一種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，具體包括以下步驟：利用掃描面鏡采集鋼球的磨斑圖像，并將磨斑圖像輸入至計算機；彩色磨斑圖像灰度化，得到磨斑灰度圖f；標尺檢測，得到磨斑標尺初圖CC；計算單位像素的長度HD；計算磨斑灰度圖f的梯度，得到磨斑灰度圖f的梯度圖G；對梯度圖G進行二值化處理，得到梯度分割圖MG。對梯度分割圖MG進行數學形態(tài)學的閉運算，得到梯度連接圖OG；對梯度連接圖OG進行數學形態(tài)學開運算，得到梯度磨斑圖CG：對梯度磨斑圖CG進行去零星操作，得到磨斑初圖CM；對磨斑出圖CM進行填補空洞操作，得到磨斑圖FM；計算鋼球的磨斑直徑。本發(fā)明的方法處理速度快，測量精度高，便于作為永久資料長期保存，可用于新型潤滑劑的研制工作中。
【專利說明】一種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法
【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及一種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法。
【背景技術】
[0002]潤滑油是用在各種機械上以減少摩擦，保護機械及加工件的液體潤滑劑。潤滑油品質主要通過粘度、氧化安定性和潤滑性來判定。粘度是反映潤滑油流動性的指標；氧化安定性表示油品在使用環(huán)境中所表現的抗氧化能力；潤滑性表示潤滑油的減磨性能。一旦潤滑油的抗磨性能下降，將會加劇高溫運轉零部件磨損和擦傷。因此，及時、準確測定潤滑油的抗磨性對于保護機械、延長其的工作壽命尤為重要。
[0003]四球磨損試驗機因結構簡單、操作方便、用油量少，試驗周期短、費用低等優(yōu)點，被用于評價潤滑油的抗磨損性能。根據中國人民共和國石油化工行業(yè)標準，潤滑油抗磨損性能測定方法為:三個直徑為12.7mm的鋼球被夾緊在一油盒中，并被試油覆蓋，另一個同一直徑的鋼球置于三球頂部，受147N (15KGf)或受392N (40KGf)力作用，成為“三點接觸”。當試油達到一定溫度后(75°C ±2°0，頂球在一定轉速下旋轉6011^11，用測量精度為0.01111111的顯微鏡測量下面三個鋼球的磨斑直徑，每個球的磨斑直徑測量兩次，一次沿著油杯中心射線方向，第二次與第一次垂直，試油抗磨損性能通過三個球的六次測量的磨斑直徑的算術平均值來評價，潤滑油的抗磨性能隨著鋼球磨斑直徑的增大而下降。但是方法存在以下不足:一是測量過程中的測量角度很難保證。測量鋼球直徑時，要求測量一次沿著油杯中心射線方向，第二次與第一次垂直，兩次測量的角度常常存在一定偏差。二是磨斑幾乎不可能是規(guī)則的圓形，測量時就很難找到磨斑的等效圓，測量的直徑也會存在較大誤差。三是上球與油杯軸心未對齊或磨斑為橢圓時等情況發(fā)生時，很難保證測量精度。四是測量費時、費力。當測量人員經驗不足或磨斑形態(tài)不規(guī)則時，常常需要進行多次重復測量，費時費力。
[0004]綜上，研究一種快速、準確地測量鋼球磨斑直徑的方法，對于準確判定潤滑油的抗磨性能尤為重要。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，該方法首先利用掃描面鏡采集鋼球磨斑的圖像，利用鋼球磨斑磨痕的梯度信息提取磨斑圖像的磨斑區(qū)，最后計算磨斑區(qū)的面積和直徑。操作人員可依據本方法得到的鋼球磨斑直徑快速、準確的判定潤滑油的抗磨性能。本發(fā)明的方法計算簡單、運行速度快，且精度高，適合在實時系統(tǒng)中采用。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案予以解決:
[0007]—種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，具體包括以下步驟:
[0008]步驟1:利用掃描面鏡采集鋼球的磨斑圖像，并將磨斑圖像輸入至計算機，若掃描面鏡采集的是灰度圖像，則跳過步驟2直接轉入步驟3 ;若掃描面鏡采集的是RGB彩色圖像，則轉入步驟2 ;[0009]步驟2:彩色磨斑圖像灰度化，得到磨斑灰度圖f ;
