在機械行業(yè)中,鑄鐵平板是進行工件檢測或劃線時作為基準(zhǔn)平面使用的平面基準(zhǔn)器具(也稱平臺),它廣泛應(yīng)用于_計量檢測部門和生產(chǎn)車間.它的制造品質(zhì)直接影響工件的加工與檢測質(zhì)量.在鑄鐵平板的質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)中有一項“接觸點面積”指標(biāo),其檢測方法及精度等級在標(biāo)準(zhǔn)JB/T7974-1999中已作詳細(xì)規(guī)定(見表1).英國平板和平臺標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的規(guī)定與我國標(biāo)準(zhǔn)也基本相同.長期以來它對國內(nèi)鑄鐵平板的制造與檢測發(fā)揮了重要作用,但在應(yīng)用中也暴露出一些問題.現(xiàn)在計算機技術(shù)的應(yīng)用在各個領(lǐng)域如火如荼,各學(xué)科之間的相互滲透日趨深廣,應(yīng)用數(shù)字技術(shù)改進該標(biāo)準(zhǔn)提出的檢測方法正是潮流所趨.通過對該標(biāo)準(zhǔn)及執(zhí)行情況的分析、調(diào)查,綜合應(yīng)用機械、計算機、數(shù)理統(tǒng)計等學(xué)科領(lǐng)域的知識,我們研究出鑄鐵平板接觸點面積的像素檢測法.

表1　JB/T7974-1999精度等級

Table 1　JB/T7974-1999

注:距工作面邊沿0.02a(_為20mm)范圍內(nèi)接觸點面積的比率或接觸點數(shù)不計,且任意一點都不得高于工作面.

1　現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的不足

目前各生產(chǎn)廠家對鑄鐵平板接觸點面積精度等級的檢測是根據(jù)JB/T7974-1999標(biāo)準(zhǔn)中提出的檢測方法進行的.首先對被檢鑄鐵平板涂色與基準(zhǔn)平板對研,再憑肉眼觀察平板25mm×25mm面積內(nèi)接觸點的點數(shù)多少來評定平板接觸點面積的精度等級.這種檢測方法存在以下不足:

(1)鑄鐵平板上的接觸點是用“涂色對研”方法產(chǎn)生的,各顯點微觀面積的大小懸殊很大,標(biāo)準(zhǔn)中又未對單點面積規(guī)定量值要求,故單位面積內(nèi)接觸點數(shù)的多少并不能表征實際接觸面積大小.因此,采用點數(shù)多少來表征面積大小,本身不可能達(dá)到準(zhǔn)確;

(2)憑肉眼觀察接觸點數(shù)目的多少來評定平板接觸點面積精度等級,在生產(chǎn)實際中常常發(fā)生爭議.為了解決爭議,各廠家采用標(biāo)準(zhǔn)中接觸點面積比率檢定方法作為裁定標(biāo)準(zhǔn)以解決爭議.由于各接觸點邊界形狀極不規(guī)則,檢測中全憑人的主觀感覺估算接觸點在單位方格里所占面積的比率,其檢測結(jié)果全憑人的主觀判斷,很難_獲得準(zhǔn)確的檢測值.在實驗室我們對同一塊1級精度鑄鐵平板涂色對研后,按照J(rèn)B/T7974-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在上面選取25mm×25mm的局部面積,讓多名實驗員依次對其進行數(shù)點,結(jié)果所得接觸點的數(shù)目在18—21點之間各不相同.再用50mm×50mm范圍內(nèi)刻有2.5mm×2.5mm的400個小方格的透明板置于平板的相同部位,讓多名實驗員對其接觸點進行面積估算,所得結(jié)果也在14—17%之間不一致.中國計量在線網(wǎng)發(fā)布的署名趙巧玲同志的論文,介紹所作兩塊平板接觸點面積的檢測試驗,其中1號平板接觸斑點為25—27,接觸面積為20%左右;2號平板接觸斑點為25—29,接觸面積為10%左右.雖然二者接觸斑點大致相同,但所測接觸點面積相差甚遠(yuǎn),分別為20%和10%.兩實驗說明:1)由于人為感官因素的不一致,往往檢測結(jié)果因人而異,總是難以客觀、準(zhǔn)確地統(tǒng)一檢定平板接觸點面積的精度等級;2)在沒有對單點面積量化規(guī)定的情況下,接觸點多少不能準(zhǔn)確表征接觸面積大小.通過對鑄鐵平板生產(chǎn)廠家的調(diào)查,這種情況在生產(chǎn)現(xiàn)場也常見不鮮.究其原因,無疑是鑄鐵平板接觸點面積的檢測方法不甚嚴(yán)謹(jǐn)和不夠完善所致.現(xiàn)在計算機技術(shù)的發(fā)展為我們改進原檢測方法提供了可行的條件.

2　鑄鐵平板接觸點面積的像素檢測法

基于以上分析和實驗,采用像素檢測法應(yīng)用計算機技術(shù)對鑄鐵平板接觸點面積進行像素檢測,_可以準(zhǔn)確、快速地檢測鑄鐵平板接觸點面積,克服原檢測方法所存在的弊端.該方法采用數(shù)字技術(shù),以圖像的像素多少來表征圖像面積大小.先對鑄鐵平板涂色對研,用數(shù)字技術(shù)采集其接觸點信息,再由計算機對所采集的信息進行數(shù)據(jù)處理,_后準(zhǔn)確地計算出鑄鐵平板采樣部分接觸點的面積(或個數(shù))及它們在整個采樣面積中所占的比率.R = (S/M)×_其中,R為接觸點面積比率,S為采樣部分各接觸點像素,M為采樣部分面積內(nèi)總像素數(shù).均布狀況的檢測由計算機對采樣圖像中各子方圖的接觸點面積比率進行差值計算完成.該方法能科學(xué)、快捷地評定出平板接觸點面積的精度等級,從根本上解決憑肉眼觀察數(shù)接觸點數(shù)和用方格估算接觸點面積進行鑄鐵平板精度等級檢測所存在的問題,且沒有爭議.所需設(shè)備為計算機、掃描儀(或400萬以上像素的數(shù)碼相機).

