任志新

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

論機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的檢測(cè)

任志新

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

機(jī)械加工零件的質(zhì)量成為衡量企業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)。但是在實(shí)際的機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)中仍然存在很多的問題，因此本文先詳細(xì)分析了機(jī)械加工零件表面產(chǎn)生紋理缺陷的原因，然后從4個(gè)方面提出了如何進(jìn)行機(jī)械加工零件的檢測(cè)，以提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

機(jī)械加工；零件表面；紋理缺陷；檢測(cè)

機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷檢測(cè)技術(shù)是保證工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。由于機(jī)械加工零件在實(shí)際的加工中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一些無法用肉眼觀察到的缺陷。因此，為了保證機(jī)械加工零件的優(yōu)良性能，企業(yè)應(yīng)該采取科學(xué)、合理的措施，加強(qiáng)機(jī)械加工零件表面的缺陷檢測(cè)。這樣才能提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。

一、機(jī)械加工零件表面出現(xiàn)紋理缺陷的原因

1.加工程序煩瑣

機(jī)械零件需要經(jīng)過多道程序的加工才能流入市場(chǎng)。在這些復(fù)雜的加工過程中，難免會(huì)有一些加工難點(diǎn)，給零件的表面造成紋理缺陷。并且，機(jī)械零件在每道程序中都會(huì)運(yùn)用不同操作手法以及不同操作工具，從而會(huì)使機(jī)械零件產(chǎn)生不同樣式的表面缺陷。

2.外在因素

機(jī)械零件的質(zhì)量不僅會(huì)受到刀具的影響，還會(huì)受到零件材料的影響，產(chǎn)生刀具和零件的雙重?fù)p傷，甚至是拋光等問題。除此之外，造成機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的原因還包括人為操作因素、技術(shù)因素等其他外在因素。因此，企業(yè)應(yīng)該采取科學(xué)、合理的措施來避免或者檢測(cè)這些紋理缺陷，以提高機(jī)械加工零件的質(zhì)量。

3.加工技術(shù)落后

由于資金的限制，很多企業(yè)在進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí)，并沒有采用最新的設(shè)備和最先進(jìn)的技術(shù)，以至于產(chǎn)生紋理缺陷現(xiàn)象。另外，由于企業(yè)缺乏專業(yè)的加工人才，使得加工操作不規(guī)范。這也是造成機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的一個(gè)原因。

二、機(jī)械加工零件的檢測(cè)方法

1.圖像識(shí)別

機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷會(huì)影響到機(jī)械加工零件的使用，因此，企業(yè)應(yīng)該對(duì)機(jī)械加工零件進(jìn)行檢測(cè)、分析，然后再提出具體的整改措施，這樣才能降低企業(yè)的投資成本，保證機(jī)械加工零件的質(zhì)量。一般企業(yè)在進(jìn)行機(jī)械加工零件表現(xiàn)紋理缺陷檢測(cè)時(shí)，需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)、分析。而圖像識(shí)別是機(jī)械加工零件檢測(cè)的第一步驟。只有經(jīng)過詳細(xì)的圖像分析，才能得知機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷是否存在。而且圖像檢測(cè)也是當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的檢測(cè)方法之一。

圖像檢測(cè)的具體過程是檢驗(yàn)者先對(duì)機(jī)械加工零件進(jìn)行濾波處理，然后再進(jìn)行機(jī)械加工零件表面背景圖像的分析和識(shí)別。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提高機(jī)械加工零件缺陷紋理的辨識(shí)度，降低背景圖像對(duì)缺陷紋理圖像檢測(cè)的影響，從而提高機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)工作的效率。如有的紋理缺陷檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)過程中主要就是采用熒光光源系統(tǒng)、顯微鏡、CDD攝像機(jī)將機(jī)械加工零件表面的紋理圖像采集到計(jì)算機(jī)上，之后就通過FFT方法來計(jì)算頻譜圖像。然后，就是利用濾波器增強(qiáng)背景圖像和紋理表面缺陷圖像的紋理，再然后利用IFFT將背景圖像和機(jī)械加工零件表面紋理圖像還原成可觀察的計(jì)算機(jī)圖形。最后利用計(jì)算方法和圖像分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)背景圖像和機(jī)械加工零件表面紋理圖像的分離。在檢測(cè)過程中之所以會(huì)用到濾波器是為了減少噪音對(duì)紋理檢測(cè)的影響，提高背景圖像和紋理圖像的清晰度，以方便工作人員進(jìn)行分析。而之所以用到傅里葉轉(zhuǎn)換方法是因?yàn)楦道锶~變換能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的分析，從而得知信號(hào)的成分，信號(hào)成分則可以用正弦波、方波等方式來表示，這樣利于分析和計(jì)算。

