基于图像处理的单层CBN砂轮磨粒分布评价计算方法

摘要

随着现代制造业中以磨代车、以磨代镗等工艺的应用逐渐推广，超硬磨料刀具的使用率越来越高。其中单层CBN砂轮的应用更是越来越广泛，生产规模也是逐年增加。但是这种砂轮的生产工艺仍然不够成熟，如CBN磨粒容易脱落、砂轮容屑空间不足导致磨削失效、成品砂轮检测手段的缺失等，其中一个重要原因在于砂轮制造过程中未充分考虑CBN磨粒的分布问题。
　　本文围绕单层CBN砂轮磨粒的分布问题展开研究。由于CBN磨粒的尺寸都在微米级别，一般的检测手段已经不能适用，因此提出了基于图像处理的磨粒分布评价方法。首先要解决CBN磨粒的成像问题，设计了一种采用X-Y工作台、单片机控制、使用工业数码显微镜的砂轮磨粒专用的自动成像装置。并利用汇编语言编写了装置的控制程序，实现对成像过程的半自动控制。
　　基于MATLAB图像工具箱对采集的磨粒图像进行了降噪、分割和边缘检测处理。降噪流程包括使用阈值法对图像进行平滑处理，利用中值滤波消除脉冲噪声及利用小波降噪消除高斯白噪声。选择了HSI阈值法进行图像分割，使得磨粒与背景区分的同时对磨粒的细节有较好的保留。使用了高斯——拉普拉斯算子进行边缘检测，突出了磨粒的轮廓。
　　对单层CBN砂轮在横向和纵向上对磨粒的分布进行了相关研究。横向上，针对砂轮磨粒的分布问题，提出将松散部分的磨粒数方差和磨粒堆积后出现区域连通的比面积方差结合起来的综合评价方法;纵向上利用砂轮的两次成像使用人眼成像法对磨粒进行三维重构，很好的反映了磨粒工作面的形貌信息。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外发展动态

1．3 课题研究的主要内容

1．4 本章小结

第二章 单层CBN砂轮表面形貌图像的采集

2．1 单层CBN砂轮表面形貌图像采集装置的整体设计方案

2．2 结构部分的设计

2．2．1 图像采集装置X-Y工作台的设计

2．2．2 步进电机的选择

2．2．3 数码显微镜的选用

2．3 控制系统的硬件设计

2．3．1 单片机CPU

2．3．2 单片机CPU的接口设计

2．3．3 步进电机驱动的原理和设计

2．3．4 传感器和人机界面的设计

2．3．5 直流电源的选择

2．3．6 控制系统电路图

2．4 控制系统的软件设计

2．4．1 主程序模块

2．4．2 键盘扫描模块

2．4．3 数码管显示模块

2．4．4 延时程序模块

2．5 单层CBN砂轮表面形貌图像的采集实验

2．5．1 图像采集设备的调试

2．5．2 单层CBN砂轮磨粒图像采集实验

2．6 本章小结

第三章 图像处理技术在砂轮形貌分析中的应用

3．1 磨粒图像的预处理

3．1．1 图像的平滑处理

3．1．2 图像的中值滤波处理

3．1．3 图像的小波降噪处理

3．2 磨粒图像的分割处理

3．2．1 灰度阈值法

3．2．2 RGB阈值法

3．2．3 HSI阈值法

3．3 图像的边缘检测

3．3．1 灰度梯度算子

3．3．2 Sobel算子

3．3．3 Roberts交叉算子

3．3．4 高斯-拉普拉斯算子

3．4 本章小结

第四章 单层CBN砂轮磨粒分布评价计算方法

4．1 影响砂轮磨粒分布的因素

4．2 砂轮磨粒有序分布对加工性能的影响

4．3 单层CBN有序分布技术简介

4．4 单层CBN砂轮磨粒的横向分布浓度

4．4．1 磨粒面积的测量及其MATLAB实现

4．4．2 砂轮微元区域的选取

4．4．3 磨粒轮廓的识别

4．4．4 单层磨粒饱和状态时的分布浓度

4．4．5 小颗粒单层CBN砂轮磨粒分布评价方法

4．4．6 单层CBN砂轮磨粒分布的综合评价方法

4．5 单层CBN砂轮磨粒的三维重构研究

4．5．1 人眼成像法原理

4．5．2 人眼成像法的算法

4．5．3 实验结果分析

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文