檢測鑄鐵平板接觸點面積步驟:

(1)用數(shù)字技術(shù)(掃描儀)采集涂色對研后的鑄鐵平板接觸點數(shù)字信息,形成含有全部接觸點數(shù)字信息的平板圖像,并通過計算機接口將接觸點數(shù)字信息的平板圖像文件直接傳入計算機進行數(shù)字信息處理;

(2)通過數(shù)理統(tǒng)計對圖像進行檢測,將獲得的數(shù)據(jù)用計算機擬合,確定計算機計算接觸點面積的灰度值,對采集獲得的多層次灰度平板圖像進行二值化處理,即使整幅圖像畫面內(nèi)各像素點的灰度僅取0和255這兩個值,除去背景及噪聲對接觸點的干擾,形成只有黑、白兩種像素點的二值圖像(詳見檢測實例);

(3)為了檢測任意兩個25mm×25mm正方形面積內(nèi)的接觸點面積之差以求出其均布狀況,對二值化的平板圖像用計算機程序從左至右、從上到下(按檢測技術(shù)要求,移動步距為2.5mm)進行掃描,依次獲得所有25mm×25mm的子方圖,統(tǒng)計每個子方圖中接觸點所占像素點的個數(shù),按R=(S/M)×_計算出各子方圖中接觸點所占的面積比率,找出接觸點面積比率_和_小的子方圖并計算其差值.

(4)由計算機輸出接觸點面積比率_和_小子方圖的位置、接觸點個數(shù)、接觸點面積比率的_終檢測結(jié)果.對于大型鑄鐵平板,由于掃描儀掃描面積有限,可采取對大平板上具有代表性的多個局部進行抽樣掃描來_檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性.

3　檢測實例

下面是在實驗室從400mm×400mm鑄鐵平板中截取90mm×65mm的面積,應(yīng)用像素檢測法以計算接觸點面積為主進行的平板接觸點面積檢測實驗過程與結(jié)果.

(1)圖像采集

將被檢測的1級精度平板涂色后,用100×200的0級精度直角規(guī)與其對研顯點,而后用HP Scanjet 2400數(shù)字平板式掃描儀平鋪其上對已顯點的平板進行掃描,獲得數(shù)字圖像.針對影響檢測精度的主要因素,在操作過程中應(yīng)該注意:要選用粒度小、色飽和度高的顯示劑;涂層厚度要適中且均勻;掃描儀的分辨率不低于130dpi.

(2)計算機對所獲信息進行數(shù)字化處理

用自行設(shè)計的軟件處理圖像,其處理流程如圖1所示.

圖1　數(shù)字圖像的處理流程

Fig.1　Flow chart of image-processing

說明:

對比度增強:直接對源彩色圖像的直方圖進行線性拉伸,使彩色圖像中各像素的R

(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)三分量的取值范圍增大.

構(gòu)造灰度圖:用彩色圖像HSI空間中的H(色調(diào))或S(色飽和度)分量作為灰度圖的灰

度值,生成與源彩色圖像大小相同的灰度圖像.使用該方法構(gòu)造灰度圖重復(fù)性好.

鑄鐵平板接觸點面積的像素檢測法圖像平滑:采用高斯低通濾波法對圖像進行平滑處理,目的是去除灰度圖中的噪聲點,提高二值化處理的準(zhǔn)確度.圖2是經(jīng)過此處理后的灰度圖.

圖2　掃描儀采樣圖像

Fig.2　Image sampled by scanner

圖像二值化:采用動態(tài)閾值法對圖像進行分割,使圖像中的目標(biāo)點(即平板上的接觸

點)與背景_分離,并_終使接觸點上像素的灰度值為0,背景中像素點的灰度值為

圖3是對圖2進行了二值化處理后的二值圖像.

圖3　計算機二值化處理圖像

Fig.3　Image binarizated by computer

去除噪聲點:二值化后的圖像中存在一些細(xì)小的“接觸點”,它們實際上是噪聲的反映,應(yīng)當(dāng)去除,在程序中設(shè)定一閾值,刪除內(nèi)含像素數(shù)小于該閾值的接觸點.

(3)計算機計算被檢平板接觸點面積和點數(shù)

(4)該被檢平板接觸點面積及均布狀況檢測結(jié)論

①試樣上接觸點面積占整塊面積的16.13%;②左下角25mm×25mm方框內(nèi)接觸點面積占其面積的21.14%,右上角25mm×25mm方框內(nèi)接觸點面積占其面積的11.47%;

③該試樣兩個25mm×25mm正方形面積內(nèi)接觸點面積比率之差為9.67%.均布狀況不符合1級精度標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定.用原方法對同一試樣檢測獲得的結(jié)果是:①項為16—18%;②項為19—21%與12—14%;③項為5—9 %.在精度等級的評定中存在爭議.上述結(jié)果表明,兩種檢測方法所得結(jié)論不一致,且用原方法檢測所得數(shù)據(jù)是一數(shù)值區(qū)間,確定不出準(zhǔn)確值,使評定檢測結(jié)果產(chǎn)生爭議,且檢測工作量大.在像素檢測法中,采用計算機擬合帶來的失真很小,不影響精度等級的測定.比較兩種檢測方法,像素檢測法具有明顯的_性.