2.機(jī)械加工零件表面紋理特征分析

機(jī)械零件在加工的過程中，難免會(huì)因?yàn)槟ハ?、咆哮等工藝產(chǎn)生各種紋理缺陷，在圖像檢測(cè)的過程中，就可以利用傅里葉變換進(jìn)行圖像分析。一般機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷都是屬于垂直方向上的，同時(shí)這個(gè)地方的像素頻譜幅值就會(huì)很大。并且傅里葉變化是一種線性轉(zhuǎn)換，會(huì)將所有的圖像信息反映到背景領(lǐng)域中。當(dāng)機(jī)械加工零件表面的方向?qū)傩员患蟹从吃陬l譜圖像上后，如果采用頻域?yàn)V波器進(jìn)行頻譜能量的抑波，就會(huì)降低方向?qū)傩陨系募y理特征，而使機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷圖像的識(shí)別系數(shù)增大，便于工作人員進(jìn)行分析和分類。

為了方便后續(xù)的提取工作，在機(jī)械零件加工表面紋理缺陷的分析中，工作人員如果從機(jī)械加工零件表面的紋理方面來考慮，一般會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是機(jī)械加工零件的紋理缺陷方向與實(shí)際在加工中產(chǎn)生的原有紋理圖案是不相同的；二是缺陷紋理圖像在頻域范圍內(nèi)的分布比較均勻，但其方向性比較弱。而如果工作從缺陷紋理角度來觀察，就需要工作人員通過濾波器過濾掉主紋理方向的頻譜，之所以這樣做是因?yàn)槿毕菁y理的頻譜能力并沒有主紋理方向的頻譜能量強(qiáng)。

3.紋理提取

經(jīng)過濾波器的過濾之后，主紋理方向上的缺陷就會(huì)被掩蓋，使得缺陷紋理的圖像更加清晰。在這之后，需要工作人員利用閾值分割法將主紋理和缺陷紋理分離開來。所謂閾值分割法是指把圖像的像素點(diǎn)分為不同的種類。假設(shè)原始圖像是f（x，y）的函數(shù)圖像，然后按照某種原則在函數(shù)中找到特征值，并以此為分界線，將圖像分割成很多個(gè)小部分。閾值分割法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，且適用于目標(biāo)和背景的灰度級(jí)差別比較大的圖像。因此，閾值分割法被廣泛應(yīng)用在圖像分割中。雖然利用閾值分割法會(huì)實(shí)現(xiàn)主紋理圖像和缺陷圖像的分離，但是因噪聲產(chǎn)生的噪波點(diǎn)也留在圖像中，影響缺陷紋理圖像的分析。因此，在利用閾值分割法進(jìn)行圖像的分割之后，還需要利用開運(yùn)算以消除噪波點(diǎn)，從而減少缺陷紋理圖像的分析障礙。所謂開運(yùn)算是指利用形態(tài)學(xué)進(jìn)行圖像處理，先腐蝕、后膨脹，其主要作用是能夠使圖像的邊界更加平滑，消除一些突刺，保持圖像面積大小不變。其中腐蝕是指消除邊界點(diǎn)，使邊界向中心方向收縮，這樣能消除一些小型的圖像。膨脹是指通過合并物體與物體能夠接觸到的所有背景點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)圖像邊界向外擴(kuò)張，其主要作用是能夠填充一些圖像中的空格。這樣經(jīng)過開運(yùn)算之后就會(huì)消除噪聲點(diǎn)，更重要的是通過開運(yùn)算還能夠提供圖像分割的精確度，從而提高紋理缺陷檢測(cè)的工作質(zhì)量。

