探析機械加工零件表面紋理缺陷的檢測方法

董 哲

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

探析機械加工零件表面紋理缺陷的檢測方法

董 哲

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

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

機械加工零件；表面紋理；缺陷；檢測

機械加工零件生產(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，而且會給機械的正常運行帶來較大安全隱患，因此，加強零件表面紋理缺陷檢測，成為機械加工零件生產(chǎn)中的重要工序。

1 機械加工零件表面紋理缺陷檢測流程

零件機械加工專業(yè)性強、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，為保證機械加工零件表面缺陷檢測工作的順利開展，應(yīng)明確實際的實施流程，以確保檢測工作的順利進(jìn)行，準(zhǔn)確檢測出機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、熒光光源系統(tǒng)以及顯微鏡等獲取待檢測零件表面紋理圖像。其次，計算頻譜圖像。采用傅里葉變換FFT，實現(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濾波器，對圖像進(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變換對圖像進(jìn)行處理得出用于檢測的圖像。

機械加工零件表面缺陷檢測時主要借助閥值分割和圖像形態(tài)學(xué)相關(guān)知識，將檢測圖像處理成二值圖像，最終完成檢測。其中閥值分割法依據(jù)的原理為：將圖像中的像素點劃分成不同類型，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。實踐表明，閥值分割法具有穩(wěn)定、簡單等優(yōu)點，尤其在目標(biāo)與背景灰度級別差別明顯的圖像處理中，效果更好。

2 機械加工零件表面紋理缺陷檢測方法

2.1 去除零件表面紋理圖像噪點

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

實踐表明，機械加工零件表面紋理缺陷在二值圖像上與噪點區(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，而噪點是孤立的點，分布呈現(xiàn)隨機特點，實踐中使用開運算實現(xiàn)噪點的去除。進(jìn)行開運算先腐蝕、后膨脹處理，除將孤立的噪點消除外，還能降低圖像分割產(chǎn)生的誤差，其中腐蝕指將邊界點消除，使邊界向中心方向集中，進(jìn)而實現(xiàn)消除小型圖像的目的。膨脹指借助物體間接觸到背景點的合并，擴展圖像邊界，其作用主要體現(xiàn)在對圖像空格的填充。

2.2 分析零件表面紋理缺陷特征

對機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。實踐中，機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。零件磨削加工中，一些零件表面層會存留有拉應(yīng)力，一旦其超過零件材料承受極限時，就會在表面出現(xiàn)裂紋。磨削裂紋缺陷發(fā)生為規(guī)律性，裂紋一般較長；零件生產(chǎn)中，未將型腔中的沙粒清除干凈；澆注零件時冒口或澆道位置侵有沙粒等，會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，各個方向都會有；能量上，零件主紋理頻譜能量明顯高于缺陷紋理頻譜能量。實際檢測時，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 檢測實驗與結(jié)果分析

實驗中為使獲得的紋理檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確、客觀，選取不同樣本進(jìn)行測試對比。實驗對象：（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。

按照機械加工零件表面紋理缺陷檢測流程，對選取的圖像進(jìn)行檢測。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、玷點檢測正確率分別為93%、95%、100%，而劃痕+小面積瑕疵、劃痕+玷點、劃痕+小面積瑕疵+玷點紋理缺陷的檢測正確率分別為89%、90%、89%。

實驗共選取零件表面140幅圖像，采用顯微鏡放大后，處理得到七種類型的缺陷，每幅圖像平均檢測時間1.13s。零件紋理圖像的傅里葉頻譜中，濾波處理零件的玷點、瑕疵，獲得了較高的檢測正確率，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，對機械加工零件表面紋理缺陷檢測的平均時間較少，但在一些環(huán)節(jié)中花費的時間仍較長，如進(jìn)行傅里葉變換及反變換花費的時間較長，超過檢測總時間的90%以上，因此，仍有較大提升的空間。

3 結(jié)論

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

（1）機械加工零件表面紋理缺陷檢驗應(yīng)用的專業(yè)水平較高，為提高檢驗質(zhì)量及效率，應(yīng)明確檢驗流程及每個環(huán)節(jié)的內(nèi)容，以做好充分的檢測準(zhǔn)備。

（2）機械加工零件表面紋理缺陷檢驗中，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范，對獲取的檢測圖像進(jìn)行處理，并結(jié)合不同缺陷紋理特點進(jìn)行分析，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，還應(yīng)做好零件表面紋理缺陷檢驗工作總結(jié)，優(yōu)化相關(guān)檢驗環(huán)節(jié)，不斷提高檢驗工作效率，為零件表面紋理缺陷工作的高效開展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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

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

［3］鄒 芳.機械加工零件表面紋理缺陷檢測技術(shù)與實踐［J］.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，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。