[发明专利]硬度块压痕直径测量方法及装置

说明书

本发明公开了硬度块压痕直径测量方法及装置，属于布氏硬度的测量与硬度值的传递领域。本发明提出了一套硬度块压痕直径提取方法；建立了硬度块压痕直径测量系统。包括硬度块压痕图像处理，轮廓数据获取以及使用最小二乘法拟合压痕数据得到硬度块压痕轮廓直径。其中硬度块压痕图像处理，轮廓数据获取包括硬度块压痕图像灰度图转化、图像增强和图像滤波、轮廓检测、填充内轮廓、提取轮廓。基于该硬度块压痕直径提取方法发明硬度块压痕直径测量系统。该系统包括硬度块压痕图像拍摄装置、计算机以及基于该压痕直径提取方法设计的软件。本系统实现了快速准确测量硬度块压痕直径并转换成布氏硬度的目的。

技术领域

本发明涉及光学成像系统、图像处理方法及装置、图像处理系统以及材料 硬度值测量领域。

背景技术

当前的硬度块压痕直径测量方法是通过标准刻线尺或者通过显微镜目视测 量的方法。

在硬度值测量中，《JJG 347—2005标准金属布氏硬度块》中说明，压痕测 量装置应用标准刻线尺对最大压痕直径长度直径进行检定。

在《ASTM E10—2014Standard Test Method for Brinell Hardness ofMetallic Materials》中提到，使用具有固定测量线的手持显微镜，在两个相 互垂直的两个方向测量压痕直径。

使用具有固定刻线的硬度块压痕测量平台，人眼通过显微镜寻找硬度块压 痕的边缘，移动平台得到另一个边缘坐标，之后将两个边缘的坐标值相减，即 得到硬度块压痕的直径。

在上述硬度块压痕测量过程中有两个明显的问题：第一，需专业人士测量， 测量精度、稳定性以及一致性；第二，在布氏硬度测量中，选择两个相互垂直 的方向测量压痕直径或者选择有限个点测量压痕直径，测量点的选择具有任意 性，没有考虑其他压痕轮廓点的影响。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现状，提出一种全新的基于图像处理实现的布 氏硬度块压痕直径测量方法和装置。本方法使用相机获取图像，将压痕图像处 理后进行压痕轮廓检测及压痕轮廓提取，用最小二乘法拟合压痕轮廓，得到压 痕最优直径解，并换算为布氏硬度值。

本发明的技术方案是：一种硬度块压痕直径测量方法，包括如下步骤：

步骤一：拍摄待测硬度块压痕得到图像P1。使用CCD相机配合高均匀点光 源拍摄图像，高均匀点光源照射硬度块压痕凹坑，使得水平放置的待测硬度块 上同一水平面所受光强度相同。所以在三维空间里，在硬度块压痕凹坑不同位 置，CCD相机所采集到的灰度值不同，根据上述特征，通过以下步骤进行图像处 理以及压痕轮廓提取。

步骤二：将图像P1转化为灰度图得到图像P2。

步骤三：对图像P2采用直方图均衡化的方法进行图像增强，得到图像P3。 此步骤目的是：将直方图的灰度级概率分布变换为均匀分布，通过调整灰度值 以增强对比度。通过此步骤可以更好得的突出硬度块压痕的圆轮廓。

步骤四：对图像P3进行图像滤波，得到图像P4。滤波的作用是：在压痕图 像上不可避免有一些亮点或者暗点对图像信息造成干扰，不利于后续的轮廓检 测和轮廓提取，所以对P3进行图像滤波，滤除脉冲干扰及图像扫描噪声。可实 现本操作的滤波方法有：均值滤波、高斯滤波、中值滤波、高通滤波、低通滤 波、K近邻均值滤波以及最大均匀性平滑滤波等。

步骤五：对图像P4进行轮廓检测得到图像P5。通过轮廓检测去除去除背景 和压痕轮廓内部的纹理以及噪声干扰的影响。目前轮廓检测方法有两类，一类 是利用传统的边缘检测算子检测目标轮廓，例如利用Sobel算子、Prewitt算子 或者Canny算子检测；另一类是从人类视觉系统中提取可以使用的数学模型完 成目标轮廓检测。