探析機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的檢測(cè)方法

董 哲

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

探析機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的檢測(cè)方法

董 哲

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

隨著我國(guó)工業(yè)進(jìn)程的不斷加快，各生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)C(jī)械加工零件質(zhì)量提出更高要求，因此，機(jī)械加工企業(yè)要想在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出，尤其應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)零件表面紋理缺陷檢測(cè)。本文對(duì)機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)流程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，分析機(jī)械加工零件表面紋理缺陷特點(diǎn)，研究紋理缺陷提取及檢測(cè)。

機(jī)械加工零件；表面紋理；缺陷；檢測(cè)

機(jī)械加工零件生產(chǎn)中，受多種因素影響表面紋理可能存在缺陷，如不進(jìn)行檢測(cè)直接用于生產(chǎn)中，不僅影響零件性能的充分發(fā)揮，而且會(huì)給機(jī)械的正常運(yùn)行帶來較大安全隱患，因此，加強(qiáng)零件表面紋理缺陷檢測(cè)，成為機(jī)械加工零件生產(chǎn)中的重要工序。

1 機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)流程

零件機(jī)械加工專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)水平要求高、加工復(fù)雜程度高（如圖1 某凸模零件加工示意圖），因此，為保證機(jī)械加工零件表面缺陷檢測(cè)工作的順利開展，應(yīng)明確實(shí)際的實(shí)施流程，以確保檢測(cè)工作的順利進(jìn)行，準(zhǔn)確檢測(cè)出機(jī)械加工零件表面紋理缺陷。

圖1 某凸模零件加工示意圖

首先，獲取零件表面紋理圖像。采用CCD攝像機(jī)、熒光光源系統(tǒng)以及顯微鏡等獲取待檢測(cè)零件表面紋理圖像。其次，計(jì)算頻譜圖像。采用傅里葉變換FFT，實(shí)現(xiàn)獲取圖像信息的處理。再次，消除紋理影響。為防止零件缺陷受自身紋理影響需使用頻域?yàn)V波器，對(duì)圖像進(jìn)行出來，排除紋理干擾，使得缺陷更加凸顯。最后，再利用傅里葉反IFFT變換對(duì)圖像進(jìn)行處理得出用于檢測(cè)的圖像。

機(jī)械加工零件表面缺陷檢測(cè)時(shí)主要借助閥值分割和圖像形態(tài)學(xué)相關(guān)知識(shí)，將檢測(cè)圖像處理成二值圖像，最終完成檢測(cè)。其中閥值分割法依據(jù)的原理為：將圖像中的像素點(diǎn)劃分成不同類型，如在遵守某種規(guī)則下，找到滿足f（x，y）函數(shù)的特征值，將其作為分界線，將圖像分割成若干部分。實(shí)踐表明，閥值分割法具有穩(wěn)定、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，尤其在目標(biāo)與背景灰度級(jí)別差別明顯的圖像處理中，效果更好。

2 機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)方法

2.1 去除零件表面紋理圖像噪點(diǎn)

檢測(cè)機(jī)械加工零件表面紋理缺陷實(shí)踐中，對(duì)獲取的圖像進(jìn)行分割處理后，缺陷紋理得以明顯增強(qiáng)，但不可避免地存在噪點(diǎn)，為防止這些噪點(diǎn)影響檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)注重噪點(diǎn)與缺陷規(guī)律的研究，尋找兩者的不同之處，有針對(duì)性對(duì)噪點(diǎn)進(jìn)行處理。

實(shí)踐表明，機(jī)械加工零件表面紋理缺陷在二值圖像上與噪點(diǎn)區(qū)別較為明顯：紋理缺陷形狀較為固定，呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，而噪點(diǎn)是孤立的點(diǎn)，分布呈現(xiàn)隨機(jī)特點(diǎn)，實(shí)踐中使用開運(yùn)算實(shí)現(xiàn)噪點(diǎn)的去除。進(jìn)行開運(yùn)算先腐蝕、后膨脹處理，除將孤立的噪點(diǎn)消除外，還能降低圖像分割產(chǎn)生的誤差，其中腐蝕指將邊界點(diǎn)消除，使邊界向中心方向集中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)消除小型圖像的目的。膨脹指借助物體間接觸到背景點(diǎn)的合并，擴(kuò)展圖像邊界，其作用主要體現(xiàn)在對(duì)圖像空格的填充。

