红外与激光工程
2023, 52(12): 20230348
1 桂林理工大学机械与控制工程学院，广西 桂林 541006
2 桂林理工大学外国语学院，广西 桂林 541006
3 扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225009
基于机器视觉的粗糙度测量方法大多是根据粗糙度关联指标建立预测模型，或者利用深度学习网络建立无指标预测模型，而这两类方法均存在着不足。一方面，人工设计指标的计算过程复杂，不利于在线检测。另一方面，深度学习模型则严重依赖大数据，数据量不足难以训练出有效的模型。针对以上问题，本文提出一种基于图神经网络的铣削表面粗糙度测量方法。该方法在训练阶段获取了自主学习的能力，而后仅需要少量铣削样本就能够完成铣削工件的粗糙度测量。试验结果表明，本文方法在铣削工件的粗糙度测量上不仅能够自动提取特征，而且表现出了较高的精度和良好的光照环境鲁棒性。
表面粗糙度测量 图神经网络 小样本问题 特征自提取 光照环境 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2324001
西安工程大学电子信息学院, 陕西 西安 710048
针对周期性纹理背景影响织物缺陷检测效果的问题,提出了一种基于粗糙度测量和颜色距离的织物缺陷检测方法。该方法先将待检测图像由RGB颜色空间转换到HSV颜色空间,并分别对三通道进行同态滤波处理,以提升缺陷与背景之间的对比度;利用粗糙度测量对织物图像进行分类,并将同一类别的织物图像分成大小相同且互不重叠的图像分块,分别估计各个图像分块与其八邻域图像分块的颜色距离,从而实现对缺陷的粗定位;最后对粗定位图像分块进行显著性和二值化处理,有效减少了周期性纹理背景对检测结果的影响。实验结果表明:与近期4种方法相比,本文方法对周期性纹理织物图像表现出了较好的检测效果,检测准确率更高。
图像处理 织物缺陷检测 同态滤波 粗糙度测量 颜色距离 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0410008
同济大学 物理科学与工程学院, 上海 200092
利用相干或部分相干光被粗糙表面散射产生的散斑现象进行表面粗糙度测量是一类有应用前景的在线测量技术。研究了窄带连续谱光束被随机粗糙表面散射形成的远场散射光场的散斑延长效应和将其应用于表面粗糙度测量的可行性。理论和模拟研究表明: 随着观测点逐渐远离散射光场中心, 散斑延长率越来越大; 在相同的观测位置, 表面的粗糙度越小, 散斑延长率越大。构建以超辐射发光二极管(Superluminescent Diode,SLD)为光源的实验系统, 以散斑延长率衍生的光学粗糙度指标来衡量表面粗糙度, 对电火花加工的表面粗糙度对比样块进行粗糙度测量实验, 结果表明光学粗糙度指标随着被测表面粗糙度的增加而单调递减。比起一组分立波长的光源, 采用窄带连续谱光源的表面粗糙度测量系统有更大的测量范围。
表面粗糙度测量 散斑自相关 散斑延长效应 超辐射发光二极管 surface roughness measurement speckle autocorrelation speckle elongation effect SLD 红外与激光工程
2019, 48(7): 0717003
海底微地形粗糙度作为海底沉积物重要的物理性质，对于海洋工程以及海洋科学考察都有着重要意义，如何利用光学理论进行海底微地形粗糙度测量，是近年来该领域研究关注的热点。基于光学中的从明暗恢复形状（shame from shading,SFS）算法，提出一种快速的海底微地形粗糙度测量算法，在模型构建同时，添加水下光传播时的吸收和衰减模型，测量出海底的微地形，并用幂律形式进行参数拟合，以表征粗糙度。仿真证明该算法具有95%的置信度，是一种适用于海底微地形粗糙度测量的光学算法，并经过实验验证，证明其有效性和正确性。
