[发明专利]基于小波包纹理分析的非接触式表面粗糙度测量方法

说明书

本发明属于表面粗糙度检测技术领域，具体涉及一种基于小波包纹理分析的非接触式表面粗糙度测量方法，包括以下步骤：(1)获取表面粗糙度激光散斑图像；(2)对获取的激光散斑图像进行小波包分析；(3)计算经步骤(2)处理后的激光散斑图像的纹理特征值，并确定该纹理特征值与表面粗糙度的相关性，建立其与被测样品的表面粗糙度模型；(4)实际测量时，将所获取的待测物体表面激光散斑图像带入表面粗糙度模型中，计算出实际的表面粗糙度值；利用本发明的方法测量时，测量的设备简单，对于环境要求低，能够克服触针式测量仪的缺点，为表面粗糙度在线、实时、快速、自动化测量提供了一种全新的途径。

技术领域

本发明属于表面粗糙度检测技术领域，具体涉及一种基于小波包纹理分析的非接触式表面粗糙度测量方法。

背景技术

表面粗糙度是机械加工中描述表面微观形貌最常用的参数，直接影响到机器和仪表的使用性能和寿命。并且随着技术与科学研究的发展对表面粗糙度测量技术要求也越来越高。这是由于一方面计算机运算能力、控制技术的提高及对测量仪器的市场需求；另一方面尖端技术、国防工业及精密工程等对工件表面质量要求的提高。

目前市场上已有的表面粗糙度测量仪器主要分为接触式和非接触式两大类，其所代表的仪器分别为接触式触针轮廓仪和非接触式光学电镜显微仪器。其中，接触式触针轮廓仪所存在的不足是：触针易划伤被测表面、难以准确地使触针的走向与表面微观加工纹理方向垂直，易导致误差较大，精度低，测量速度慢，对外界环境要求高；非接触式光学电镜显微仪器测量的不足是：需在真空下测量，被测表面导电，测量速度慢且复杂。都无法实现表面粗糙度的在线、非接触测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于小波包纹理分析的非接触式表面粗糙度测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于小波包纹理分析的非接触式表面粗糙度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取表面粗糙度激光散斑图像；

(2)对步骤(1)中获取的激光散斑图像进行小波包分析，该小波包分析采用的算法步骤为：

S1：选择具有正交性、紧支撑性、以及对称性和光滑性好的sym系列小波基函数：

S2：在步骤S1确定的sym系列小波基函数的基础上对激光散斑图像进行一层分解，选择小波基函数；香农熵是对信息量进行度量的物理量，信息的不确定性直接决定了信息的大小，信息量越大，香农熵就越小，同时，表面粗糙度信息包含在激光散斑图的中高频子图。

使用sym系列小波基函数对激光散斑图像进行一层分解，选择小波基函数分解得到高频细节香农熵值之和占总香农熵值的比例最小的sym小波基函数作为最优小波基函数；

其中，香农熵的计算公式为：

其中，p(i，j)表示散斑图像在(i，j)位置的灰度值，

M表示激光散斑图像所对应灰度图矩阵的行数，

N表示激光散斑图像所对应灰度图矩阵的列数；

S3：在步骤S2确定小波基函数的基础上，对激光散斑图进行小波包建模分析，寻找最优小波支；

分别计算并比较每个节点分解后的三个高频子节点的香农熵值，找出熵值最小的一支与其父节点的熵值进行比较，若熵值最小的子结点的熵值大于父节点的熵值，则去除子结点，保留父节点，该父节点则为最优支；若熵值最小子结点的熵值小于父节点的熵值，则将该子节点继续分解，直到找出熵值最小的一支，则该支为最优小波支；

其具体的步骤如下：