2.2 分析零件表面紋理缺陷特征

對(duì)機(jī)械加工零件表面紋理缺陷特征進(jìn)行分析，有助于紋理缺陷的辨別。實(shí)踐中，機(jī)械加工零件表面紋理缺陷有：摩擦劃痕、磨削裂紋、表面砂眼等，其中摩擦劃痕主要因不銹鋼、鋁、鋼材質(zhì)零件加工中，材質(zhì)會(huì)黏結(jié)刀具，在模具上產(chǎn)生與積屑瘤類似的東西，且具有較高的硬度，加工中因摩擦導(dǎo)致零件表面出現(xiàn)劃痕。這些劃痕具有無方向性、細(xì)、短特點(diǎn)。零件磨削加工中，一些零件表面層會(huì)存留有拉應(yīng)力，一旦其超過零件材料承受極限時(shí)，就會(huì)在表面出現(xiàn)裂紋。磨削裂紋缺陷發(fā)生為規(guī)律性，裂紋一般較長(zhǎng)；零件生產(chǎn)中，未將型腔中的沙粒清除干凈；澆注零件時(shí)冒口或澆道位置侵有沙粒等，會(huì)使零件表面紋理出現(xiàn)砂眼。這些砂眼大小不一，深度各不相同，嚴(yán)重影響零件表面質(zhì)量。

對(duì)零件表面紋理缺陷進(jìn)行分析可知，其與零件主紋理的區(qū)別較為明顯。方向上，如上文所述零件缺陷紋理方向無規(guī)律，各個(gè)方向都會(huì)有；能量上，零件主紋理頻譜能量明顯高于缺陷紋理頻譜能量。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，采用專門工具濾除主紋理方向頻譜，便可獲得紋理缺陷圖像，二值分割后，便可順利提取缺陷紋理。

2.3 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)中為使獲得的紋理檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確、客觀，選取不同樣本進(jìn)行測(cè)試對(duì)比。實(shí)驗(yàn)對(duì)象：（1）經(jīng)拋光、刨削、磨削等工序的自然加工的零件紋理圖像，其紋理缺陷主要受外力作用而產(chǎn)生。（2）選取已有紋理缺陷的零件圖像，將其與其他類型的紋理缺陷進(jìn)行疊加，合成新的圖像。

按照機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)流程，對(duì)選取的圖像進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紋理圖像中紋理缺陷存在較大差別，尤其缺陷的形狀、大小等方面區(qū)別較為明顯。其中劃痕、小面積瑕疵、玷點(diǎn)檢測(cè)正確率分別為93%、95%、100%，而劃痕+小面積瑕疵、劃痕+玷點(diǎn)、劃痕+小面積瑕疵+玷點(diǎn)紋理缺陷的檢測(cè)正確率分別為89%、90%、89%。

實(shí)驗(yàn)共選取零件表面140幅圖像，采用顯微鏡放大后，處理得到七種類型的缺陷，每幅圖像平均檢測(cè)時(shí)間1.13s。零件紋理圖像的傅里葉頻譜中，濾波處理零件的玷點(diǎn)、瑕疵，獲得了較高的檢測(cè)正確率，其不僅將紋理信息完整的加以保留，而且缺陷紋理在背景中清晰地凸顯出來，差別極易容易辨別。從整體上來看，對(duì)機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)的平均時(shí)間較少，但在一些環(huán)節(jié)中花費(fèi)的時(shí)間仍較長(zhǎng)，如進(jìn)行傅里葉變換及反變換花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，超過檢測(cè)總時(shí)間的90%以上，因此，仍有較大提升的空間。

3 結(jié)論

機(jī)械加工零件質(zhì)量及水平一定程度上反映我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)水平，關(guān)系著我國(guó)生產(chǎn)制造業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)、穩(wěn)步發(fā)展，因此，注重機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對(duì)機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)方法的研究得出以下結(jié)論：

（1）機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢驗(yàn)應(yīng)用的專業(yè)水平較高，為提高檢驗(yàn)質(zhì)量及效率，應(yīng)明確檢驗(yàn)流程及每個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，以做好充分的檢測(cè)準(zhǔn)備。

（2）機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢驗(yàn)中，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)獲取的檢測(cè)圖像進(jìn)行處理，并結(jié)合不同缺陷紋理特點(diǎn)進(jìn)行分析，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，還應(yīng)做好零件表面紋理缺陷檢驗(yàn)工作總結(jié)，優(yōu)化相關(guān)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，不斷提高檢驗(yàn)工作效率，為零件表面紋理缺陷工作的高效開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］任志新.論機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的檢測(cè)［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（19）：32-33.

［2］鄒 芳.機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)技術(shù)與實(shí)踐［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2016（4）：57-59.

［3］鄒 芳.機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)技術(shù)與實(shí)踐［J］.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（2）：109-111.

Met?od for Detecting Surface Texture Defects of Mac?ine Parts

Dong Z?e
（Qigi?ar No.2 Mac?ine tool （Group） Co.，Ltd.，Qigi?ar 161000，C?ina）

Wit? t?e development of industry in C?ina is accelerating，t?e production field put forward ?ig?er requirements，t?erefore，t?e quality of mac?ining parts mac?ining enterprise to talent s?ows itself in t?e fierce competition in t?e market，especially s?ould be strictly controlled parts of t?e surface texture defect detection. T?is paper introduces t?e surface texture of mac?ined parts defect detection process. Analysis of texture defects for mac?ined surface c?aracteristics，study on Extraction and detection of texture defects，for reference.

mec?anical parts； surface texture； defect； inspection

董哲（1976— ），男，黑龍江齊齊哈爾人。