海洋技术 海底声散射 从明暗恢复形状 海底微地形粗糙度测量 marine technology seafloor acoustic scattering shape from shading measurement of seafloor micro-topography roughness
1 内蒙古科技大学 机械工程学院,包头 014010
2 坎特伯雷大学 物理科学学院 应用光学系, 坎特伯雷
为了实现球轴承中球体在制造加工中快速准确的测量, 采用白光干涉技术、图像处理技术和信号处理技术组建了一整套的基于迈克尔逊干涉仪的测量系统。对白光干涉技术进行了理论分析, 对轴承球体进行了光学球面半径的高精度测量和粗糙度测量, 取得了光洁度图像和曲率半径图像。在大量实验论证的基础上经过处理和计算得到了精确的计算数据, 光洁度分辨率可达到纳米量级, 曲率也可以计算到微米量级。结果表明, 利用此技术可以对球面进行快速精确的测量, 提高了加工质量和检测速度。
激光光学 全场光学相干层析成像 相移干涉法 曲率测量 粗糙度测量 鲁棒高斯回归滤波器 laser optics full-field optical coherence tomography phase-shifting interferometry curvature measurement toughness measurement robust Gaussian regression filter
在物面系综平均双波长散斑相关法基础上，提出了双波长数字散斑相关方法测量表面粗糙度；模拟研究了双波长散斑场空间相关参数及在两单波长散斑图像中样本子区与目标子区的位置关系；实验探讨了数字图像处理的窗口尺寸对空间相关峰值的影响；对平磨和抛喷丸表面样块的粗糙度测量实验表明，双波长散斑场空间相关参数能有效表征表面粗糙度。新的测量方法具有数据采集速度快、表征参数稳定性好的特点。
测量 表面粗糙度测量 双波长数字散斑相关 散斑角度扩散
粗糙表面产生的多波长远场散斑图案的散斑延长现象可以用来进行表面粗糙度测量。以抛喷丸表面为研究对象，具体介绍了多波长散斑自相关表面粗糙度测量方法。根据多波长散斑图案的各向同性径向辐射的特征，提出了适用的数字图像处理方法。探讨了局部自相关函数特征长度的选取、数字图像处理过程中的局部窗口尺寸和散斑图像的饱和曝光比等因素对散斑延长效应的影响。通过拍摄和处理每一样品表面多个位置的多波长远场散斑图像，计算了Ra分别为0.4,0.8,1.6和3.2 μm的表面样块的光学粗糙度指标值。结果表明，该光学粗糙度指标能很好反映被测表面的粗糙程度。
光学测量 表面粗糙度测量 多波长散斑自相关 散斑延长效应
装甲兵工程学院装备再制造工程系, 北京 100072
为了对平磨表面粗糙度进行快速在线检测, 基于机器视觉原理提出了一种平磨表面粗糙度检测方法, 研究了平磨表面粗糙度评定参数。该方法利用CCD提取粗糙度Ra在0.1～1.6 μm之间的平磨表面图像, 运用中值滤波、图像边缘增强和图像二值化等对图像进行预处理, 然后通过特征参数提取平磨表面粗糙度信息。试验结果表明, 在入射光强为0.7×104～1.3×104 lux、入射角为30°～50°时, 均方根(RMS)差随Ra的减小而不断减小。当光源入射角在30°, Ra>0.3 μm的情况下, 陡峭度与Ra具有良好的相关性; 当光源入射角在50°, Ra>0.4 μm的情况下, 陡峭度与Ra具有良好的相关性。
机器视觉 粗糙度测量 图像处理 平磨表面
激光经过被测表面反射和散射后,通过自由空间传播至观察面上形成散斑图像,其统计分布依赖于被测表面的微观形貌.分析此散斑图像的二阶统计特性,导出了强度变化的相关函数和表面粗糙度参数之间的关系.以表面粗糙平均值Ra分别为0.1μm,0.2μm, 0.4μm和0.8μm的平磨标准金属样块形成的散斑图像为例,根据强度变化相关函数的离散化定义,计算得到该相关函数值.结果表明,表面越粗糙,散斑越分散,强度变化的相关函数波动越大.因此,该参数可以反映不同的粗糙面,用其作为表征表面粗糙度的特征参数,扩大了测量范围.该方法实验系统简单,对于实际测量环境要求不高,对震动不是非常敏感,适于在线测量.
表面粗糙度测量 散斑图像 强度相关函数
