一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109596618A(43)申请公布日2019.04.09(21)申请号201811597681.9(22)申请日2018.12.26(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号(72)发明人董志国刘建成张晓东白小云(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人李富元(51)Int.Cl.G01N21/84(2006.01)G01B11/24(2006.01)G01B11/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量方法(57)摘要本发明涉及机械工程中的机械制造技术领域和图像测量技术领域，特别涉及三维金相测试领域。一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量方法，将微观多相结构材料试件做成金相测试的试样通过第一砂轮、第二砂轮、第三砂轮进行试磨削，同时通过第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头采集试样上表面图像，用边缘检测、亚像素细分算法确定断层图像中各相边界的轮廓数据，用八领域连码跟踪和NURBS自由曲面重构方法进行各相封闭边界的三维模型重构，通过布尔运算得到各相的三维实体模型。CN109596618ACN109596618A权利要求书1/2页1.一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量方法，按照如下的步骤进行：步骤一，将微观多相结构材料试件做成金相测试的试样（20），然后将试样（20）放置在托盘（3）上，然后通过夹子（17）夹紧试样（20）；步骤二，启动砂轮转位电机（28）、X向直线往复电机（34）和Y向直线往复电机（21），使第一砂轮（37）位于试样（20）正上方，向下移动横梁（10），采用第一砂轮（37）对试样（20）进行试磨削，直到试样（20）表面全部被砂轮磨削到为止；步骤三，保持横梁（10）位置不变，驱动X向直线往复电机（34）和Y向直线往复电机（21），使图像采集装置位于试样（20）正上方，启动图像采集电机（13），分别用第一显微镜头（14）、第二显微镜头（15）、第三显微镜头（16）采集试样（20）上表面图像，调节图像采集器（11），直到得到聚焦清晰的试样（20）表面图像，按照测试要求确定所采用的显微镜头，记下Y向工作台在测量坐标系中X、Y向的坐标值（x0,y0），将该位置作为采集图像时图像采集装置在测量坐标系中XY平面的位置点；步骤四，采用张正友标定法，考虑二阶精度时的径向畸变，通过11×11微棋盘标定板对图像采集装置和步骤三中确定的显微镜头进行标定，获取图像采集装置和对应显微镜头的6个内部参数和2个外部参数矩阵，完成图像采集装置和对应显微镜头的标定；步骤五，驱动X向工作台和Y向工作台，将试样移动到第一砂轮（37）下方；驱动Z向工作台（38）让可转位精密平面磨抛装置和图像采集装置一起沿测量坐标系的Z向进给，步长范围设为1~5μm的定值，先采用第一砂轮（37）对试样（20）进行粗磨削，再采用第二砂轮（30）对试样（20）进行细磨削，最后采用第三砂轮（39）对试样（20）进行抛光；保持图像采集装置的位置不变，记下图像采集装置在测量坐标系中的Z向坐标值zi0，然后将Y向工作台（22）驱动到测量坐标系的（x0,y0）点，用图像采集装置和步骤三中确定的显微镜头进行试样（20）表面的图像采集，在该位置连续采集N张试样（20）表面的断层显微图像，记为：{wp_imagei,j(u,v)|1≤j≤N，1≤u≤U，1≤v≤V}，其中，u、v为断层图像像素点在图像坐标系中的坐标，图像坐标系为平面直角坐标系，在图像坐标系中，坐标原点位于断层显微图像的左上角点，u轴方向为断层显微图像的左上角点到右上角点，v轴方向为断层显微图像的左上角点到左下角点，U、V为u、v的最大值，i为该断层显微图像的层序号；步骤六，对步骤五采集的N张图像分别进行中值滤波，并对N张图像中同一位置像素的灰度求平均值，进行图像预处理，得到灰度平均后的图像{wp_imagei(u,v)|1≤u≤U，1≤v≤V}，用Canny算子进行边缘求取，再用二阶距亚像素细分算法对得到的边缘进行细分处理，得到多相材料中各封闭相的边界在图像坐标系中的轮廓位置点集{(ui,vi)|p(ui,vi)=1}；利用图像采集装置的标定参数，将轮廓位置点集和采集图像时图像采集装置的Z向坐标zi0，通过坐标变换记为测量坐标系中的坐标集{(xi,yi,zi)}；步骤七，由八领域连码跟踪法进行多相材料中各封闭相的边界轮廓拟合，得到图像中每个封闭相边界的二维轮廓数据；再求出每个封闭相边界轮廓的长度L和包围的面积A，由式4A/L计算单个封闭相边界所包围空间的当量粒径，再比较求出该幅图像中粒径的最大