當(dāng)然，通過分析不難發(fā)現(xiàn)，其實(shí)整個(gè)提取過程最主要的是區(qū)分噪聲點(diǎn)和紋理缺陷點(diǎn)。在實(shí)際的加工過程中，因?yàn)樵肼朁c(diǎn)的分布與缺陷紋理的分布特征十分相似，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)噪聲點(diǎn)和紋理缺陷點(diǎn)的互相干擾。這也就是工作人員在實(shí)際的檢測(cè)過程中，利用開運(yùn)算的原因。在整個(gè)圖像提取的過程中，除了使用先進(jìn)的圖形分割和圖像計(jì)算方法外，還需要利用二階統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行度量。這樣在完成這個(gè)機(jī)械加工零件缺陷紋理圖像的提取之后，工作人員就可以仔細(xì)整理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析來確定圖像的性質(zhì)，并提出一些可行性的改善措施，從而提高機(jī)械加工零件的質(zhì)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)果分析

很多檢測(cè)人員為了驗(yàn)證紋理缺陷檢測(cè)方的效果，經(jīng)常會(huì)采用對(duì)比法對(duì)主紋理圖像和紋理缺陷圖像進(jìn)行測(cè)試分析。一般機(jī)械零件在經(jīng)過加工之后會(huì)產(chǎn)生兩種紋理缺陷：一是因?yàn)闄C(jī)械零件經(jīng)過磨削等工藝而產(chǎn)生的一種主紋理自然變形的紋理缺陷；二是不同類型紋理重復(fù)的紋理缺陷?？傊瑱C(jī)械加工零件的紋理缺陷圖像是無法確定，其圖像大小、分布規(guī)則等都是隨機(jī)可變的。

在完成圖像的提取和檢測(cè)之后，還需要對(duì)最后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先是要根據(jù)機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷特點(diǎn)，并利用共生矩陣，計(jì)算出紋理特征向量。所謂共生矩陣是指通過統(tǒng)計(jì)圖像上每個(gè)像素的灰度值，形成每個(gè)像素之間都處在同等距離值的統(tǒng)計(jì)表，這個(gè)統(tǒng)計(jì)表被稱為共生矩陣。然后在保持圖像數(shù)據(jù)信息穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理，從而分析出缺陷紋理產(chǎn)生的原因。最后，就是需要工作人員根據(jù)產(chǎn)生的原因提出具體的處理措施，以減少機(jī)械加工零件紋理缺陷現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高機(jī)械加工零件的生產(chǎn)效率。在整個(gè)檢測(cè)過程中，最主要的是計(jì)算。因此，檢測(cè)人員在檢測(cè)過程中應(yīng)該保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性，這樣才會(huì)不影響最終的檢測(cè)結(jié)果。總之，隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的日益變革，機(jī)械零件的質(zhì)量逐漸成為企業(yè)生產(chǎn)的重點(diǎn)內(nèi)容。所以企業(yè)應(yīng)該重視機(jī)械零件的加工質(zhì)量，以提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。眾所周知，在現(xiàn)代化社會(huì)中，機(jī)械被應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)之中，如果機(jī)械零件質(zhì)量不合格，不僅會(huì)影響機(jī)器的使用質(zhì)量，還會(huì)影響企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。但是機(jī)械零件在加工過程中，又不可避免地會(huì)產(chǎn)生紋理缺陷的現(xiàn)象。所以企業(yè)更應(yīng)重視紋理缺陷的檢測(cè)，以提高機(jī)械加工零件的質(zhì)量。這不僅是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然結(jié)果，也是我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷變革的客觀需求。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械加工零件表面的紋理缺陷檢測(cè)是提高機(jī)械零件加工質(zhì)量的重要手段，是機(jī)械零件加工的重要環(huán)節(jié)。因此，企業(yè)應(yīng)該采用先進(jìn)的、科學(xué)的檢測(cè)方法進(jìn)行機(jī)械加工零件表面紋理缺陷的檢測(cè)，以降低企業(yè)的投資成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下，加強(qiáng)機(jī)械加工零件表現(xiàn)紋理缺陷的檢測(cè)還能提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展，從而促進(jìn)我國(guó)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展。

［1］黎明，馬聰，楊小芹.機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)［J］.中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2004（3）：64-68.

［2］韓嘯.機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（32）：131.

［3］張明華.機(jī)械加工零件表面紋理缺陷檢測(cè)分析［J］.科技傳播，2014（21）：105+114.

TG806

A