[0010]步驟3:標尺檢測，得到磨斑標尺初圖CC ；
[0011]步驟4:計算單位像素的長度HD ；
[0012]步驟5:計算磨斑灰度圖f的梯度，得到磨斑灰度圖f的梯度圖G ；
[0013]步驟6:利用式7對梯度圖G進行二值化處理，得到梯度分割圖MG:
[0014]
【權利要求】
1.一種基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟1:利用掃描面鏡采集鋼球的磨斑圖像，并將磨斑圖像輸入至計算機，若掃描面鏡采集的是灰度圖像，則轉入步驟3 ;若掃描面鏡采集的是RGB彩色圖像，則轉入步驟2 ; 步驟2:彩色磨斑圖像灰度化，得到磨斑灰度圖f ； 步驟3:標尺檢測，得到磨斑標尺初圖CC ； 步驟4:計算單位像素的長度HD ； 步驟5:計算磨斑灰度圖f的梯度，得到磨斑灰度圖f的梯度圖G ； 步驟6:利用式7對梯度圖G進行二值化處理，得到梯度分割圖MG:
2.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟2的具體步驟如下: 將采集的RGB彩色圖像記為F，其大小為MXN ；x和y表示像素(x, y)的行和列，I≤X≤M, I≤y≤N, X和y均為整數；(R(x, y), G(x, y), B (x, y))分別表示像素(x, y)的R (Red, R)分量值、G (Green，G)分量值和B (Blue，B)分量值；彩色圖像F的灰度化如式I所示:
f (x, y) = 0.3.R (X，y) +0.59.G (x, y)+0.11.B (x, y) (式 I) 其中，f為磨斑灰度圖，f (X，y)為像素(x，y)的灰度值。
3.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟如下: 磨斑灰度圖f中的白色區(qū)域為標尺，利用該白色區(qū)域的灰度特性即利用式2提取出白色的磨斑標尺初圖CC:
4.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟4的具體步驟如下: 首先，采用8-連通標記磨斑標尺初圖CC中CC (X，y)=l的連通區(qū)域；其次，統(tǒng)計各連通區(qū)域的像素數；再次，提取像素數最多的連通區(qū)域作為磨斑標尺圖CF ;最后，掃描磨斑標尺圖CF的所有列，記像素值CF (X，y) =1的像素點的最左列和最右列的列坐標值分別為P1和Pr?則單位像素的長度HD計算如式3所示:

5.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟5的具體步驟如下: 將梯度圖G中標尺區(qū)的像素的梯度值置為O，將梯度圖G中剩余其它像素區(qū)域的梯度值G(x, y)由式4表示:
G (x, y) = Gx (x, y) +Gy (x, y)(式 4) 其中，G(x，y)為像素點(x，y)的梯度；Gx(x，y)為像素點(x，y)在X方向的梯度；Gy(x, y)為像素點(x，y)在Y方向的梯度。 X方向的梯度Gx(x，y)和Y方向的梯度Gy(x，y)分別通過(式5)和(式6)得到:
6.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟9的具體步驟如下: 首先，采用8-連通標記梯度磨斑圖CG中CG(x，y)=l的連通區(qū)域；其次，統(tǒng)計各連通區(qū)域的像素數；最后，提取像素數最多的連通區(qū)域作為磨斑初圖CM。
7.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟10的具體步驟如下: 對磨斑初圖CM進行數學形態(tài)學的閉運算，得到磨斑圖FM:
8.如權利要求1所述的基于鋼球磨痕梯度的磨斑直徑測量方法，其特征在于，所述步驟11的具體步驟如下: 統(tǒng)計磨斑圖FM中像素值為I的像素數目，利用式10計算鋼球的磨斑直徑D:
【文檔編號】G06T5/00GK103712565SQ201310752721
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】肖梅, 彭朝林, 張雷, 韓光, 馬登輝 申請人:長安大學