[发明专利]基于干涉图像自相关值曲率特征的表面粗糙度测量方法

说明书

本发明属于用于计量表面的粗糙度或不规则性技术领域，公开了一种基于干涉图像自相关值曲率特征的表面粗糙度测量方法，采用高斯滤波预处理去除干涉图像噪声；应用图像自相关分析法计算图像的二阶统计特征，提取出i方向10个像素偏移量的统计特征曲线；归结不同粗糙度下统计特征曲线的曲线变化，多项式拟合求取曲线最大曲率；应用最小二乘法拟合曲线最大曲率与粗糙度变化之间的函数关系，得到曲率随粗糙度变化的函数方程。本发明既能测量无法产生散斑的高反射光滑表面，又能测量无法产生干涉条纹的粗糙表面，扩大了测量量程；能够有效测量粗糙度较小的高反射表面和粗糙度较大的粗糙表面，扩大了测量的量程，测量结果相对误差最大值为8.6％。

技术领域

本发明属于用于计量表面的粗糙度或不规则性技术领域，尤其涉及一种基于干涉图像自相关值曲率特征的表面粗糙度测量方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：工件表面的粗糙度是反应其表面特征的重要评价参数，机械加工工件表面的粗糙度严重影响了整套机械的使用性能和使用寿命，对整套设备生产的零件也会产生很大的影响，严重降低了零件的生产品质。在机械加工领域表面粗糙度测量是非常重要的，传统的工件表面粗糙度测量方法主要分为接触式有损测量和非接触式无损测量两类。接触式测量方法主要通过机械触针在工件表面移动，将触针上下移动的量转化为电信号，通过计算触针上下移动的变化量来获取工件表面的粗糙度，接触式测量的设备主要有三坐标测量机和表面轮廓仪；非接触无损测量方式主要为光学无损测量，其主要方法有光学探针法、飞行时间法、光学三角法、干涉法和显微镜法等。随着计算机、电子、光学应用技术的发展，光学非接触无损测量技术在如今的表面形貌测量中应用的越来越广泛。目前，光学非接触测量的方式主要分为基于激光散斑图像测量和基于激光干涉图像纹理分析测量两种方式：基于散斑图像测量是根据计算散斑图像的灰度共生矩阵并利用共生矩阵中二阶矩、相关性、对比度、熵等特征的规律与相应的粗糙度值之间的关系来测量工件表面粗糙度，此外还有应用散斑图像自相关特征的分形维度、下降梯度等特征描述值与粗糙度值之间的关系来测量工件表面粗糙度，散斑测量的方式简单、效率高但能够测量的前提必须是对于被测表面可以产生激光散斑的工件，对于光滑程度比较高的高反射表面无法采集其散斑图像也无法对其进行测量这就限制了散斑测量的量程，只能测量粗糙度较大的工件；基于干涉图像测量主要根据提取的干涉条纹的频率计算被测点到参考面之间的距离，通过对被测物表面进行采样测量得出被测物形貌，其中条纹频率获取的方式主要有相移法、傅立叶变换等方式，干涉测量方式测量精度高但后期提取频率的方式计算繁琐且对于干涉条纹的一致性质量要求很高，无法提取出非镜面工件产生的无干涉条纹时干涉散点图像的条纹频率，从而限制了干涉测量的量程，只能测粗糙度比较小的工件。虽然国内外目前有很多基于激光干涉和散斑方式测量粗糙度的方法，但众多研究方法中散斑测量方式只能测量大粗糙度工件，干涉测量方式只能测量小粗糙度工件，且没有很好的解决图像纹理统计特征与表面粗糙度之间的函数关系问题，使高效测量具有一定的局限性。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前有很多基于激光干涉和散斑方式测量粗糙度的方法只能测量大粗糙度工件，干涉测量方式只能测量小粗糙度工件，且没有很好的解决图像纹理统计特征与表面粗糙度之间的函数关系问题，使高效测量具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于干涉图像自相关值曲率特征的表面粗糙度测量方法。

本发明是这样实现的，一种基于干涉图像自相关值曲率特征的表面粗糙度测量方法，所述基于干涉图像自相关值曲率特征的表面粗糙度测量方法采用高斯滤波预处理去除干涉图像噪声；应用图像自相关分析法计算图像的二阶统计特征，提取出i方向10个像素偏移量的统计特征曲线；归结不同粗糙度下统计特征曲线的曲线变化，多项式拟合求取曲线最大曲率；应用最小二乘法拟合曲线最大曲率与粗糙度变化之间的函数关系，得到曲率随粗糙度变化的函数方程。