错误值出现概率，随着评价窗口增大，错误值会明显减少，但恢复表面会被过度平滑，丢失表面细节，通常选5×5为最佳选择。自适应评价窗口选择方法根据相邻像素的灰度相关性判定该像素点的评价窗口尺寸，试验证明，相较于固定尺寸的正方形评价窗口，自适应窗口不仅可以减少错误值，而且其对应恢复形貌最接近原表面，综合效果提升明显。 提出了基于图像区域像素重构的聚焦形貌恢复算法，该算法以图像中2×2像素区域为单位，取均值作为该区域的灰度值，对图像序列进行区域像素重构，根据重构图像相邻像素的灰度差异性大小，设计聚焦评价函数，以此确定该区域的聚焦等级。试验结果表明，相较于传统聚焦评价方法，无论是含噪声图像序列，还是无噪声图像序列，本文设计的聚焦评价算法均具备更好准确性，具有可行性和有效性。 基于聚焦形貌恢复技术，利用上述提出的聚焦形貌恢复改进算法，完成截齿三维表面形貌恢复与体积测量方案设计。根据方案需求搭建图像获取试验台，实现截齿序列图像采集，并利用采集的图像恢复出完整的截齿齿尖表面形貌，同时利用其表面深度信息测量出体积。通过验证试验，此测量方法可以使测量的体积准确率达到97%以上，证明了本文所提方法的有效性。

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赵宏盛

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学位论文(终稿)-赵洪盛

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